基于ArcGIS的輸氣管道分布式測繪數據庫

楊 洋 沈大勇 楊汝芬

1.中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司，四川 成都 610041；2.四川省遙感信息測繪院，四川 成都 610100

0 前言

輸氣管道測繪數據（以下簡稱“管道數據”）紛繁復雜，隨著項目的開展，這些數據量越來越大，結構也越來越復雜。如何做到對管道數據的有效存儲和管理、高效查詢和提取、簡便處理和分析，是當前石油天然氣行業(yè)亟待解決的問題。擬在ArcGIS的基礎上，分析當前管道數據的內容和結構，建立輸氣管道分布式測繪數據庫，為數字化管道的建立提供前期數據保障，從而加快油氣管道建設步伐，提高油氣保障服務能力的基礎［1］。

數字管道的核心就是管道信息庫［2］，最佳方法就是利用ArcGIS作為平臺。ArcGIS擁有對數據進行數據提取、處理、分析和更新等強大功能，能非?？茖W合理地管理管道數據；ArcSDE是空間數據引擎，允許用戶在多種數據庫中存儲和管理地理信息［3］；為滿足輸氣管道各種專業(yè)需求，也可以在Arc Engine基礎上進行相應的二次開發(fā)。

1 ArcSDE管理數據的優(yōu)勢

ArcSDE作為ArcGIS應用程序和關系數據庫系統(tǒng)的中間層組件，管理空間數據的優(yōu)勢主要體現在：海量數據管理，多類型數據統(tǒng)一連續(xù)管理，高效的并發(fā)訪問能力，提供長事務處理和版本管理，較高的數據安全性，數據共享和交換。ArcSDE不僅能提高空間和非空間數據庫的協(xié)調性，還能提高管理的安全性。

2 分布式測繪數據庫結構設計

2.1 分布式測繪數據庫系統(tǒng)結構

管道數據獨立分布在各種介質上，數據的邏輯結構和物理結構都相對獨立。在設計上采用Client/Server結構搭建分布式數據庫，不強調集中控制。在1臺數據庫服務器的數據存滿空間后，就可增加1臺數據庫服務器，然后在數據管理中心服務器上添加對其的訪問權限即可。這樣即可把物理上分散的空間數據庫組織成為一個邏輯上統(tǒng)一的空間數據庫系統(tǒng)，又可保持單個物理空間數據庫的自治性［4］。

分布式測繪數據庫建立1臺數據管理中心服務器及多個數據庫服務器。管道數據分別存儲在不同的數據庫服務器上，要訪問相關數據，需要首先訪問數據管理中心服務器，查詢到將要訪問的數據存儲在哪個數據庫服務器后，再在相應的數據庫服務器上提取數據。

每個數據庫服務器終端都配置有空間數據引擎ArcSDE、SQL關系數據庫及數據庫管理系統(tǒng)。采用自上而下的模式營造出相同的網絡環(huán)境、數據庫管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和硬件，最終建立一個同質的輸氣管道分布式測繪數據庫。分布式測繪數據庫系統(tǒng)結構見圖1。

圖1 分布式數據庫系統(tǒng)結構

2.2 數據組織

ArcGIS空間數據結構中，DataSet用于存儲對象的空間與屬性數據，與顯示等控制信息的集合體共同構成圖層，用于設置對象集的顯示風格、顯示范圍、顯示比例，兩者各司其職又相互聯系，一個圖層對應一個對象集，DataSet可在不同地圖窗口中顯示。

目前管道數據大部分為CAD文件格式，其中一些數據甚至還沒有定義規(guī)范的坐標系統(tǒng)。而每個工程項目都有不同的要求和設計規(guī)范，可能按照不同的方法獲得數據成果，也可能采用不同的方式存儲和管理。因此，要建立管道數據分布式測繪數據庫，需要對已有數據進行相應的格式轉換、縱向分層、坐標轉換等處理，才能實現數據入庫。

管道數據包括管道測繪基礎地理數據和工程項目數據。管道測繪基礎地理數據包括矢量數據、柵格數據、控制點數據、數據高程模型數據（DEM）等；工程項目數據包括測量工作時間、完成時間、項目號、檔案號、存檔時間、設計人員及參加人員、工程所在行政區(qū)劃、圖紙數量、包含資料情況等。管道測繪基礎地理數據結構見圖2。

圖2 管道測繪基礎地理數據結構

在進行數據結構設計時，數據庫中除了包含所有管道數據外，還包含對整個數據庫以及每一個項目進行說明和組織的表。這些表是數據訪問的接口和查詢的依據，也是數據庫設計的元數據表。

3 管道數據入庫

分布式測繪數據庫通過主流數據庫管理系統(tǒng)（SQLServer，Oracle等）來存儲地理數據庫，利用空間數據引擎ArcSDE來訪問數據，按照所設計的數據結構和組織方式導入到數據庫中。在進行數據入庫前，必須對原始數據進行相應的檢查和標準化處理，其中包括坐標系的檢查、數據質量檢查和各種參數的設置等。完成標準化處理后的數據入庫流程見圖3。

圖3 管道數據入庫流程

在保證數據完整性的前提下把管道數據分層進行格式轉換，轉化為ArcGIS能直接調用的SHP格式；設置參數，包括坐標系統(tǒng)、項目類型、行政區(qū)劃等；對數據進行坐標轉換，主要是設置或轉換地理坐標系；按數據要素圖層分層標準進行處理，主要是設置入庫的每一個圖層的圖層代碼，并按圖層命名標準對所有入庫圖層標準化處理；進行數據檢查，檢查合格后才能導入數據。

也可以采用程序模塊和ArcCatalog兩種方式將數據導入到數據庫。如果通過ArcCatalog直接導入，因數據入庫必須按照設計標準入庫，需要人工參與部分太多（如圖層命名、數據庫命名、索引表更新等），容易發(fā)生錯誤。為方便操作和減少人工干預，最好采用程序模塊的方式導入數據。

4 結語

在管道數據的管理上，摒棄傳統(tǒng)的文件管理方式，使用空間數據引擎ArcSDE管理地理數據，結合主流的關系數據庫管理軟件來對海量空間數據進行存儲和管理，進一步建立基于網絡的輸氣管道分布式測繪數據庫，為數字化管道建設奠定了基石。作為更有效、更科學的管理方式，將ArcGIS與管道數據結合起來，不僅為傳統(tǒng)管道測繪數據在數據管理、數據共享、數據更新等方面的不足提供補充和革新，而且也實現了天然氣管道與測繪專業(yè)的有機結合，提高測繪專業(yè)工作效率和技術水平。

［1］萬仕平，楊 勝，李 丹.數字管道地理空間框架的構建［J］.天然氣與石油，2010，28（3）：4-6.W an Shiping，Yang Sheng，LiDan.Establishment of Geographic Space Framework for Digital Pipeline ［J］.Natural Gas and O il，2010，28（3）：4-6.

［2］王洪生，劉永茜，肖德仁，等.四川氣田數字管道建設之我見［J］.天然氣與石油，2007，25（2）：1-3.W ang Hongsheng，Liu Yongqian，Xiao Deren，etal.Studieson Digital Pipeline Construction in Sichuan Oil Field ［J］.Natural Gasand Oil，2007，25（2）：1-3.

［3］汪 洋.土地規(guī)劃數據庫管理系統(tǒng)設計與應用［D］.北京：中國地質大學，2008.W ang Yang.The Study on a Database Management System of Land Use Planning ［D］.Beijing：China University of Geosciences，2008.

［4］易曉峰.基于Web GIS系統(tǒng)的分布式空間數據庫的集成技術研究與應用［D］.武漢：武漢理工大學，2005.Yi Xiaofeng.Research on the Integrated Technology of Distributed Spatial Database Based on Web GIS System ［D］.Wuhan：Wuhan University of Technology，2005.