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(jì)算機(jī)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(xué)）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(rèn)真分析格式的電子海圖數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)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(shè)計(jì)了集成存儲電子海圖數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，并以數(shù)據(jù)庫為平臺在環(huán)境下實(shí)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(guān)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(xiàn)標(biāo)識碼：，：；技術(shù)創(chuàng)新引言空間數(shù)據(jù)的分布性和非結(jié)構(gòu)化等特征

2、導(dǎo)致了其存儲結(jié)構(gòu)的發(fā)展經(jīng)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(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)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(diǎn)，因此得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)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(dú)立組織、管理與檢索，僅僅通過唯一標(biāo)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(shí)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(biāo)信息，由文件頭和實(shí)體信息兩部分構(gòu)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(shí)體信息負(fù)責(zé)記錄坐標(biāo)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(shí)體目標(biāo)的坐標(biāo)信息，每個記錄段分為記錄頭和記錄內(nèi)容兩部分。記錄頭長字節(jié)，其內(nèi)容包括記錄號（和坐標(biāo)記錄長度（）兩個記錄項(xiàng)。記錄內(nèi)容包括目標(biāo)的幾何類型（和具體的坐標(biāo)記錄（、記錄內(nèi)容的具體內(nèi)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?fù)湫畔?，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(biāo)位置數(shù)據(jù)；索引文件記錄描述了對應(yīng)的圖形文件記錄相對于圖形文件開始點(diǎn)的偏移量；屬性文件為表文件結(jié)構(gòu)，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(yīng)。圖形文件的組織郝燕玲：博導(dǎo)教授基金項(xiàng)目：國防預(yù)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(jié)構(gòu)如圖所示。（幾何要素表，根據(jù)組成幾何實(shí)體的要素進(jìn)行設(shè)計(jì)，存儲）該圖層的所有空間實(shí)體的空間和屬性信息，所以幾何要素表包括兩部分內(nèi)容：包括幾何要素類型、空

5、間坐標(biāo)系、空間坐標(biāo)信實(shí)體信息，息等。不同圖層表示不同地理現(xiàn)象，海圖基礎(chǔ)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(xiàng)是不同的，如點(diǎn)類型的屬性數(shù)據(jù)文件包括個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)項(xiàng)，分別是、線類、，型的屬性數(shù)據(jù)文件包括個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)項(xiàng)，分別是、面類、，型的屬性數(shù)據(jù)文件包括個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)項(xiàng)，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(jìn)行描述的擴(kuò)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(yīng)關(guān)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(guān)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(shí)現(xiàn)存儲，每個圖層實(shí)現(xiàn)一個專題空間圖形，不同幾何類別的要素?cái)?shù)據(jù)存放于不同的表中。這種管理機(jī)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(biāo)準(zhǔn)的文件，也是由頭文件和實(shí)體信息兩部分構(gòu)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(xiàng)的信息進(jìn)行了詳細(xì)的描述，比如對每個記錄項(xiàng)的名稱、數(shù)據(jù)類型、長度等信息都有具體的說明。實(shí)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(xiàng)構(gòu)成。從文件和文件的內(nèi)部組織情況可以看出，圖形文件中的數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制形式直接存儲；每一個圖形數(shù)據(jù)記錄有一個相應(yīng)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(diǎn)，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(shí)現(xiàn)。集成空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(fù)雜、數(shù)據(jù)使用頻率不一致等幾個方面。要實(shí)現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的有效存儲管理，必須實(shí)施數(shù)據(jù)的集中管理。在具體設(shè)計(jì)存儲系統(tǒng)時，應(yīng)著重考慮以下兩個方面：存儲空間動態(tài)擴(kuò)充由于空間數(shù)據(jù)總是不斷增加，因此存儲系統(tǒng)應(yīng)該是一個集中管理的系統(tǒng)，具備可擴(kuò)充性的特點(diǎn)，這樣可以動態(tài)擴(kuò)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(yīng)用，存儲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就應(yīng)實(shí)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(shí)際存儲物理位置的功能。對于現(xiàn)實(shí)中的實(shí)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)。空間數(shù)據(jù)是和空間位

9、置、空間關(guān)系有關(guān)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(shí)體及層所組成的層次結(jié)構(gòu)，包括點(diǎn)、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(diǎn)，素，由一對，碼頭等。坐標(biāo)表示。如燈塔、定義為由一串有序的，如邊界、河流等。線，坐標(biāo)對表示，由一串有序的，且首尾坐標(biāo)相同的，面，坐標(biāo)對表示，如島嶼等。技術(shù)創(chuàng)新電子海圖數(shù)據(jù)集成存儲的實(shí)現(xiàn)圖線類型海洋陸地層的存儲結(jié)構(gòu)圖電子海圖數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)根據(jù)空間數(shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用例圖實(shí)現(xiàn)界面按照面向?qū)ο笏枷?，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(jì)算機(jī)信息（管控一體化）年第卷第期具有公共屬性的對象，如點(diǎn)、線、面等。具體的地理現(xiàn)象則是該對象的一個實(shí)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(gòu)建集成存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。以線類型的海洋陸地層為例，其存儲結(jié)構(gòu)如圖。線類型的圖形文件（包括幾何類型、坐標(biāo)系、坐標(biāo)信息等）的讀取及存儲流程如圖所示。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)界面如圖所示。，：，（哈爾濱工程大學(xué)自動化學(xué)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(xué)自動化學(xué)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(yùn)行結(jié)果圖技術(shù)創(chuàng)新結(jié)論隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，運(yùn)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(yīng)用。本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：（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(jìn)的算法與進(jìn)制算法的結(jié)合算法，設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，加快了加解密速度。參考文獻(xiàn)算法與源程序機(jī)械工業(yè)應(yīng)用密碼學(xué)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(shè)計(jì)半導(dǎo)體技術(shù)，陳艷波密碼算法的改進(jìn)與實(shí)現(xiàn)湖南大學(xué)碩士論文年施向東，董平基于算法的一種新的加密核設(shè)計(jì)微計(jì)算機(jī)信息，（）：，“，”，作者簡介：羅焯炬（），男（漢族），華南

12、理工大學(xué)微電子專業(yè)研究方向?yàn)閷I(yè)集成電路設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成。級研究生，：（），（），（廣東廣州廣州市華南理工大學(xué)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(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(jié)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(shí)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(yīng)用。本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：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(shè)計(jì)了集成存儲電子海圖數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，并以數(shù)據(jù)庫為平臺在環(huán)境下實(shí)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(xiàn)張新長地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫北京：科學(xué)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(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)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(shù)，（）：譚念龍空間數(shù)據(jù)存儲技術(shù)及應(yīng)用微電