規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)研究

李伙友

摘 要：以龍巖規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)需求為例，總結(jié)了規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的原則和分類，深入研究了規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)的基本要素和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的模型?；贏rcGIS平臺(tái)和AutoCAD二次開發(fā)環(huán)境，提出了規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的技術(shù)路線、模型設(shè)計(jì)方法和注意事項(xiàng)，開發(fā)并實(shí)現(xiàn)了龍巖地理信息演示系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：ArcGIS；規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

1 引言

城市現(xiàn)有規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)資源存在以下六個(gè)方面的問題：一是數(shù)據(jù)資源分散、未能有效利用；二是數(shù)據(jù)內(nèi)容單一；三是數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一；四是更新機(jī)制無法建立；五是組織管理機(jī)構(gòu)不健全；六是投資渠道單一而不穩(wěn)定，重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重。龍巖市城鄉(xiāng)規(guī)劃局測(cè)繪服務(wù)站在城市信息化建設(shè)過程中，碰到以上一樣的問題。為此，龍巖學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院和龍巖市城鄉(xiāng)規(guī)劃局測(cè)繪服務(wù)站共同合作完成基于ArcGIS龍巖規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)研究項(xiàng)目（福建省教育廳項(xiàng)目JB12209）。通過該項(xiàng)目建設(shè)，基本上解決了龍巖規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)統(tǒng)一格式采集、AutoCAD數(shù)據(jù)格式和ArcGIS平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一建庫(kù)問題。

本文針對(duì)項(xiàng)目建設(shè)過程中規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行研究，詳細(xì)分析了規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)組成要素，把幾何網(wǎng)絡(luò)模型和邏輯網(wǎng)絡(luò)模型相結(jié)合構(gòu)建了數(shù)據(jù)庫(kù)模型，基于ArcGIS平臺(tái)和AutoCAD二次開發(fā)環(huán)境，對(duì)規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

本項(xiàng)目建設(shè)采用ArcSDE（ArcGIS的空間數(shù)據(jù)引擎）+MySQL（Oracle公司開放源代碼數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）存儲(chǔ)空間及其屬性數(shù)據(jù)，基于ArcGIS平臺(tái)和AutoCAD2010二次開發(fā)，研究了規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的技術(shù)路線、模型設(shè)計(jì)方法和注意事項(xiàng)。[1]

2 規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的原則和分類

2.1 規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的原則

對(duì)城市建設(shè)各部門建立統(tǒng)一有效的管理制度，按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)收集、整理和分析各部門在行政辦公過程中產(chǎn)生的各種空間信息，建成一個(gè)內(nèi)容涵蓋從空中到地表，再到地下包括地形、地貌、地下綜合管線、工程地質(zhì)、建筑物紋理、道路紋理等全方位的，多比例尺、多分辨率、多時(shí)相、多種數(shù)據(jù)來源的城市三維立體空間數(shù)據(jù)庫(kù)，并建立有效的數(shù)據(jù)更新機(jī)制。主要原則總結(jié)為以下六點(diǎn)：1）標(biāo)準(zhǔn)化原則，2）數(shù)據(jù)共享原則3）先進(jìn)性原則，4）實(shí)用性原則，5）安全性原則，6）可擴(kuò)展性原則。

2.2 規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的分類

規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)和城市基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫(kù)一樣，也分為基本空間數(shù)據(jù)庫(kù)和外延空間數(shù)據(jù)庫(kù)兩個(gè)部分。[2]

1）基本空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

基本空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是規(guī)劃測(cè)繪應(yīng)用系統(tǒng)的空間定位參考基準(zhǔn)，目標(biāo)是建成一個(gè)多種表現(xiàn)形式、多數(shù)據(jù)源、多種比例尺、多分辨率、多時(shí)相、多種數(shù)據(jù)組織形式的綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。其內(nèi)容包括數(shù)字線劃地形數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)字柵格數(shù)據(jù)庫(kù)等。基本空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)投資巨大，最佳方案分期逐步建設(shè)。

2）外延空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

外延空間數(shù)據(jù)庫(kù)是基本空間數(shù)據(jù)庫(kù)的補(bǔ)充，如果說基本空間數(shù)據(jù)庫(kù)是城市空間信息的骨架，外延空間數(shù)據(jù)庫(kù)則是城市信息化建設(shè)的靈魂。以基本空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，從城市建設(shè)部門（特別是城市規(guī)劃部門）的行政審批流程中收集和整理現(xiàn)狀建筑、土地利用、房地產(chǎn)、地下綜合管線和工程地質(zhì)等空間信息，作為基本空間數(shù)據(jù)庫(kù)的補(bǔ)充。外延空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括現(xiàn)狀建筑數(shù)據(jù)庫(kù)、地名數(shù)據(jù)庫(kù)、現(xiàn)狀路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)、工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)和地下綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)等。

3 規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)基本要素和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型分析

3.1 規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)基本要素分析

基于AutoCAD平臺(tái)DWG格式數(shù)據(jù)信息主要是通過矢量圖來表示，其屬性只能通過標(biāo)注表示，不能夠進(jìn)行空間分析；基于ArcGIS平臺(tái)SHP數(shù)據(jù)格式信息屬性能夠以屬性表的形式存儲(chǔ)，圖形對(duì)應(yīng)屬性，能夠通過空間數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、操作和GIS空間分析等。

上述兩種數(shù)據(jù)本質(zhì)上的區(qū)別在于：DWG數(shù)據(jù)格式主要是以圖面的形式表現(xiàn)規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)名稱、層數(shù)、面積等屬性數(shù)據(jù)，不利于對(duì)圖形進(jìn)行查詢和分析，而SHP格式數(shù)據(jù)是把AutoCAD原圖面上的規(guī)劃測(cè)繪各屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理和查詢。AutoCAD支持的DWG格式數(shù)據(jù)信息主要用作規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)成果的表現(xiàn)，而規(guī)劃測(cè)繪管理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)不僅可以表現(xiàn)城市規(guī)劃測(cè)繪成果，還可以支持疊加分析及統(tǒng)計(jì)分析等GIS功能分析 。因此，建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)之前需要對(duì)DWG格式支持的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的取舍和處理。

3.2 規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型分析

規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)可以從地理角度和網(wǎng)絡(luò)角度兩個(gè)方面認(rèn)識(shí)。從地理角度看，應(yīng)能使規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)本身符合空間實(shí)體要素表現(xiàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理的需求；從網(wǎng)絡(luò)角度看，則需要明確各數(shù)據(jù)之間的連通關(guān)系。若按原有AutoCAD格式中的表現(xiàn)方式，規(guī)劃信息易產(chǎn)生邏輯上的混亂。

一個(gè)幾何網(wǎng)絡(luò)總是與一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)系，在編輯幾何網(wǎng)絡(luò)要素的同時(shí)，相應(yīng)的邏輯網(wǎng)絡(luò)元素會(huì)自動(dòng)更新。在幾何網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)要素和邏輯網(wǎng)絡(luò)的元素間有一對(duì)一和一對(duì)多的關(guān)聯(lián)關(guān)系。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)要素類是以下四種網(wǎng)絡(luò)要素類型之一的集合：簡(jiǎn)單交匯點(diǎn)要素、復(fù)雜交匯點(diǎn)要素、簡(jiǎn)單邊線要素、復(fù)雜邊線要素。幾何網(wǎng)絡(luò)中的簡(jiǎn)單邊線要素與邏輯網(wǎng)絡(luò)中的一條邊元素相聯(lián)系，幾何網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)雜邊線要素與邏輯網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)邊元素相對(duì)應(yīng)，同時(shí)，這些邊必須是一個(gè)鏈狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)對(duì)一個(gè)幾何網(wǎng)絡(luò)要素進(jìn)行添加或刪除時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)添加或刪除相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)元素。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析時(shí)，系統(tǒng)會(huì)向邏輯網(wǎng)絡(luò)傳遞分析方案，幾何網(wǎng)絡(luò)和邏輯網(wǎng)絡(luò)是密不可分的。

4 規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的技術(shù)路線、模型設(shè)計(jì)方法

4.1 技術(shù)路線

基于ArcGIS平臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)同樣也遵循普通數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的三個(gè)階段， 即概念模型、邏輯模型和物理模型的設(shè)計(jì)。

1） 概念模型設(shè)計(jì)階段應(yīng)根據(jù)規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)和ArcGIS平臺(tái)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 確定各地圖要素所屬的專題圖層， 并對(duì)要素的類型、屬性、相互之間的聯(lián)系和約束行為進(jìn)行簡(jiǎn)單描述[6]?？衫脤?shí)體- 關(guān)系模型或添加了象形圖的擴(kuò)展E-R模型表示要素類的組織結(jié)構(gòu)及其關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2） 邏輯模型設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)概念設(shè)計(jì)階段定義的數(shù)據(jù)類型、屬性及其關(guān)系和行為， 確定各地理要素的描述方式。①將離散的矢量數(shù)據(jù)組織到要素?cái)?shù)據(jù)集、要素類或關(guān)系類中， 影像數(shù)據(jù)和表面數(shù)據(jù)組織到柵格數(shù)據(jù)集或柵格目錄中， 地圖說明信息組織到注記類中；②定義要素類和表格應(yīng)包含屬性字段， 并指定各字段的屬性域、缺省值、精度和范圍等特性；③根據(jù)地理要素編碼標(biāo)準(zhǔn)恰當(dāng)應(yīng)用子類控制要素的行為， 設(shè)定要素間的關(guān)聯(lián)規(guī)則以增強(qiáng)要素的空間一致性。在邏輯模型設(shè)計(jì)階段， 可利用面向?qū)ο蟮墓I(yè)化標(biāo)準(zhǔn)建模語言UML， 將E-R模型中的實(shí)體、屬性和聯(lián)系分別映射成UML的類、對(duì)象和關(guān)系， 組成UML靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。

3） 物理模型設(shè)計(jì)可利用現(xiàn)有的軟件工程技術(shù)，借助Case工具將數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯模型直接轉(zhuǎn)換成物理模型， 從而避免物理模型設(shè)計(jì)階段手工建模的差錯(cuò)， 提高數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)效率。

4.2 模型設(shè)計(jì)方法

1） 借助Microsoft Visio、Rational Rose或Oracle Designer 2000等Case工具設(shè)計(jì)UML類圖。ArcGIS中要素?cái)?shù)據(jù)集、要素類、表格、幾何網(wǎng)絡(luò)和關(guān)系等元素可用UMLCD中的包、類和關(guān)聯(lián)來表示。最后將設(shè)計(jì)好的UMLCD輸出到XMI文件或Microsoft Repository中。

2） 在Case工具中對(duì)生成的XMI文件或Repository進(jìn)行語意上的差錯(cuò)處理， 在確保沒有錯(cuò)誤報(bào)告的情況下可利用ArcCatalog提供的Case子系統(tǒng)從XMI文件或Repository生成ArcGIS方案。

3） 因?yàn)楝F(xiàn)有的Case工具還無法對(duì)ArcGIS方案定義空間參考和創(chuàng)建拓?fù)鋄7]， 可利用ArcCatalog數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具對(duì)Case工具生成的ArcGIS方案定義空間參考并創(chuàng)建拓?fù)洌?同時(shí)對(duì)Case工具定義的部分關(guān)聯(lián)關(guān)系及整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)方案作進(jìn)一步的提煉和擴(kuò)展， 以適應(yīng)規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)的特殊需求。

4.3 主要成果展示

分為三部分，一是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)啟動(dòng)界面，二是建筑樓層查詢子系統(tǒng)，三是市區(qū)三維地形圖查詢。詳細(xì)情況在此省略。

5 總結(jié)與展望

以規(guī)劃部門對(duì)信息管理的需求，通過對(duì)規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)的基本要素和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的模型的研究，基本完成了基于ArcGIS平臺(tái)和AutoCAD二次開發(fā)環(huán)境對(duì)龍巖城鄉(xiāng)規(guī)劃測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)方案基本實(shí)現(xiàn)了規(guī)劃部門所要求的功能和需求。但真要付之實(shí)踐應(yīng)用，至少還需滿足以下三個(gè)條件：一是資金投入，不斷完善基本空間數(shù)據(jù)庫(kù)和外延空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建庫(kù)工作；二是提升相關(guān)工作人員的技術(shù)水平；三是必須有強(qiáng)力部門牽頭協(xié)調(diào)組織，制定相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，協(xié)調(diào)各部門工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 邱建康. 基于AutoCAD的ArcGIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)互操作實(shí)現(xiàn)[J].湖北：城市勘測(cè)，2010（5）：54-56.

[2] 熊勤芳，何一明.論城市建設(shè)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)[J].北京：中國(guó)測(cè)繪，2007（3）：80-83.

[3] 邱建康.基于AutoCAD的ArcGIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)互操作實(shí)現(xiàn)[J].北京：城市勘測(cè)，2010（5）：54-56.

[4] Xiaoyong Zhan， Min-Lang Huang. ArcCN-Runoff： an ArcGIS tool for generating curve numberand runoff maps [J]. Environmental Modelling & Software 19 （2004） 875–879.

[5] Andrew Perencsik， Eddie Idolyantes.Designing Geodatabases With Visio [M] . USA： ESRI Press 2004