基于ArcSDE與SQL Server的建筑物變形監(jiān)測空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

李亞 趙俊三

摘要：針對建筑物變形監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理問題，利用ArcSDEforSQLserver搭建建筑物變形監(jiān)測空間數(shù)據(jù)庫，并采用Visual2010+C#編程語言+Arcengine開發(fā)環(huán)境對ArcSDE數(shù)據(jù)庫連接及空間數(shù)據(jù)加載進(jìn)行了實例分析。研究結(jié)果表明，ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎技術(shù)能夠較好地進(jìn)行建筑物變形監(jiān)測空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，且能夠?qū)崿F(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

關(guān)鍵詞：GIS；ArcSDE；Geodatabase；ArcEngine；建筑物變形監(jiān)測

DOI：10.11907/rjdk.181121

中圖分類號：TP392

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-7800（2018）007-0204-05

Abstract：Inviewofthetraditionalbuildingdeformationmonitoringdatabasethatcannotbeabletounifymanagementofspatialdataandattributedata，weuseArcSDEForSQLservetobuildthebuildingdeformationmonitoringspatialdatabase，andemploystheprogramminglanguageofVisual2010+C#andarcenginedevelopmentenvironmenttoconductacasestudyofArcSDEdatabaseconnectionandspatialdataloading.TheresearchshowsthattheArcSDEspacedataenginetechnologycanestablishtheconstructionofbuildingdeformationmonitoringspacedatabasebetter，andcanrealizetheunifiedmanagementofspatialdataandattributedata.

KeyWords：GIS；ArcSDE；Geodatabase；ArcEngine；buildingdeformationmonitoring

0引言

建筑物在建設(shè)和使用過程中，由于基礎(chǔ)地質(zhì)構(gòu)造不均勻、地下水位變化、土體物理性質(zhì)不同、建筑物荷載作用等原因會產(chǎn)生不同程度的變形[1]。所以在建筑工程建設(shè)和使用過程中需要利用專門的儀器對建筑物的變形現(xiàn)象進(jìn)行周期性監(jiān)測。由于在建筑物變形監(jiān)測工作中涉及大量空間數(shù)據(jù)，所以如何高效地對建筑物變形監(jiān)測空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合與統(tǒng)一管理成為研究人員亟待解決的問題。

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，從20世紀(jì)90年代開始，我國學(xué)者開始了對變形監(jiān)測系統(tǒng)的研究。如李志偉等[2]開發(fā)了集數(shù)據(jù)輸入、計算、查詢、報表打印、曲線繪制、變形分析等功能于一體的邊坡變形監(jiān)測信息系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于邊坡監(jiān)測中；石杏喜[3]等研制了具有變形監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、報表輸出、圖形管理等功能的變形監(jiān)測信息系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于地鐵施工監(jiān)測中；趙顯富[4]等對變形監(jiān)測數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行了研發(fā)，并分析了數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和實現(xiàn)。隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，研究者們開始進(jìn)行空間數(shù)據(jù)庫研究，基于商業(yè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫平臺，結(jié)合SDE中間件技術(shù)進(jìn)行空間數(shù)據(jù)庫研究成為其中的主流方法[5]?；贏rcSDE的空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建技術(shù)被運(yùn)用于各類測繪數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中[6-9]，利用ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎技術(shù)進(jìn)行建筑物變形監(jiān)測空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建卻并不多見，且基于ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎技術(shù)的空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建研究都是基于ArcSDE與Oracle連接的應(yīng)用研究。因此，本文提出在ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎技術(shù)與SQLServer2008R2平臺支持下，研究與構(gòu)建建筑物變形監(jiān)測空間數(shù)據(jù)庫。

1關(guān)鍵技術(shù)介紹

1.1SqlServer關(guān)系數(shù)據(jù)庫

SqlServer是由微軟推廣和開發(fā)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，其最大優(yōu)勢在于集成了微軟的各類產(chǎn)品和資源，且提供了強(qiáng)大的可視化界面與高度集成的管理開發(fā)工具。作為一個社會普遍通用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，SqlServer關(guān)系型數(shù)據(jù)庫擁有完整的數(shù)據(jù)管理功能。

1.2ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎

ArcSDE是ArcGIS軟件平臺的一員，主要作為一個空間數(shù)據(jù)庫中間件技術(shù)。ArcSDE以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫為存儲中心，為前端的GIS應(yīng)用程序提供快速的空間數(shù)據(jù)訪問[10]。ArcSDE體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）中儲存和管理多用戶空間數(shù)據(jù)庫的通道[11]。ArcSDE可利用原關(guān)系型數(shù)據(jù)庫強(qiáng)大的管理功能，對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。目前企業(yè)級GIS系統(tǒng)基本都是利用ArcSDE作為空間數(shù)據(jù)庫引擎，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫到客戶端的數(shù)據(jù)交互。ArcSDE支持Oracle、SqlServer、PostgreSQL、IBMDB2和IBMInformix5種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，本文主要利用ArcSDEforSQLserver進(jìn)行建筑物變形監(jiān)測空間數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建。

1.3Geodatabase數(shù)據(jù)模型

Geodatabase是由ESRI推出的一種面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)模型，其基本對象組織思想是使用對象類、關(guān)系類，以及各種網(wǎng)絡(luò)與相關(guān)規(guī)則定義空間實體，將其有機(jī)地統(tǒng)一起來，綜合表達(dá)現(xiàn)實實體及其之間的復(fù)雜關(guān)系[12]。Geodatabase數(shù)據(jù)模型具有優(yōu)秀的關(guān)系數(shù)據(jù)集、要素類和對象類，是目前使用較為普遍的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，且其是建立在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）之上的統(tǒng)一、智能化的空間數(shù)據(jù)庫。Geodatabase支持的地理空間數(shù)據(jù)如圖2所示。

1.4ArcGISEngine開發(fā)工具

ArcGISEngine是由ESRI在2004年推出的用于開發(fā)C/S（客戶端-服務(wù)器）架構(gòu)地理信息系統(tǒng)（GIS）應(yīng)用軟件的工具包[13]。它提供了完善的地圖制圖、數(shù)據(jù)處理與空間分析等功能，能夠使開發(fā)者實現(xiàn)從簡單到復(fù)雜不同規(guī)模的GIS應(yīng)用軟件開發(fā)。

2數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

2.1需求分析

針對傳統(tǒng)建筑物變形監(jiān)測數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的分介質(zhì)存儲問題，希望將建筑物變形監(jiān)測空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合，從而便于管理，并實現(xiàn)對變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析。數(shù)據(jù)庫主要包括：①空間數(shù)據(jù)。主要包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、建筑空間信息數(shù)據(jù)和監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)信息數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)主要由矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)構(gòu)成；②屬性數(shù)據(jù)。建筑物變形監(jiān)測數(shù)據(jù)庫除具有空間數(shù)據(jù)外，還包含了相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是對空間數(shù)據(jù)相關(guān)屬性的描述，主要包括各類監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)和一些工程基本信息數(shù)據(jù)。

2.2概念結(jié)構(gòu)設(shè)計

一般采用E-R實體關(guān)系模型進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的概念模型表示，E-R實體關(guān)系模型主要由實體、聯(lián)系和屬性3部分構(gòu)成，具體設(shè)計如圖3所示。實體包括工程、建筑物、水平位移監(jiān)測點(diǎn)、豎向位移監(jiān)測點(diǎn)與監(jiān)測人員，其中水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)和豎向位移監(jiān)測數(shù)據(jù)為工作人員對監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行觀測產(chǎn)生的關(guān)系表。各實體都有各自的屬性，且之間具有相互聯(lián)系。

2.3邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)主要指從數(shù)據(jù)庫使用者角度考察數(shù)據(jù)組織方式[14]?？臻g數(shù)據(jù)采用矢量和柵格兩種數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲，屬性數(shù)據(jù)則存儲在屬性表中，二者通過建立關(guān)鍵字標(biāo)識進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。矢量數(shù)據(jù)采用點(diǎn)、線、面表示，柵格數(shù)據(jù)采用柵格結(jié)構(gòu)表示，與空間無關(guān)的數(shù)據(jù)利用對象表存儲?？臻g實體在Geodatabase中的表達(dá)方式如表1所示。對于空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的存儲，工程信息表、員工信息表、豎向位移監(jiān)測數(shù)據(jù)表、水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)分別如表2-表5所示。

2.4空間數(shù)據(jù)庫模式

采用“ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎+關(guān)系型數(shù)據(jù)庫”技術(shù)體系進(jìn)行空間數(shù)據(jù)管理和存儲。當(dāng)前社會使用較為廣泛的兩種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為微軟的SQLServer和美國甲骨文公司的Oracle。相對而言，微軟的SQLServer比甲骨文公司的Oracle操作更加便捷，且性價比更高。所以選用SQLServer關(guān)系數(shù)據(jù)庫作為本次研究的數(shù)據(jù)庫平臺，且選擇功能較為全面的SQLServer2008R2版本。

3數(shù)據(jù)入庫

數(shù)據(jù)入庫工作主要包括矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的入庫處理，數(shù)據(jù)入庫流程如圖4所示。

3.1矢量數(shù)據(jù)

在建筑變形監(jiān)測工作中，矢量數(shù)據(jù)大多是利用CAD軟件繪制的CAD圖件數(shù)據(jù)，因此將CAD圖件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ArcGIS所支持的圖件數(shù)據(jù)格式才能滿足建庫需要。CAD數(shù)據(jù)與ArcGIS數(shù)據(jù)格式文件中的地圖圖層概念差異較大[15]。在AutoCAD中，圖層為該軟件最關(guān)鍵的設(shè)置，不同地理要素放在不同圖層，每個圖層的參數(shù)都不同。ArcGIS中每個圖層包含兩種信息：描述地理要素空間位置和形狀的空間信息、描述地理要素的屬性信息。具體轉(zhuǎn)換過程如下：

（1）由于繪制的CAD數(shù)據(jù)中包含信息復(fù)雜，且CAD數(shù)據(jù)中的多線段數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換為Shapefile數(shù)據(jù)時能夠較好地識別面數(shù)據(jù)，所以在總平面圖CAD數(shù)據(jù)中建立新圖層，依據(jù)建設(shè)方提供的建筑物軸線，并利用CAD軟件中的多線段工具繪制建筑物輪廓。

（2）依據(jù)新圖層（建筑物輪廓）創(chuàng)建新的CAD圖紙，對新的CAD數(shù)據(jù)利用ArcMap自帶工具箱中的CAD轉(zhuǎn)換工具進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到在ArcGIS中可以利用的建筑面數(shù)據(jù)。

（3）利用ArcMap中自帶的空間矯正工具對轉(zhuǎn)換的面數(shù)據(jù)進(jìn)行空間矯正，矯正到原建設(shè)單位提供的數(shù)據(jù)坐標(biāo)系下，然后對圖層定義坐標(biāo)系。

3.2柵格數(shù)據(jù)

柵格數(shù)據(jù)的處理對象主要是建筑區(qū)域的遙感影像和DEM模型數(shù)據(jù)，對于此類數(shù)據(jù)應(yīng)利用專業(yè)遙感影像數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理，主要包括數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、數(shù)據(jù)壓縮以及柵格數(shù)據(jù)金字塔建立等工作。

3.3屬性數(shù)據(jù)

屬性數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄表格進(jìn)行錄入，且在錄入過程中應(yīng)確保不要錯誤與遺漏。

4ArcSDE數(shù)據(jù)庫連接

ArcSDE提供了應(yīng)用服務(wù)器連接和直接連接兩種連接方式[16]。當(dāng)服務(wù)器性能較好時，可采用服務(wù)器連接方式，否則采用直接連接方式。但為了減輕服務(wù)器壓力，一般采用直接連接方式進(jìn)行連接，以下對直接連接方式進(jìn)行研究。

4.1直接連接方式參數(shù)設(shè)置

服務(wù)器（Server）：不需填寫。

數(shù)據(jù)庫實例（Instance）：SDE數(shù)據(jù)庫類型。

數(shù)據(jù)庫（Database）：根據(jù)不同的DBMS決定是否填寫。

用戶名（Username）：用于連接數(shù)據(jù)庫用戶名。

密碼（Password）：用于連接數(shù)據(jù)庫密碼。

4.2基于ArcEngine的ArcSDE數(shù)據(jù)庫連接及空間數(shù)據(jù)加載

4.2.1C#編程代碼示例

///

privatevoidbutton1_Click（objectsender，EventArgse）

{

IWorkspacepWorkspace；

pWorkspace=arcSDEWorkspaceOpen（""，"sde：sqlserver：."，"sde"，"123"，"sde"，"SDE.DEFAULT"）；

//如果工作空間不為空，則進(jìn)行加載

if（pWorkspace！=null）

{

AddAllDataset（pWorkspace，axMapControl1）；

}

}

///

///服務(wù)器

}

}

pDataset1=pEnumDataset1.Next（）；

}

}

elseif（pDatasetisIFeatureClass）//要素類

{

IFeatureWorkspacepFeatureWorkspace=（IFeatureWorkspace）pWorkspace；

IFeatureLayerpFeatureLayer=newFeatureLayerClass（）；

pFeatureLayer.FeatureClass=pFeatureWorkspace.OpenFeatureClass（pDataset.Name）；

pFeatureLayer.Name=pFeatureLayer.FeatureClass.AliasName；

mapControl.Map.AddLayer（pFeatureLayer）；

}

elseif（pDatasetisIRasterDataset）//柵格數(shù)據(jù)集

{

IRasterWorkspaceExpRasterWorkspace=（IRasterWorkspaceEx）pWorkspace；

IRasterDatasetpRasterDataset=pRasterWorkspace.OpenRasterDataset（pDataset.Name）；

//影像金字塔判斷與創(chuàng)建

IRasterPyramid3pRasPyrmid；

pRasPyrmid=pRasterDatasetasIRasterPyramid3；

if（pRasPyrmid！=null）

{

if（?。╬RasPyrmid.Present））

{

pRasPyrmid.Create（）；//金字塔創(chuàng)建

}

}

IRasterLayerpRasterLayer=newRasterLayerClass（）；

pRasterLayer.CreateFromDataset（pRasterDataset）；

ILayerpLayer=pRasterLayerasILayer；

mapControl.AddLayer（pLayer，0）；

}

pDataset=pEnumDataset.Next（）；

}

mapControl.ActiveView.Refresh（）；

}

4.2.2結(jié)果展示

本研究采用ArcEngine提供的ToolbarControl、axToccontral和axMapcontrol控件進(jìn)行空間數(shù)據(jù)加載界面搭建，通過點(diǎn)擊數(shù)據(jù)加載按鈕進(jìn)行數(shù)據(jù)加載，如圖5所示。

5結(jié)語

空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建是GIS系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)，本文根據(jù)建筑物變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，建立建筑物變形監(jiān)測空間數(shù)據(jù)庫，為下一步建筑物變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)實現(xiàn)打下基礎(chǔ)，并為GIS技術(shù)與建筑物變形監(jiān)測的結(jié)合提供參考借鑒。

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（責(zé)任編輯：黃健）