Shapefile格式電子海圖數(shù)據(jù)集成存儲研究

1、控制管理文章編號：（）中文核心期刊微計算機信息（管控一體化）年第卷第期格式電子海圖數(shù)據(jù)集成存儲研究（哈爾濱工程大學）郝燕玲唐文靜趙玉新李寧摘要：格式的電子海圖數(shù)據(jù)通常采用文件系統(tǒng)存儲，難以保證數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性，且數(shù)據(jù)訪問效率低。本文在認真分析格式的電子海圖數(shù)據(jù)組織結構基礎上，研究并提出了電子海圖空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)集成存儲的方法，設計了集成存儲電子海圖數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)庫結構，并以數(shù)據(jù)庫為平臺在環(huán)境下實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的集成，有效地解決了文件系統(tǒng)存儲海圖數(shù)據(jù)的弊端。關鍵詞：格式；電子海圖；空間數(shù)據(jù)庫；集成存儲中圖分類號：文獻標識碼：，：；技術創(chuàng)新引言空間數(shù)據(jù)的分布性和非結構化等特征

2、導致了其存儲結構的發(fā)展經歷了從文件系統(tǒng)存儲、混合數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)庫存儲方式的演變。近年來，隨著計算機技術、圖形圖像處理技術的迅猛發(fā)展，以數(shù)字形式表示的電子海圖具有功能豐富、靈活性高等特點，因此得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用。電子海圖數(shù)據(jù)有多種存儲格式，它采用純文件方式格式是其中的一種。管理空間數(shù)據(jù)。這種方式將幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)各自獨立組織、管理與檢索，僅僅通過唯一標識符來建立它們之間的連接，不但使用起來非常不方便，而且無法保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性。針對這些問題，本文提出了將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)集成存儲的方案，充分利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)處理和分析海量數(shù)據(jù)的能力，真正實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的融為一體。圖形文

3、件用于記錄空間坐標信息，由文件頭和實體信息兩部分構成（如圖所示）。文件頭是一個長度固定（）的記錄段，其中包括文件長度、邊界盒等信息。每個圖形文件只能表類型、示一種圖形類型，用不同的整數(shù)分別表示。類型值的定義如圖所示。實體信息負責記錄坐標信息，它以記錄段為基本單位，每一個記錄段記錄一個地理實體目標的坐標信息，每個記錄段分為記錄頭和記錄內容兩部分。記錄頭長字節(jié)，其內容包括記錄號（和坐標記錄長度（）兩個記錄項。記錄內容包括目標的幾何類型（和具體的坐標記錄（、記錄內容的具體內容），及格式因要素幾何類型的不同而不同。解析電子海圖格式格式的電子海圖數(shù)據(jù)沒有拓撲信息，一個其中必要的基本文件包括圖形文由一組文

4、件組成，件（、索引文件（和屬性文件（三個文件。圖形）文件為直接存取的可變長記錄文件，記錄了海圖要素的坐標位置數(shù)據(jù)；索引文件記錄描述了對應的圖形文件記錄相對于圖形文件開始點的偏移量；屬性文件為表文件結構，記錄了海圖要素的屬性。圖形文件記錄與屬性文件記錄通過記錄號一一對應。圖形文件的組織郝燕玲：博導教授基金項目：國防預研基金（）圖圖形文件組織圖圖形類型例 控制管理包括幾何要素表、圖層表、地圖表。地圖由圖層組成，而圖層由幾何要素組成，其空間數(shù)據(jù)邏輯結構如圖所示。（幾何要素表，根據(jù)組成幾何實體的要素進行設計，存儲）該圖層的所有空間實體的空間和屬性信息，所以幾何要素表包括兩部分內容：包括幾何要素類型、空

5、間坐標系、空間坐標信實體信息，息等。不同圖層表示不同地理現(xiàn)象，海圖基礎地理信屬性信息，息要素共分類，包括水域陸地、礁石沉船與障礙物等。不同幾何類型的屬性數(shù)據(jù)項是不同的，如點類型的屬性數(shù)據(jù)文件包括個標準數(shù)據(jù)項，分別是、線類、，型的屬性數(shù)據(jù)文件包括個標準數(shù)據(jù)項，分別是、面類、，型的屬性數(shù)據(jù)文件包括個標準數(shù)據(jù)項，分別是、。這部分域段在創(chuàng)建幾何要素表時指定。另外，根據(jù)圖層表示的地理現(xiàn)象的不同，屬性數(shù)據(jù)文件還增加了對它們特有的屬性進行描述的擴展字段。（圖層表，它記錄了數(shù)據(jù)庫中的圖層信息，包括圖層、）圖層名、圖層包括的幾何要素表名等。圖層表體現(xiàn)了圖層與幾何要素表的對應關系，根據(jù)圖層所表示的要素的幾何類型，

6、每個圖層可以由個幾何要素表組成。（地圖表，主要記錄了該幅地圖的圖層數(shù)目、圖層表名、）圖幅控制信息，包括圖號、圖名、投影方式、比例尺、圖幅范圍等信息。這樣一種組織形式基于對象關系模型，將不同幾何類別的空間要素對象化，這樣空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)一同存儲在數(shù)據(jù)庫中，使得對空間數(shù)據(jù)的并發(fā)操作更加方便和迅速。該數(shù)據(jù)庫按照圖層來對電子海圖數(shù)據(jù)實現(xiàn)存儲，每個圖層實現(xiàn)一個專題空間圖形，不同幾何類別的要素數(shù)據(jù)存放于不同的表中。這種管理機制保證了數(shù)據(jù)的安全性、完整性、一致性。屬性文件的組織屬性文件（）用于記錄屬性信息。它是一個標準的文件，也是由頭文件和實體信息兩部分構成。文件頭部分的長度是變長的，它主要對文件作了一些

7、總體說明，其中最主要的是對這個文件的記錄項的信息進行了詳細的描述，比如對每個記錄項的名稱、數(shù)據(jù)類型、長度等信息都有具體的說明。實體信息部分就是一條條屬性記錄，每條記錄都是由若干個記錄項構成。從文件和文件的內部組織情況可以看出，圖形文件中的數(shù)據(jù)是以二進制形式直接存儲；每一個圖形數(shù)據(jù)記錄有一個相應的屬性數(shù)據(jù)記錄；每一個圖形數(shù)據(jù)在屬性數(shù)據(jù)文件中記錄的順序與在圖形數(shù)據(jù)文件中記錄的順序一致。這種將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分開存儲的方式具有數(shù)據(jù)模型簡單的特點，適用于數(shù)據(jù)量較少的系統(tǒng)，但存在諸多不便：（一致性、完整性。）不能保證數(shù)據(jù)的安全性、（）不能處理大量的數(shù)據(jù)。（）數(shù)據(jù)訪問的效率低。（）難以保證多用戶并發(fā)操作

8、的實現(xiàn)。集成空間數(shù)據(jù)結構設計空間數(shù)據(jù)具有與一般數(shù)據(jù)不同的存儲特征，這主要體現(xiàn)在空間數(shù)據(jù)是海量數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)文件類型復雜、數(shù)據(jù)使用頻率不一致等幾個方面。要實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的有效存儲管理，必須實施數(shù)據(jù)的集中管理。在具體設計存儲系統(tǒng)時，應著重考慮以下兩個方面：存儲空間動態(tài)擴充由于空間數(shù)據(jù)總是不斷增加，因此存儲系統(tǒng)應該是一個集中管理的系統(tǒng)，具備可擴充性的特點，這樣可以動態(tài)擴展存儲空間。數(shù)據(jù)快速存取數(shù)據(jù)存儲的目的就在于提供應用，存儲系統(tǒng)的設計就應實現(xiàn)讓用戶快速、正確、簡便的獲取數(shù)據(jù)，而不用去了解數(shù)據(jù)實際存儲物理位置的功能。對于現(xiàn)實中的實體可以由一個二維空間信息所表示，包括屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)是和空間位

9、置、空間關系有關的數(shù)據(jù)，而地理元素中非空間的屬性信息，稱為屬性數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)被分層存儲在圖形文件中，它是一種由元素、幾何實體及層所組成的層次結構，包括點、線、面三種基本要素：定義為沒有面積和長度度量的、離散的空間地理要點，素，由一對，碼頭等。坐標表示。如燈塔、定義為由一串有序的，如邊界、河流等。線，坐標對表示，由一串有序的，且首尾坐標相同的，面，坐標對表示，如島嶼等。技術創(chuàng)新電子海圖數(shù)據(jù)集成存儲的實現(xiàn)圖線類型海洋陸地層的存儲結構圖電子海圖數(shù)據(jù)邏輯結構根據(jù)空間數(shù)據(jù)的層次結構來設計空間數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)結構技術應用例圖實現(xiàn)界面按照面向對象思想，每種地理現(xiàn)象都可以被抽象為某一類元年控制管理中文核心期刊微

10、計算機信息（管控一體化）年第卷第期具有公共屬性的對象，如點、線、面等。具體的地理現(xiàn)象則是該對象的一個實例，它還具有自己的屬性。各種對象分層管理，這樣就解決了空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一體化管理。數(shù)據(jù)庫提供了一個空間數(shù)據(jù)組件，在開發(fā)環(huán)境下讀取電子海圖的格式文件，構建集成存儲的數(shù)據(jù)結構。以線類型的海洋陸地層為例，其存儲結構如圖。線類型的圖形文件（包括幾何類型、坐標系、坐標信息等）的讀取及存儲流程如圖所示。系統(tǒng)實現(xiàn)界面如圖所示。，：，（哈爾濱工程大學自動化學院黑龍江哈爾濱）郝燕玲唐文靜趙玉新李寧通訊地址：（黑龍江省哈爾濱市南崗區(qū)南通大街號哈爾濱工程大學自動化學院教研室房間）郝燕玲（收稿日期：）（修稿日期：

11、）（上接第頁）程序運行結果圖技術創(chuàng)新結論隨著微電子技術的進步，運算速度的加快，這種非常安全的數(shù)據(jù)加密方式越來越得到廣泛應用。本文作者創(chuàng)新點：（此方法的加密參數(shù)靈活，用戶可根據(jù)不同要求方）便地改變加密的安全級別；（）采用了改進的算法與進制算法的結合算法，設計簡單，加密速度快；（）在大數(shù)乘法，算法等多個地方采用了流水線結構，加快了加解密速度。參考文獻算法與源程序機械工業(yè)應用密碼學協(xié)議、出版社，蔡敏，史偉偉，黃明文基于算法的大數(shù)乘法器設計半導體技術，陳艷波密碼算法的改進與實現(xiàn)湖南大學碩士論文年施向東，董平基于算法的一種新的加密核設計微計算機信息，（）：，“，”，作者簡介：羅焯炬（），男（漢族），華南

12、理工大學微電子專業(yè)研究方向為專業(yè)集成電路設計與系統(tǒng)集成。級研究生，：（），（），（廣東廣州廣州市華南理工大學微電子研究所）羅焯炬通訊地址：（廣州市五山路華南理工大學物理科學與技術學院微電研）羅焯炬（收稿日期：）（修稿日期：）圖圖形文件的讀取及存儲流程結論本文研究將格式的電子海圖的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲的方法，實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的集成存儲和一體化管理，保證了數(shù)據(jù)的完整性、一致性，有效的解決了多用戶并發(fā)操作等問題，極大的方便了數(shù)據(jù)的管理與應用。本文作者創(chuàng)新點：研究并提出了格式的電子海圖空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)集成存儲的方法，設計了集成存儲電子海圖數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)庫結構，并以數(shù)據(jù)庫為平臺在環(huán)境下實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的集成，有效地解決了文件系統(tǒng)存儲海圖數(shù)據(jù)的弊端。參考文獻張新長地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫北京：科學出版社宋小鵬，趙文吉，趙娜等空間數(shù)據(jù)格式讀取首都師范大學學報（自然科學版），（）：劉三民，王杰文空間數(shù)據(jù)存儲管理研究綜述電腦與信息技術，（）：譚念龍空間數(shù)據(jù)存儲技術及應用微電