公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計分析

湯周

摘 要：本文通過概述公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，圍繞系統(tǒng)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)性能兩方面探究公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方案，進(jìn)而突出區(qū)劃成果的準(zhǔn)確性、科學(xué)性、客觀性，為公路的建設(shè)工作提供全面的數(shù)據(jù)資源，保證公路穩(wěn)定性和安全性，實現(xiàn)公路自然區(qū)劃的自動化、定量化、實用化。

關(guān)鍵詞：路網(wǎng)建設(shè);自然區(qū)劃;地理信息系統(tǒng)

前言：公路自然區(qū)劃對于公路建設(shè)、路網(wǎng)規(guī)劃、規(guī)范制定等環(huán)節(jié)至關(guān)重要，可以對區(qū)域水文、地形、氣候進(jìn)行細(xì)致分析，并構(gòu)建云模型計算相關(guān)指數(shù)。因此將公路自然區(qū)劃與地理信息系統(tǒng)設(shè)計、優(yōu)化過程相結(jié)合，能夠突出區(qū)劃工作的精準(zhǔn)性、合理性和客觀性，為后續(xù)路網(wǎng)建設(shè)、規(guī)劃、養(yǎng)護(hù)工作提供理論指導(dǎo)。

一、公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

（一）整體結(jié)構(gòu)框架

公路自然區(qū)劃主要分析區(qū)域地貌、水文、地形、氣候、地質(zhì)等要素對于公路建設(shè)的影響情況，并總結(jié)公路建設(shè)和自然環(huán)境之間的關(guān)系和規(guī)律，側(cè)重為公路建設(shè)前期的勘測工作提供服務(wù)。公路自然區(qū)劃圍繞“服務(wù)性、實用性、全面性”的原則，借鑒其他區(qū)劃工作的優(yōu)秀成果和經(jīng)驗，結(jié)合公路具體建設(shè)情況，按照主導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)完成公路自然區(qū)劃。公路自然區(qū)劃包含三種形式：專項區(qū)劃、綜合自然區(qū)劃、特殊區(qū)劃。其中，專項區(qū)劃主要圍繞公路建設(shè)區(qū)域的氣候特點、水泥路面情況、路基情況、瀝青路面情況開展工作;綜合自然區(qū)劃則對區(qū)域水文、巖土、氣候、地貌、生態(tài)情況完成劃分;特殊區(qū)劃包含軟土、鹽漬土、災(zāi)害區(qū)域等結(jié)構(gòu)。

（二）公路自然區(qū)劃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)工作內(nèi)容如下：首先，將氣象、巖土、地貌、DEM等信息和圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)化，輸入處理完成后存儲到系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫中。其次，在區(qū)域指標(biāo)空間計算和分析過程中，應(yīng)用分析統(tǒng)計、粗糙集理論等形式。最后，提供分區(qū)查詢、指標(biāo)分析、圖件輸出等服務(wù)。公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)主要結(jié)合公路特征和GIS結(jié)構(gòu)，制定南京自然區(qū)劃地圖集，實現(xiàn)B/S和C/S的有效融合，同時構(gòu)建空間數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)，借助SQL、Oracle等數(shù)據(jù)庫搜索引擎和管理系統(tǒng)，對區(qū)劃工作進(jìn)行自動化和信息化管理。

（三）地理信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

地理信息系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)收集、分析、管理功能，將地理現(xiàn)象和特征借助符號由抽象轉(zhuǎn)變?yōu)榫呦?，如屬性特征、空間位置、時域特點。其中，屬性特征可以將特定現(xiàn)象和物體轉(zhuǎn)換為定量或定性指標(biāo);空間位置能夠確定地理現(xiàn)象和事物的位置;時域特點是收集地理現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的具體時間。這三方面能夠?qū)崿F(xiàn)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集、處理、模擬、分析、檢索、表達(dá)的一體化。由于地理信息系統(tǒng)主要分析空間信息并完成數(shù)據(jù)管理，因此可以劃分為地學(xué)信息、土地信息、資源管理信息等結(jié)構(gòu);若按照數(shù)據(jù)模型分類，包含柵格、混合、矢量信息內(nèi)容。

二、公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)優(yōu)化

（一）優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)

由于南京市公路公路自然區(qū)劃涉及到地質(zhì)災(zāi)害、巖土、氣象、地貌等因素，地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫具有種類多、占用空間大、數(shù)據(jù)多的特點，因此數(shù)據(jù)分析花費時間較長。通過優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)，能夠解除不必要的空間占用問題，降低系統(tǒng)處理和查詢時間，升級數(shù)據(jù)存儲、處理、輸出過程，縮短信息系統(tǒng)的響應(yīng)時間，提升其運行速度，具體優(yōu)化模式包含以下幾方面：

（1）優(yōu)化數(shù)據(jù)加載過程

提升數(shù)據(jù)加載速度的方式有許多，如批量載入、構(gòu)建數(shù)據(jù)恢復(fù)模型、聚集索引等方式。當(dāng)?shù)乩硇畔⑾到y(tǒng)在加載初始信息時，建議選擇簡單的數(shù)據(jù)庫恢復(fù)模式;基于公路自然區(qū)劃構(gòu)建地理信息系統(tǒng)需要龐大的氣象信息，若通過批量導(dǎo)入的方式會影響數(shù)據(jù)加載速度。借助API函數(shù)中的集中拷貝功能，能夠?qū)ο到y(tǒng)數(shù)據(jù)完成批量載入，且數(shù)據(jù)量一般設(shè)置為1000行;若下載增量數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建大容量日志數(shù)據(jù)恢復(fù)模型，最大程度地突出系統(tǒng)的操作性能[1]。此外，若想克服數(shù)據(jù)加載過程中出現(xiàn)的混亂問題，可以構(gòu)建聚集索引，若數(shù)據(jù)自動讀入則信息系統(tǒng)會結(jié)合鍵值對數(shù)據(jù)進(jìn)行有序排列，提升數(shù)據(jù)加載的精確度。

（2）優(yōu)化數(shù)據(jù)庫表空間

數(shù)據(jù)庫中邏輯對象、物理文件與數(shù)據(jù)查詢速度、系統(tǒng)空間有關(guān)。一般情況下公路自然區(qū)劃的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表空間分為回滾表、Oracle表、ArcSDE表、索引表、臨時表、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表、區(qū)劃制圖、區(qū)域指標(biāo)數(shù)據(jù)、模型分析等表空間，其中回滾表、Oracle表、索引表空間變化頻繁，分布于多種磁盤驅(qū)動器中，可以降低I/O沖突，提升其工作速度[2]。

（3）提升參數(shù)獨立性

由于公路自然區(qū)劃形成的信息較多且種類復(fù)雜，容易在空間分析過程中存在交叉情況，如地質(zhì)災(zāi)害、水文、氣候與降雨量有關(guān)。因此，可以在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中增加存儲交叉規(guī)律算法，并對相關(guān)算法完成修改，加強各項自然參數(shù)的獨立性，便于對數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的修整和更新。

（二）優(yōu)化系統(tǒng)性能

（1）優(yōu)化SQL語句

在公路自然區(qū)劃數(shù)據(jù)庫中，應(yīng)用程序需要解析SQL語句，因此語句優(yōu)化是地理信息系統(tǒng)有序運行的關(guān)鍵。優(yōu)化SQL語句的過程應(yīng)盡量降低數(shù)據(jù)查詢過程中的“參與加工數(shù)據(jù)量”，節(jié)省系統(tǒng)響應(yīng)時間和運行空間。此外，若想方便區(qū)劃數(shù)據(jù)的查詢，可以使用DECODE函數(shù)，借助實用化表格發(fā)送區(qū)劃數(shù)據(jù);若想方便部門對于自然數(shù)據(jù)的打印和查詢，建議使用DECODE函數(shù)，優(yōu)化設(shè)計SQL程序，進(jìn)而通過V_xsmx完成可視化數(shù)據(jù)查詢和打印。

（2）優(yōu)化緩存

緩存的作用是加快系統(tǒng)訪問速度，避免對地理信息數(shù)據(jù)庫進(jìn)行多次訪問。例如，在Oracle數(shù)據(jù)庫中，主要借助LOG_BUFFER設(shè)置日志緩存區(qū)域數(shù)據(jù)大小。因此，優(yōu)化緩存對于提升系統(tǒng)運行速率意義重大，具體內(nèi)容如下：

其一，當(dāng)系統(tǒng)客戶端申請讀取數(shù)據(jù)時，應(yīng)用服務(wù)器需要檢查緩存，如果其中存在請求數(shù)據(jù)，應(yīng)立即返回數(shù)據(jù);若不存在請求數(shù)據(jù)，再向數(shù)據(jù)庫請求讀取數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)返回過程中，緩存需完成存儲，為后續(xù)數(shù)據(jù)讀取工作提供便利。其二，如果客戶端向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送了更新請求，需要先將指令存入緩存，由系統(tǒng)匯總。當(dāng)用戶點擊“開始”按鈕后，將相關(guān)指令全部輸入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)更新。其三，如果應(yīng)用服務(wù)器向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)送寫入指令，要將指令存入緩存，將其中的時間周期作為限制，統(tǒng)一執(zhí)行周期內(nèi)指令。此外，如果緩存區(qū)已滿，同時有新的請求時，系統(tǒng)可以按“先進(jìn)先出”要求，更新緩存數(shù)據(jù)。建議在應(yīng)用服務(wù)器和客戶端中構(gòu)建緩存區(qū)，縮短數(shù)據(jù)載入時間，降低數(shù)據(jù)庫讀寫次數(shù)，提升系統(tǒng)的訪問效率。

（3）優(yōu)化數(shù)據(jù)查詢

公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處于不斷交替、更新的狀態(tài)，在查詢過程中會花費大量時間，因此有必要優(yōu)化系統(tǒng)的查詢響應(yīng)過程。建議降低數(shù)據(jù)庫服務(wù)器在磁盤中每次讀取的數(shù)據(jù)量，并有序進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，可以借助臨時表，將讀取頻率較高的數(shù)據(jù)存入表中進(jìn)而構(gòu)成子集，減低磁盤操作次數(shù)，提升數(shù)據(jù)查詢效率。

三、結(jié)論

綜上所述，公路自然區(qū)劃作為公路建設(shè)服務(wù)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，具有復(fù)雜、典型、開放的特點。因此，在區(qū)劃工作中需要對系統(tǒng)框架進(jìn)行分析，對水文、巖土等地理要素展開數(shù)據(jù)研究和匯總，優(yōu)化自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)的功能，對數(shù)據(jù)庫表完成分區(qū)獨立存放，確保區(qū)劃數(shù)據(jù)在收集、分析、調(diào)整過程中的模塊化和自動化。

參考文獻(xiàn)：

[1]李杰，袁丁，黃帥.某高速公路沿線微地形微氣候特性對冰雪區(qū)劃影響研究[J].公路，2019，64（08）：163-167.

[2]張風(fēng)旗.自然環(huán)境、公路工程建設(shè)與公路自然區(qū)劃的關(guān)系研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2018，（10）：105-106.