基于SuperMapSDX+的大連市基礎地理信息

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　　 摘要 本文首先對主流的空間數據庫引擎比較，然后敘述基于SuperMapSDX+的基礎地理空間數據庫管理系統建設的框架及內容，給出了空間數據庫系統的數據庫的方法，通過探討，為城市基礎地理空間數據庫系統的建設提供思路。
　　 關鍵詞：空間數據庫；SupermapSDX+； 空間數據庫管理系統
　　 1 主流的空間數據庫引擎比較
　　 隨著空間信息技術的發展，目前國際上比較成熟且應有較廣泛的空間數據庫引擎有SuperMap SDX+，ArcSDE以及Spatial Ware等等，其中Spatial Ware在國內應用非常少，因此下面將重點介紹前兩個數據庫引擎技術。
　　 SuperMap SDX+是北京超圖軟件股份有限公司的空間數據引擎技術，它提供了一種通用的訪問機制（或模式）來訪問存儲在不同引擎里的數據。這些引擎類型有數據庫引擎、文件引擎和 Web 引擎。SuperMap SDX+ 是 SuperMap GIS 軟件數據模型的重要組成部分，它采用先進的空間數據存儲技術、空間索引技術和數據查詢技術，實現了具有“空間－屬性數據一體化”、“矢量－柵格數據一體化”和“空間信息－業務信息一體化”的集成式空間數據引擎技術，無論是對 GIS 大型工程還是中小型工程或是桌面應用都是理想的選擇。SuperMap SDX不僅很好的實現了對國外關系型數據庫系統（如oracle，SQL Server，DB2，Sybase等）的支持，而且也支持國產的關系型數據庫軟件，如Kingbase等。同時，具備訪問Oracle Spatial數據庫的能力。
　　 ArcSDE是美國著名的地理信息研究機構ESRI自1995年推出的空間數據庫引擎，它在現有的關系數據庫或對象－關系型數據庫管理系統的基礎上進行空間擴展，實現了基于Oracle、DB2、SQL Server等數據庫管理系統的空間數據管理與操作，并提供了功能完備的GIS應用客戶端（ArcMap、ArcCatalog、ArcIMS等）和豐富的二次開發手段(SDE C API、SDE Java API、Arc Objects)，基于完整的GIS專業數據存儲模型和高性能空間數據處理能力。但與SuperMap SDX+相比，在如下方面有明顯的不足：
　　 從技術上來看，ArcSDE是基于數據庫管理系統外的空間數據庫訪問中間件產品，對客戶端空間數據與分析請求需要兩層多次運算與信息傳輸，很容易成為海量空間數據管理在性能與安全方面的瓶頸。數據中轉層次過多，效率低；在客戶端和數據庫之間均增設服務器，安全性降低；在客戶端和數據庫之間增設服務器，較難發揮數據庫服務器的群集計算能力。
　　 目前ArcSDE安裝復雜，需要復雜的配置和調優，對于用戶而言需要成本較高的培訓。與ArcSDE相比較，SDX+支持Sybase和國產DM關系型數據庫。
　　 在空間數據索引方面，ArcSDE中采用的空間索引方法單一，是通過多層級網格索引實現的。這種索引模式在數據量密集時比較高效。算法的缺點是建立索引前,必須預先知道各地理對象的外接矩形的長和寬,并按其面積大小排序,若是研究區域的范圍很大,地理對象比較復雜時,不太適用; 索引建立后,查詢操作簡單高效,但進行插入或刪除操作時,涉及的地理對象的外接矩形面積若是不等于原先所有的面積的大小時,可能需要重新對面積進行排序并建立分區號,效率反而會有所下降。
　　 SuperMap SDX+則針對不同的數據類型提供了多種數據索引方式，包括四叉樹索引、R樹索引、動態索引（又稱為多級格網索引）和圖庫索引，在使用時有更多的選擇，使用更加靈活。
　　 2應用需求分析
　　 大連市基礎地理信息數據庫管理系統主要包含以下幾個方面的應用需求：
　　2.1數據入庫及更新需求
　　 地理信息數據生產應該遵循統一的標準，大連市在進行基礎測繪任務之初就設計了大連市各比例尺數據生產規定，統一了數據采集軟件、數據格式，以及采用的空間參考，為后續的數據更新打下了基礎。
　　 應該建立統一的數據更新機制，這樣才能保證數據的現勢性。在管理系統設計過程中應該充分考慮。
　　2.2數據管理維護需求
　　 基礎地理信息數據庫首先要滿足管理的需求，包括對每一類數據源、數據集的日常維護，以及對數據目錄的管理維護，歷史數據管理及維護。安全與權限管理需求，需要依據具體業務分配不同的權限，同時要做好空間數據備份工作，以備數據出現錯誤時進行數據庫恢復操作；日常的管理維護工作還包括了對索引數據的維護。
　　2.3空間數據分發及應用需求
　　 基本應用，包括常見的GIS基本操作，如放大、縮小、漫游、以及查詢、統計、分析和專題圖制圖等；數據分發需求，包括矢量數據輸出，柵格數據輸出，以及規則輸出等多種方式；數據格式轉換需求，提供將庫中數據轉出為常見的GIS格式功能，以滿足不同用戶的需求。
　　 大連市基礎地理信息數據庫管理系統的總體目標是建立大連市多尺度（包括1：10000、1：2000、1：500）、多源數據類型（包括DLG、DEM、DOM、地名地址等多種數據類型）以及多時態的空間信息數據庫及管理軟件，為社會各行各業提供基礎地理信息服務，并逐步建立起大連市測繪院數據采集、管理、維護和分發服務的整體運行機制。
　　 3 系統技術路線和結構設計
　　 3.1系統技術路線
　　 大連市基礎地理空間數據庫管理系統采用大型關系數據庫Oracle10g結合空間數據引擎SuperMap SDX+的建庫模式，系統開發采用超圖大型全組件式GIS――SuperMap Objects（ＣＯＭ）進行開發，開發工具為Microsoft Visual Studio2005，開發語言為C#，程序運行需要安裝微軟的Framework .Net2.0。采用SuperMap GIS 6系列產品作為系統的地理信息平臺，SuperMap Objects 6作為C/S系統的開發平臺，SuperMap Deskpro 6作為地圖數據處理的軟件。
　　 3.2系統結構設計
　　 從系統開發的技術角度來分析，系統的體系結構分為四個層次：數據庫層、軟件平臺層、應用組件層和功能模塊層。
　　
　　
　　 系統結構示意圖
　　 數據庫層。數據庫層采用大型商業數據庫Oracle10g做為空間數據的存儲系統。
　　 軟件平臺層。該層采用SuperMapSDX+做為訪問空間數據的引擎，結合ADO.Net開發實現對數據庫訪問的封裝，GIS相關功能通過SuperMap Objects開發實現。
　　 應用組件層。應用組件層主要是對系統中公用的業務進行抽象，封裝成可重復利用的組件，以增強系統的靈活性和可擴展性。主要包括空間數據管理組件類和插件平臺業務類。
　　 功能模塊層。功能模塊層是利用封裝好的應用組件，結合具體的業務，開發相應的功能插件。如數據查詢功能，地圖定位功能的開發。
　　 4 基礎地理空間數據庫的建立
　　 4.1基礎庫總體結構
　　 大連市基礎地理信息數據庫建設既要考慮到現勢數據的存儲管理，也要考慮到后期歷史數據庫的管理，根據這一思想，采用分版劃代法來建立歷史數據庫。
　　 大連市基礎地理信息數據，每一版本的數據量較大，且由于數據生產與組織模式，不同時態的數據之間沒有明確的相關關系，在日常的業務工作中對不同時版本的數據分析應用基本沒有，對歷史數據主要以數據管理為目的，因此大連市基礎地理信息數據庫采用現勢庫、歷史庫兩庫模式，且歷史庫和現勢庫在物理上和邏輯上都是獨立的。

　　 為了克服分版劃代法的不足，解決存儲數據量大和各版本之間聯系不緊密，在歷史數據庫中只存儲更新過的數據，沒有更新的數據不存儲，并且歷史數據庫和現勢庫結構完全一致。為了避免由于更新次數的增多，歷史庫版本過多，采用只建立一個歷史數據庫，通過在矢量數據的要素集和柵格數據的編目命名中加年代來區分版本，歷史數據庫只存放發生變化的數據。
　　
　　 基礎數據庫總體結構示意圖
　　 4.2數據庫的建設
　　 數據庫建庫分為建庫準備、數據加工、數據檢查、數據入庫、完成建庫五大主流程，每主流程可以分為多個子流程，包括資料收集與整理、格式轉換、要素提取、建立目標數據結構、圖幅拼接、數據集追加、圖形要素融合、數據整理、屬性編輯、注記編輯、數據檢查、數據入庫、建立元數據、數據應用。
　　 5 基礎地理信息數據庫管理系統主要功能實現
　　 5.1可靠性與安全性
　　 系統采用數據庫存儲技術對基礎空間數據進行存儲管理，使得數據在完整性、一致性及系統的并發控制得以解決。同時系統通過用戶管理、權限控制以及系統日志管理等保障數據和系統的安全。
　　 5.2實用性和可維護性
　　 系統以滿足當前大連市基礎地理信息管理、維護和分發服務的應用需求為出發點，提供了強大的多源、多尺度、多時態數據的集成管理，簡單易用的數據查詢檢索，以及數據分發和數據庫制圖等功能，具有較好的實用性；系統實現上保留相應了相應的接口，具有較好的可擴展性和可維護性。
　　 5.3空間數據的集成化管理
　　 基礎空間數據庫中的數據，包括大連市1：500、1：2000萬和1：1萬三種比例尺DLG、DOM、DEM、影像等多種類型的數據。數據庫可以通過一致的空間定位參考使這些數據相互疊加和套合，形成高度集成化的空間數據庫。
　　 5.4海量空間數據的高效存儲和管理
　　 大連市基礎地理信息數據庫的數據量將近600GB，通過一定的數據組織和存儲機制可以實現在數據庫范圍內進行快速瀏覽和查詢。
　　 5.5強大的數據提取功能
　　 數據提取功能是數據庫的主要用途之一。本系統提供的數據提取功能可以實現數據按矩形、多邊形、選擇對象的范圍(如行政境界、道路緩沖等)、標準圖幅等方式進行矢量和柵格數據的提取功能。支持緩沖區提取、批處理提取、坐標變換。支持常用的矢量和柵格數據格式。
　　 結束語
　　 基礎地理信息數據庫的建設，必須根據地理空間信息標準與規范，基于現有基礎地理信息數據，采用國際的主流建庫技術，對基礎空間數據的組織和管理進行探索和研究，在數據庫建設和系統開發等方面都滿足系統建設的需求，制定基礎地理信息數據庫的建設的可行實施方案，才能保證系統建設的順利實施。
　　 當然，基于SuperMapSDX+的基礎地理空間數據庫管理系統還需要在運行過程中不斷的完善，諸如海量數據庫的更新問題與技術要求；數據倉庫技術的應用；歷史數據、元數據的組織管理。以上這些問題都有待于在今后的工作中進一步探討解決。
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