基于ArcGISEngine的南水北調(diào)工程基礎(chǔ)柵格數(shù)據(jù)管理

□王 丹 □胡德祥 □田 偉 □馬志杰（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

0 引言

柵格數(shù)據(jù)是地理空間信息最直接的表現(xiàn)形式，柵格數(shù)據(jù)具有信息豐富、快速獲取、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。隨著應(yīng)用的不斷深入，柵格數(shù)據(jù)在整個(gè)GIS領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，很多GIS項(xiàng)目都要求實(shí)現(xiàn)對(duì)柵格數(shù)據(jù)安全、快速、多用戶(hù)訪問(wèn)，因此，研究柵格數(shù)據(jù)管理技術(shù)很有必要。在張劍波、劉丹等的《GIS中柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理的研究與實(shí)現(xiàn)》[1]和申勝利、李華等的《基于ArcSDE的柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理》[2]兩篇文章中已經(jīng)探討了Raster Dataset和Raster Catalog兩種柵格數(shù)據(jù)管理方式，并對(duì)這兩種柵格數(shù)據(jù)管理方式的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析和介紹，本文將討論一種新的柵格數(shù)據(jù)管理方式Mosaic Dataset。

本文探討了以ArcGISEngine、ArcSDE和Oracle11g數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)平臺(tái)為支撐，采用一種最新的、先進(jìn)的柵格數(shù)據(jù)模型-MosaicDataset對(duì)各種類(lèi)型、各種比例尺的柵格數(shù)據(jù)實(shí)施集中、統(tǒng)一、高效管理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，并應(yīng)用于南水北調(diào)工程建設(shè)與管理基礎(chǔ)信息建設(shè)與應(yīng)用（一期）項(xiàng)目。

1 ArcG I SEngi ne簡(jiǎn)介

ArcGISEngine是美國(guó)ESRI公司開(kāi)發(fā)研制的一組可嵌入的GIS組件，它并非面向最終用戶(hù)，而是一個(gè)面向開(kāi)發(fā)者的產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)者可以用來(lái)開(kāi)發(fā)定制自己的應(yīng)用程序。對(duì)于繁冗的GIS開(kāi)發(fā)工作而言，理想的解決方案是一個(gè)基于組件的實(shí)用的開(kāi)發(fā)框架，且該框架允許解決方案提供商或機(jī)構(gòu)內(nèi)部開(kāi)發(fā)人員快速構(gòu)建行業(yè)專(zhuān)用GIS應(yīng)用軟件，ArcGISEngine正是這樣一個(gè)產(chǎn)品。ArcGISEngine由兩個(gè)產(chǎn)品組成：一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)包和一個(gè)可分發(fā)的運(yùn)行庫(kù)。ArcGISEngine提供的功能完全能夠滿(mǎn)足各種層次的開(kāi)發(fā)需要，并且保持了開(kāi)放性和擴(kuò)展性[3]。

在ArcGISEngine10發(fā)布以前，絕大多數(shù)GIS項(xiàng)目都是采用柵格目錄來(lái)管理柵格數(shù)據(jù)。ArcGISEngine10的出現(xiàn)，給柵格數(shù)據(jù)管理提供了一種新的解決方案，即采用鑲嵌數(shù)據(jù)集來(lái)管理柵格數(shù)據(jù)，所有類(lèi)型的地理數(shù)據(jù)庫(kù)（個(gè)人、文件和ArcSDE）均支持鑲嵌數(shù)據(jù)集。

2 基于ArcSD E的柵格數(shù)據(jù)模型

ArcSDE是ArcGIS與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)之間的GIS通道[4]。它允許用戶(hù)在多種數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中管理地理信息，并使所有的ArcGIS應(yīng)用程序都能夠使用這些數(shù)據(jù)。在ArcSDE中，柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為一系列業(yè)務(wù)表和元數(shù)據(jù)表，在存儲(chǔ)柵格數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)表中，每一行都對(duì)應(yīng)著一個(gè)完整的柵格數(shù)據(jù)。ArcSDE10通過(guò)柵格數(shù)據(jù)集（RasterDataset）、柵格目錄（RasterCatalog）和鑲嵌數(shù)據(jù)集（Mosaic-Dataset）3種方式來(lái)存儲(chǔ)和管理柵格數(shù)據(jù)，表1列出了這3種柵格數(shù)據(jù)模型各自的特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)以及用途等[5]。

從表1可以看出，鑲嵌數(shù)據(jù)集兼具了柵格數(shù)據(jù)集和柵格目錄兩種存儲(chǔ)方式的優(yōu)點(diǎn)，是用于存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的理想數(shù)據(jù)模型。由于鑲嵌數(shù)據(jù)集并不實(shí)際的存儲(chǔ)影像，這使得在將柵格數(shù)據(jù)導(dǎo)入鑲嵌數(shù)據(jù)集中時(shí)，大大提高了入庫(kù)效率，同時(shí)也不會(huì)丟失像素?cái)?shù)據(jù)或元數(shù)據(jù)，當(dāng)訪問(wèn)鑲嵌數(shù)據(jù)集時(shí)，將動(dòng)態(tài)地執(zhí)行鑲嵌，重疊數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。此外，使用鑲嵌數(shù)據(jù)集管理柵格數(shù)據(jù)，可以對(duì)單幅影像數(shù)據(jù)分別進(jìn)行預(yù)覽和下載，很具靈活性。鑒于鑲嵌數(shù)據(jù)集的上述特點(diǎn)，并結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際需求，在南水北調(diào)工程建設(shè)與管理基礎(chǔ)信息建設(shè)與應(yīng)用（一期）項(xiàng)目中使用鑲嵌數(shù)據(jù)集來(lái)管理柵格數(shù)據(jù)，取得了良好效果。

表1 3種柵格數(shù)據(jù)模型對(duì)比表

3 基于ArcG I SEngi ne的柵格數(shù)據(jù)管理建設(shè)實(shí)例

3.1 系統(tǒng)框架

南水北調(diào)工程建設(shè)與管理基礎(chǔ)信息建設(shè)與應(yīng)用（一期）項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)管理與維護(hù)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)功能。其中，柵格數(shù)據(jù)管理部分采用的是ArcSDEGeodatabase中的MosaicDataset柵格數(shù)據(jù)模型，主要包括對(duì)DEM、DOM、遙感衛(wèi)星影像三類(lèi)數(shù)據(jù)的管理。系統(tǒng)基于ArcGISEngine10、ArcSDE和Oracle11g數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)平臺(tái)，采用Visual-Studio2010開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采用典型的三層實(shí)現(xiàn)方式，分別由數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)表示層組成，其框架組成如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)管理與維護(hù)系統(tǒng)框架圖

3.2 MosaicDataset柵格數(shù)據(jù)模型在系統(tǒng)中的應(yīng)用

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)遙感衛(wèi)星影像、數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正射影像圖（DOM）三大類(lèi)柵格數(shù)據(jù)的管理。主要包括柵格數(shù)據(jù)的入庫(kù)、更新、預(yù)覽以及數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換等功能。支持TIFF、Grid、PersonalGeodatabase和 FileGeodatabase等格式。

3.2.1 柵格數(shù)據(jù)入庫(kù)

系統(tǒng)采用Arc GIS Engine技術(shù)結(jié)合空間ETL模型來(lái)實(shí)現(xiàn)批量入庫(kù)功能，采用MosaicDataset柵格數(shù)據(jù)模型來(lái)管理和存儲(chǔ)柵格數(shù)據(jù)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在導(dǎo)入柵格數(shù)據(jù)的同時(shí)，顯示進(jìn)度信息，同時(shí)提示數(shù)據(jù)入庫(kù)的進(jìn)度以及狀態(tài)信息等。通常一幅柵格圖像大小在幾十兆甚至幾百兆左右，若采用Raster Catalog來(lái)管理，在導(dǎo)入ArcSDE時(shí)，通常一幅柵格圖像需要花費(fèi)1-10 min左右的時(shí)間來(lái)完成數(shù)據(jù)入庫(kù)（具體時(shí)間跟機(jī)器性能和數(shù)據(jù)大小有關(guān)），將DOM數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入Raster Catalog運(yùn)行結(jié)果如圖2所示，而采用Mosaic Dataset來(lái)管理柵格數(shù)據(jù)，則在數(shù)據(jù)入庫(kù)時(shí)大大縮減了等待時(shí)間，完成一幅柵格數(shù)據(jù)入庫(kù)僅僅需要幾秒鐘，速度提高了近十倍，將DOM數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入Mosaic Dataset運(yùn)行結(jié)果如圖3所示。

圖2 批量導(dǎo)入D O M到柵格目錄圖

圖3 批量導(dǎo)入D O M到鑲嵌數(shù)據(jù)集圖

從上面兩幅圖可以看出，柵格數(shù)據(jù)批量入庫(kù)時(shí)，采用MosaicDataset來(lái)管理柵格數(shù)據(jù)比采用RasterCatalog來(lái)管理柵格數(shù)據(jù)的入庫(kù)效率要高很多，當(dāng)入庫(kù)的數(shù)據(jù)量越大時(shí)，優(yōu)勢(shì)越明顯。具體見(jiàn)表2所示。

表2 柵格數(shù)據(jù)入庫(kù)效率比較表

3.2.2 柵格數(shù)據(jù)預(yù)覽

Mosaic Dataset數(shù)據(jù)表中的一條記錄對(duì)應(yīng)著一幅柵格圖像，在ArcGISEngine開(kāi)發(fā)中，可以靈活的控制鑲嵌數(shù)據(jù)集的顯示方式，既可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)鑲嵌數(shù)據(jù)集的預(yù)覽，也可以分別預(yù)覽單個(gè)柵格數(shù)據(jù)集。若要實(shí)現(xiàn)對(duì)單幅柵格數(shù)據(jù)集的預(yù)覽，或者對(duì)單幅柵格數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，則首先需要調(diào)用IMosaic Workspace Extension接口[6]打開(kāi)Mosaic Dataset，獲取它的柵格目錄表，然后根據(jù)需要預(yù)覽的柵格數(shù)據(jù)集在目錄表中的編號(hào)來(lái)創(chuàng)建相應(yīng)的柵格數(shù)據(jù)集對(duì)象，最后將其加入Mapcontrol進(jìn)行預(yù)覽和分析。

4 結(jié)語(yǔ)

大多數(shù)的GIS項(xiàng)目一般都會(huì)涉及到柵格數(shù)據(jù)管理的問(wèn)題，采用哪一種柵格數(shù)據(jù)模型關(guān)系到整個(gè)GIS系統(tǒng)的安全性、訪問(wèn)效率以及數(shù)據(jù)使用的靈活性等方面。本文介紹的3種柵格數(shù)據(jù)模型各有長(zhǎng)短，可結(jié)合實(shí)際需要采用合適的柵格數(shù)據(jù)模型，但是就訪問(wèn)效率和操作靈活性來(lái)講，ArcGIS10新推出的Mosaic-Dataset柵格數(shù)據(jù)模型更為突出，它更適合管理大批量的柵格數(shù)據(jù)，在柵格數(shù)據(jù)入庫(kù)和訪問(wèn)方面的優(yōu)勢(shì)尤為明顯，并為海量柵格數(shù)據(jù)管理提供了一種新的解決方案，具有很好的發(fā)展前景。

[1]張劍波，劉丹，吳信才.G IS中柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理的研究與實(shí)現(xiàn)[J].桂林工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006(1)：54-58.

[2]申勝利，李華，劉聚海.基于A rcSD E的柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理[J].測(cè)繪通報(bào)，2007(9)：47-49.

[3]楊平，駱俊.基于A rcG ISEngi ne的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息技術(shù)-國(guó)土資源化，2006(5)：23-26.

[4]閆俊霞，張軍海.基于A rcSD E城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)研究[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，13(12)：138-139.

[5]ESRI公司.A rcG IS D eskt op H el p－A rcG IS D eskt op10 H el p.

[6]ESRI公司.D evel operH el p－A rcO bj ect s H el p For.N ET（V S2010）.