基于GIS的舞動分布圖繪制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計

王超 呂中賓 艾文君 劉澤輝 劉博

摘 要：本文以舞動信息為研究對象，詳細討論了舞動信息數(shù)據(jù)庫的選擇及設計過程，從數(shù)據(jù)庫設計理論和方法的角度介紹了基于Geodatabase的舞動信息數(shù)據(jù)庫設計方法。最后，利用設計和創(chuàng)建的舞動信息數(shù)據(jù)庫介紹數(shù)據(jù)庫的功能和應用。

關鍵詞：空間數(shù)據(jù)；層次結構；邏輯結構；物理結構

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）23-0076-03

Database Design of Dancing Layout Drawing System Based on GIS

WANG Chao LYU Zhongbin AI Wenjun LIU Zehui LIU Bo

（Power Transmission Line Galloping Prevention and Control Technology Laboratory of State Grid， State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450052）

Abstract： This paper took the dance information as the research object， discussed the selection and design process of the dance information database in detail， and introduced the design method of the dance information database based on Geodatabase from the perspective of database design theory and method. Finally， used the design and creation of the dance information database to introduce the functions and applications of the database.

Keywords： spatial data；hierarchy；logical structure；physical structure

我國是舞動災害最嚴重的國家之一[1]。舞動的危害十分嚴重，會造成長時間大范圍停電，恢復困難，社會影響巨大。截至2013年年底，共發(fā)生有文字記錄的舞動事件（事故）涉及35～1 000kV各電壓等級，共計發(fā)生舞動1 300條次以上，經(jīng)濟損失數(shù)百億。

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大和氣象環(huán)境的日益惡化[2]，輸電線路舞動現(xiàn)象不斷加劇，并逐漸成為線路安全運行的主要威脅之一。舞動分布圖能清晰地反映輸電線路舞動區(qū)域分布的特點，可以為線路設計、電網(wǎng)建設、運行維護等部門的防舞工作提供指導，在一定程度上減少防舞工作的盲目性。因此，通過建立舞動分布圖繪制系統(tǒng)以分析舞動分布區(qū)域的特點具有重要意義。

對舞動信息進行科學組織與管理，設計和建立標準統(tǒng)一、功能完善的數(shù)據(jù)庫是一個成功的舞動分布圖繪制系統(tǒng)的關鍵。因此，對數(shù)據(jù)庫進行合理設計和建設無疑具有十分重要的意義[3]。

1 舞動信息數(shù)據(jù)

1.1 舞動信息數(shù)據(jù)特征

舞動信息數(shù)據(jù)的分析與應用與地理環(huán)境直接關聯(lián)，具有空間屬性。舞動分布圖繪制系統(tǒng)要對輸電線路舞動信息進行采集、存儲、管理、處理、檢索、分析和表達，因此建立舞動信息數(shù)據(jù)庫需要具有以下特征。

第一，具有高可訪問性。輸電線路舞動信息的數(shù)據(jù)容量很大，其包含有地理信息、舞動信息等極其復雜的現(xiàn)象和信息。因此，在建立數(shù)據(jù)庫的基礎上，需要高效訪問大量數(shù)據(jù)，使其具有強大的信息檢索和分析能力。

第二，舞動信息數(shù)據(jù)中的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)要有清晰的對應關系，需要聯(lián)合管理。

第三，舞動信息數(shù)據(jù)中的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)要能隨時間而發(fā)生相應變化。

第四，舞動信息數(shù)據(jù)要具有空間多尺度性和時間多尺度性。

1.2 數(shù)據(jù)的層次結構

舞動信息數(shù)據(jù)包含的內(nèi)容十分廣泛，其主要分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)包含矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)，而屬性數(shù)據(jù)包含輸電線路舞動屬性和基礎地理屬性等。

矢量數(shù)據(jù)是通過記錄坐標的方式盡可能將點、線、面等地理實體的空間位置表現(xiàn)得準確無誤，是面向?qū)ο蟆⒕哂型負潢P系的空間數(shù)據(jù)類型。舞動信息數(shù)據(jù)中的矢量數(shù)據(jù)主要包括：數(shù)字線劃地圖數(shù)據(jù)（包括行政區(qū)劃圖、水系、交通道路和植被等）、輸電線路舞動數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)。

柵格數(shù)據(jù)主要指數(shù)字影像數(shù)據(jù)和數(shù)字高程數(shù)據(jù)（DEM數(shù)據(jù)）。數(shù)字影像數(shù)據(jù)的信息比較直觀，具有良好的可判讀性和可量測性。數(shù)字高程數(shù)據(jù)是舞動風險評估的基礎數(shù)據(jù)，是地理空間中地理對象表面形態(tài)的數(shù)字化表達。

屬性數(shù)據(jù)主要指與點、線、面數(shù)據(jù)相關聯(lián)的屬性信息。舞動信息的屬性數(shù)據(jù)主要包括基礎地理屬性、氣象屬性和舞動基本屬性。氣象屬性有日最低溫度、日平均相對濕度、日最大風速、風向參數(shù)等。舞動基本屬性有舞動時間、線路名稱、地點（經(jīng)緯度）、持續(xù)時間和桿塔結構等。數(shù)據(jù)層次框架如圖1所示。

2 舞動信息數(shù)據(jù)庫組織設計

2.1 舞動信息數(shù)據(jù)庫的選擇

通過上述對舞動信息數(shù)據(jù)的特點及層次結構的分析可知，只有建立空間數(shù)據(jù)庫才能管理舞動信息數(shù)據(jù)?？臻g性是空間數(shù)據(jù)庫區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的基本特征，因此，空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)不僅需要具有常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所必備的功能，還要為空間數(shù)據(jù)提供特定的管理功能。具有代表性的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有ESRI的GeoDatabase數(shù)據(jù)庫，其通過OLOB字段存儲空間對象的坐標數(shù)據(jù)，通過表存儲屬性數(shù)據(jù)，將空間坐標存在邊長記錄中，增加空間數(shù)據(jù)管理操縱函數(shù)。用戶通過GeoDatabase進行數(shù)據(jù)管理，可以建立高效的空間索引，高效訪問GeoDatabase中的空間數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全性、一致性和完整性，完成海量數(shù)據(jù)的管理。

GeoDatabase中的數(shù)據(jù)對象包括對象類、要素類和要素數(shù)據(jù)集，其通過層次型的數(shù)據(jù)對象來組織。存儲非空間數(shù)據(jù)的表格即是對象類，其保留有與地理要素相關聯(lián)的對象的描述性信息。具有相同幾何特征和屬性的要素的集合構成要素類，即同類空間要素的集合，如溫度、濕度、風速、省界、縣級市、省道和河流等。要素類之間可以獨立存在或具有某種關系。不同的要素類之間存在某種關系時，考慮將其組織為一個要素數(shù)據(jù)集，如溫度、濕度、風速和風向等放入氣象數(shù)據(jù)集中，省界、縣級市、省道、河流等放入空間地理數(shù)據(jù)集中。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)層次圖如圖2所示。

2.2 數(shù)據(jù)邏輯結構設計

舞動信息數(shù)據(jù)涉及的數(shù)據(jù)較多，為了更有利于對數(shù)據(jù)庫進行管理和維護，需要在數(shù)據(jù)邏輯結構設計中，按照邏輯結構將空間數(shù)據(jù)分為總庫和子庫兩級。其中，總庫為舞動信息空間數(shù)據(jù)庫，子庫根據(jù)數(shù)據(jù)類型劃分，不同的子庫包含不同的數(shù)據(jù)類型，子庫分為矢量數(shù)據(jù)庫和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)劃分后，每個子庫成為相應空間數(shù)據(jù)的要素集，以同類數(shù)據(jù)的要素集為基礎，再根據(jù)GeoDatabase數(shù)據(jù)結構規(guī)劃要素類，如圖3所示。

2.3 數(shù)據(jù)物理結構設計

為邏輯結構模型確定合理的存儲結構、存取方法、數(shù)據(jù)表示及存儲空間分配等過程就是物理結構設計需要完成的任務[4，5]。根據(jù)GeoDatabase的數(shù)據(jù)管理方案，物理模型設計的主要內(nèi)容有：①空間數(shù)據(jù)庫結構設計：包括地理實體屬性表設計，表格字段的屬性、別名等，地圖要素、圖層、圖像的結構與組織，建立空間索引的方法；②數(shù)據(jù)編輯方案設計；③地圖數(shù)字化方案設計；④空間數(shù)據(jù)的更新設計。

圖4和圖5列舉了舞動信息數(shù)據(jù)庫的舞動表的物理設計。

3 數(shù)據(jù)庫功能和應用

舞動信息數(shù)據(jù)庫的功能模塊是數(shù)據(jù)庫的外在表現(xiàn)，也是用戶應用數(shù)據(jù)庫的外在界面，其主要功能模塊如圖6所示。

3.1 查詢分析模塊

查詢分析模塊的主要功能有舞動信息屬性查詢和空間查詢，其中空間查詢又主要分為多邊形查詢和緩沖區(qū)查詢。

舞動信息查詢是查詢單個舞動點的信息，如通過點擊舞動圖層上的一個舞動點，可以查看該點的屬性信息，了解其發(fā)生時間、持續(xù)時間等舞動情況。

空間查詢可以查詢在一個區(qū)域范圍內(nèi)發(fā)生的歷年舞動情況，了解該地區(qū)的舞動狀況，如緩沖區(qū)查詢舞動信息是選擇一個地圖要素，給定緩沖區(qū)距離，生成一個緩沖區(qū)面，將緩沖區(qū)面與舞動信息疊加，得到該區(qū)域內(nèi)的舞動信息。

3.2 時空分布分析模塊

時空分布分析模塊是根據(jù)緩沖區(qū)查詢或多邊形查詢等空間查詢得到的結果，經(jīng)過GIS分析技術對舞動信息、氣象信息等進行空間分析，然后生成舞動分布圖。輸電線路發(fā)生舞動的桿段坐標疊加在舞動分布圖初稿上，并根據(jù)經(jīng)驗進行調(diào)整，生成最終的舞動區(qū)域分布圖。

4 結語

舞動信息數(shù)據(jù)庫的建設對實現(xiàn)舞動信息管理的規(guī)范化和標準化有著十分重要的作用。本文根據(jù)數(shù)據(jù)庫設計理論，結合ArcGIS的Geodatabase數(shù)據(jù)模型對舞動信息數(shù)據(jù)庫設計和建立方法進行詳細討論，為以后舞動分布的研究及分布圖繪制提供便利。

參考文獻：

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[3]李月臣，趙純勇，劉春霞，等.重慶市地質(zhì)災害數(shù)據(jù)庫設計與建設[J].中國地質(zhì)災害與防治學報，2007（1）：115-119.

[4] Bruno N， Chaudhuri S. Automatic Physical Database Tuning： A Relaxation-based Approach[C]// ACM SIGMOD International Conference on Management of Data. ACM，2005.

[5]Gebaly K E， Aboulnaga A. Robustness in Automatic Physical Database Design[C]// International Conference on Extending Database Technology： Advances in Database Technology. ACM，2008.