基于arcsde的空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與建立

1、基于ArcSDE的空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與建立摘要：隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的以文件形式管理、存儲(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的方式已不能滿(mǎn)足現(xiàn)在應(yīng)用的需求。針對(duì)以上問(wèn)題，本文通過(guò)arcsde對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，使空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)在面向?qū)ο蟮年P(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)(sqlserver)中，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、高效的管理。關(guān)鍵詞：空間數(shù)據(jù)庫(kù)；屬性數(shù)據(jù)；arcsde圍繞空間數(shù)據(jù)的管理，前后出現(xiàn)了幾種不同的空間數(shù)據(jù)管理模式：純文件模式、文件結(jié)合關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的管理模式、全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式和面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)管理模式。前兩種方式都是將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分離存儲(chǔ)，這樣往往會(huì)產(chǎn)生諸多問(wèn)題：1.空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接太弱，綜合查詢(xún)效

2、率不高，容易造成空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的脫節(jié)；2.空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)不能統(tǒng)一管理，實(shí)質(zhì)上是兩套管理系統(tǒng)，造成資源的浪費(fèi)和管理的混亂，數(shù)據(jù)一致性較難維護(hù)；3.由于空間數(shù)據(jù)不能統(tǒng)一在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)里存放，造成空間數(shù)據(jù)不能在網(wǎng)上共享。而面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)技術(shù)還不夠成熟，并且價(jià)格昂貴，目前在gis領(lǐng)域還不夠通用。所以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，還不能完全脫離現(xiàn)有關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)建設(shè)gis空間數(shù)據(jù)庫(kù)。arcsde是esri公司提供的一個(gè)基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上的地理數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。同一些數(shù)據(jù)庫(kù)廠(chǎng)商推出的在原有數(shù)據(jù)庫(kù)模型上進(jìn)行空間數(shù)據(jù)模型擴(kuò)展的產(chǎn)品(如oraclespatial)不同，esri的arcsde的定位則是空間數(shù)據(jù)的管

3、理及應(yīng)用，而非簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)空間化。系統(tǒng)目標(biāo)建成一個(gè)多級(jí)比例尺(100萬(wàn)、25萬(wàn)、5萬(wàn)、1萬(wàn))矢量、柵格以及航空影像、遙感影像(tm,spot)的c/s結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù),便于對(duì)空間數(shù)據(jù)有效的管理、分發(fā)和應(yīng)用?？傮w設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)總體技術(shù)方案設(shè)計(jì)在充分考慮實(shí)際應(yīng)用環(huán)境及應(yīng)用需求的基礎(chǔ)上,結(jié)合考慮國(guó)際國(guó)內(nèi)發(fā)展的主流趨勢(shì)和平臺(tái)產(chǎn)品的功能與性能來(lái)完成。技術(shù)路線(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)應(yīng)放棄數(shù)據(jù)文件式的管理方式,采用大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(sqlserver)管理空間數(shù)據(jù)，arcsde作為sqlserver2008和arc/info或其他地理信息系統(tǒng)軟件的接口,vb/vc/delphi/java/c#為前端應(yīng)用開(kāi)

4、發(fā)工具。其中，空間數(shù)據(jù)通過(guò)arcsde存儲(chǔ)在sqlserver2008數(shù)據(jù)庫(kù)。arcsde是基于c/s計(jì)算模型和關(guān)系數(shù)據(jù)管理模式的一個(gè)連續(xù)的空間數(shù)據(jù)模型，借助這一模型,可將空間數(shù)據(jù)加入到數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(rdbms)中去1。arcsde融于rdmbs后，提供了對(duì)空間、非空間數(shù)據(jù)進(jìn)行高效率操作的數(shù)據(jù)接口。由于arcsde采用c/s體系結(jié)構(gòu)，大量用戶(hù)可同時(shí)針對(duì)同一數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。arcsde提供了應(yīng)用程序接口(api)，開(kāi)發(fā)人員可將空間數(shù)據(jù)檢索和分析功能集成到應(yīng)用工程中去，以完成前端的應(yīng)用開(kāi)發(fā),最終提供數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢(xún)和分發(fā)服務(wù)。如圖1所示：圖1結(jié)構(gòu)圖軟件配置關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)：sqlserver200

5、8企業(yè)版?？臻g數(shù)據(jù)引擎：arcsde9.3。開(kāi)發(fā)工具：c#和arcgisengine9.3。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫(kù)總體框架結(jié)構(gòu)的核心部分，它決定數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。本文的地理數(shù)據(jù)庫(kù)采用標(biāo)準(zhǔn)的3層體系結(jié)構(gòu)。如圖2所示:圖2系統(tǒng)3層體系結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)層采用sqlserver關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和arcsde空間數(shù)據(jù)引擎實(shí)現(xiàn)對(duì)空間信息數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)和管理；邏輯層使用arcsde空間數(shù)據(jù)引擎實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)，并基于ae技術(shù)構(gòu)建空間信息綜合應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯，如空間數(shù)據(jù)的表現(xiàn)和操作；應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)省級(jí)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的具體應(yīng)用。采用3層架構(gòu)的開(kāi)發(fā)模式，可以在數(shù)據(jù)層（服務(wù)器端

6、）對(duì)數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)行安全限制，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中備份和恢復(fù)，保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性。邏輯結(jié)構(gòu)多級(jí)比例尺空間數(shù)據(jù)（矢量和柵格）存儲(chǔ)在sqlserver中，應(yīng)合理設(shè)計(jì)sqlserver數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)。任何一個(gè)sqlserver數(shù)據(jù)庫(kù)的主要邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)是表空間。sqlserver數(shù)據(jù)庫(kù)就是由一個(gè)或多個(gè)稱(chēng)為表空間的邏輯存儲(chǔ)單元組成的，這些表空間共同存儲(chǔ)了數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有數(shù)據(jù)。在邏輯上，oracle把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于表空間中，而在物理上則是存儲(chǔ)于與相應(yīng)表空間相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)文件中?？臻g基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)示范庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)是建立一個(gè)sqlserver數(shù)據(jù)庫(kù),在該數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)分別建立相應(yīng)的幾個(gè)表空間。將同一比例尺的各類(lèi)數(shù)據(jù)

7、存放在一個(gè)表空間中，對(duì)于不含比例尺的遙感數(shù)據(jù)單獨(dú)建表空間。包括1萬(wàn)數(shù)據(jù)表空間、5萬(wàn)數(shù)據(jù)表空間、25萬(wàn)數(shù)據(jù)表空間、100萬(wàn)數(shù)據(jù)表空間和遙感影像數(shù)據(jù)表空間。在每個(gè)表空間下分別建立不同類(lèi)型的表,以對(duì)應(yīng)不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型。它的優(yōu)點(diǎn)是邏輯清晰，易于使用管理。如圖3所示圖3數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型采用geodatabase數(shù)據(jù)模型1，所有的地理數(shù)據(jù)能以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)行集中管理。geodatabase是arcinfo8引入的一個(gè)全新的空間數(shù)據(jù)模型，它在一個(gè)同一的模型框架下對(duì)所有的地理空間要素，如：矢量、柵格、三維表面、網(wǎng)絡(luò)、地址等，進(jìn)行統(tǒng)一描述。它支持要素間的拓?fù)潢P(guān)系、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和要素類(lèi)之

8、間的關(guān)系和其他的面向?qū)ο笠?。相?duì)于其它的空間數(shù)據(jù)模型而言，geodatabase主要具有以下優(yōu)勢(shì)：實(shí)現(xiàn)在同一數(shù)據(jù)庫(kù)中統(tǒng)一管理各種類(lèi)型的空間數(shù)據(jù)；可管理連續(xù)的空間數(shù)據(jù),無(wú)須分幅分塊；支持空間數(shù)據(jù)的版本管理和多用戶(hù)并發(fā)操作；空間數(shù)據(jù)的錄入、編輯和表達(dá)更為精確等。arcsde管理空間數(shù)據(jù)的方法是將空間數(shù)據(jù)類(lèi)型加到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中2?？臻g數(shù)據(jù)的管理和存儲(chǔ)都是通過(guò)dbms中的若干表(table)來(lái)完成的。它不改變和影響現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)，只是在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)表中加入圖形數(shù)據(jù)項(xiàng)(shapecolumn)，供管理和訪(fǎng)問(wèn)與其關(guān)聯(lián)的空間數(shù)據(jù)。arcsde將地理數(shù)據(jù)和空間索引放在不同的數(shù)據(jù)表中，通過(guò)關(guān)聯(lián)項(xiàng)將其相連；將圖形數(shù)據(jù)

9、項(xiàng)加到rdbms表后，該表為空間可用(spatiallyenabled)。arcsde通過(guò)將信息存入層表(layerstables)來(lái)管理空間可用表。層表幫助管理rdbms表和空間數(shù)據(jù)之間的連接。對(duì)空間可用表，可像通常那樣對(duì)表中數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)、合并，也可以進(jìn)行圖到屬性或?qū)傩缘綀D的查詢(xún)。索引機(jī)制空間數(shù)據(jù)索引是為了提高對(duì)數(shù)據(jù)的提取和訪(fǎng)問(wèn)速度，其性能優(yōu)劣直接影響空間數(shù)據(jù)庫(kù)和gis整體性能，它是空間數(shù)據(jù)庫(kù)和gis系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。矢量數(shù)據(jù)的空間索引采用arcsde的網(wǎng)格型空間索引技術(shù)。確定合適的格網(wǎng)級(jí)數(shù)、單元大小是建立空間格網(wǎng)索引的關(guān)鍵。格網(wǎng)太大,在一個(gè)格網(wǎng)內(nèi)有多個(gè)空間實(shí)體，查詢(xún)檢索的準(zhǔn)確度低。格網(wǎng)太

10、小，則索引數(shù)據(jù)量成倍增長(zhǎng)和冗余，檢索的速度和效率低。每一個(gè)數(shù)據(jù)層可以采用不同大小、不同級(jí)數(shù)的空間索引格網(wǎng)單元，但是每層的索引最多不能超過(guò)三級(jí)。格網(wǎng)單元的大小不是一個(gè)確定性的問(wèn)題，需要多次嘗試和努力才會(huì)得到好的結(jié)果。選擇格網(wǎng)單元大小的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是：在滿(mǎn)足一個(gè)高效的空間索引時(shí)，讓索引表的大小盡可能的小。柵格數(shù)據(jù)的空間索引柵格數(shù)據(jù)的空間索引是通過(guò)arcsde建立多級(jí)金字塔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。首先建立底層數(shù)據(jù),通過(guò)逐級(jí)抽取數(shù)據(jù),建立不同分辨率的數(shù)據(jù)金字塔結(jié)構(gòu)。在數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)檢索時(shí)，調(diào)用適合級(jí)別的影像,以提高瀏覽和顯示速度。2.6系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)將系統(tǒng)分為5個(gè)功能模塊:空間數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)入庫(kù)與更新、空間數(shù)據(jù)查詢(xún)分

11、析、數(shù)據(jù)提取和系統(tǒng)維護(hù)?？臻g數(shù)據(jù)管理模塊主要實(shí)現(xiàn)圖層管理和配置、數(shù)據(jù)瀏覽與顯示等功能；數(shù)據(jù)入庫(kù)與更新模塊實(shí)現(xiàn)各種空間數(shù)據(jù)的入庫(kù)、在線(xiàn)編輯、數(shù)據(jù)更新和數(shù)據(jù)拼接功能；空間數(shù)據(jù)查詢(xún)分析模塊主要實(shí)現(xiàn)由空間數(shù)據(jù)到屬性數(shù)據(jù)和由屬性數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)的相互查詢(xún)定位以及空間分析、統(tǒng)計(jì)分析等功能；數(shù)據(jù)提取模塊實(shí)現(xiàn)用戶(hù)從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取空間數(shù)據(jù)的功能；系統(tǒng)維護(hù)模塊實(shí)現(xiàn)用戶(hù)管理、日志管理和數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)等功能?？臻g連接分布式管理的空間數(shù)據(jù)庫(kù)均使用sqlserver的聯(lián)網(wǎng)軟件net8來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)絡(luò)通信。正如net8連接運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)的不同計(jì)算機(jī)的客戶(hù)機(jī)和服務(wù)器一樣，它也允許數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊以支持分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的遠(yuǎn)程和

12、分布式處理。但是,如果通過(guò)arcsde空間數(shù)據(jù)器連接rdbms，只需要服務(wù)器名和實(shí)例與arcsde相連就可以了。一旦服務(wù)器找到后，須提供用戶(hù)和密碼完成連接。同時(shí)，通過(guò)用戶(hù)名和密碼可以確定用戶(hù)的使用權(quán)限。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)主要由9大功能模塊組成：用戶(hù)管理、日志管理、視圖管理、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、三維顯示、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和輸出打印。用戶(hù)管理項(xiàng)實(shí)現(xiàn)增加、刪除用戶(hù),賦予和修改用戶(hù)的信息或權(quán)限等功能；日志管理項(xiàng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)日志顯示、日志統(tǒng)計(jì)、日志查詢(xún)和日志打印等功能;視圖管理實(shí)現(xiàn)視圖的放大、縮小、全屏顯示、漫游和定點(diǎn)顯示等功能;數(shù)據(jù)導(dǎo)入實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)入各類(lèi)矢量、柵格數(shù)據(jù)和以行政區(qū)劃、地名、

13、圖號(hào)、結(jié)合表等多種檢索調(diào)圖方式從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)入需要的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)查詢(xún)實(shí)現(xiàn)空間位置檢索查詢(xún)（包括點(diǎn)查詢(xún)、矩形查詢(xún)、圓查詢(xún)和多邊形查詢(xún)）、地名檢索查詢(xún)、空間關(guān)系查詢(xún)（包括穿越查詢(xún)、落入查詢(xún)、包含查詢(xún)和鄰接查詢(xún)）、緩沖區(qū)查詢(xún)和屬性查詢(xún)（包括簡(jiǎn)單實(shí)體查詢(xún)和sql查詢(xún)）等功能；數(shù)據(jù)導(dǎo)出實(shí)現(xiàn)根據(jù)指定的圖層、范圍、條件等將空間數(shù)據(jù)按指定格式導(dǎo)出等功能；三維顯示實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和dem數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)套合、三維顯示和模擬飛行等功能;數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、投影變換和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等功能；輸出打印實(shí)現(xiàn)打印設(shè)置、打印預(yù)覽和打印輸出等功能。數(shù)據(jù)庫(kù)建立流程空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)要涉及到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施和維護(hù)3大內(nèi)容。應(yīng)以實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向，在廣泛進(jìn)行需求分析和數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，充分吸收國(guó)內(nèi)外空間數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用現(xiàn)代高新技術(shù)手段，高水平、高起點(diǎn)、分階段、按步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的建庫(kù)工作。結(jié)論上述空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)建立的優(yōu)越性表現(xiàn)在：矢柵統(tǒng)一的空間地理數(shù)據(jù)模型，有利于對(duì)數(shù)據(jù)的管理；空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎(arcsde)將數(shù)據(jù)統(tǒng)一于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行管理，有利于提高數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)速度和大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理；基于com技術(shù)編程技術(shù)，對(duì)ae進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),有利于靈活