基于arcsde的空間數(shù)據(jù)庫的設計與建立

1、基于ArcSDE的空間數(shù)據(jù)庫的設計與建立摘要：隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的以文件形式管理、存儲地理空間數(shù)據(jù)的方式已不能滿足現(xiàn)在應用的需求。針對以上問題，本文通過arcsde對空間數(shù)據(jù)進行管理，使空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在面向對象的關系型數(shù)據(jù)庫(sqlserver)中，實現(xiàn)統(tǒng)一、高效的管理。關鍵詞：空間數(shù)據(jù)庫；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、文件結合關系型數(shù)據(jù)庫的管理模式、全關系型數(shù)據(jù)庫管理模式和面向對象的數(shù)據(jù)庫管理模式。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，這樣往往會產(chǎn)生諸多問題：1.空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的連接太弱，綜合查詢效

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，實質上是兩套管理系統(tǒng)，造成資源的浪費和管理的混亂，數(shù)據(jù)一致性較難維護；3.由于空間數(shù)據(jù)不能統(tǒng)一在標準數(shù)據(jù)庫里存放，造成空間數(shù)據(jù)不能在網(wǎng)上共享。而面向對象數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)技術還不夠成熟，并且價格昂貴，目前在gis領域還不夠通用。所以在較長時間內(nèi)，還不能完全脫離現(xiàn)有關系型數(shù)據(jù)庫來建設gis空間數(shù)據(jù)庫。arcsde是esri公司提供的一個基于關系型數(shù)據(jù)庫基礎上的地理數(shù)據(jù)庫服務器。同一些數(shù)據(jù)庫廠商推出的在原有數(shù)據(jù)庫模型上進行空間數(shù)據(jù)模型擴展的產(chǎn)品(如oraclespatial)不同，esri的arcsde的定位則是空間數(shù)據(jù)的管

3、理及應用，而非簡單的數(shù)據(jù)庫空間化。系統(tǒng)目標建成一個多級比例尺(100萬、25萬、5萬、1萬)矢量、柵格以及航空影像、遙感影像(tm,spot)的c/s結構基礎地理空間數(shù)據(jù)庫,便于對空間數(shù)據(jù)有效的管理、分發(fā)和應用。總體設計方案系統(tǒng)總體技術方案設計在充分考慮實際應用環(huán)境及應用需求的基礎上,結合考慮國際國內(nèi)發(fā)展的主流趨勢和平臺產(chǎn)品的功能與性能來完成。技術路線空間數(shù)據(jù)庫建設應放棄數(shù)據(jù)文件式的管理方式,采用大型關系數(shù)據(jù)庫管理系統(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#為前端應用開

4、發(fā)工具。其中，空間數(shù)據(jù)通過arcsde存儲在sqlserver2008數(shù)據(jù)庫。arcsde是基于c/s計算模型和關系數(shù)據(jù)管理模式的一個連續(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)庫管理系統(tǒng)(rdbms)中去1。arcsde融于rdmbs后，提供了對空間、非空間數(shù)據(jù)進行高效率操作的數(shù)據(jù)接口。由于arcsde采用c/s體系結構，大量用戶可同時針對同一數(shù)據(jù)進行操作。arcsde提供了應用程序接口(api)，開發(fā)人員可將空間數(shù)據(jù)檢索和分析功能集成到應用工程中去，以完成前端的應用開發(fā),最終提供數(shù)據(jù)的存儲、查詢和分發(fā)服務。如圖1所示：圖1結構圖軟件配置關系型數(shù)據(jù)庫平臺：sqlserver200

5、8企業(yè)版?？臻g數(shù)據(jù)引擎：arcsde9.3。開發(fā)工具：c#和arcgisengine9.3。系統(tǒng)體系結構系統(tǒng)的體系結構是數(shù)據(jù)庫總體框架結構的核心部分，它決定數(shù)據(jù)庫的運行效率和穩(wěn)定性。本文的地理數(shù)據(jù)庫采用標準的3層體系結構。如圖2所示:圖2系統(tǒng)3層體系結構圖數(shù)據(jù)層采用sqlserver關系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和arcsde空間數(shù)據(jù)引擎實現(xiàn)對空間信息數(shù)據(jù)的高效存儲和管理；邏輯層使用arcsde空間數(shù)據(jù)引擎實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的訪問，并基于ae技術構建空間信息綜合應用開發(fā)平臺，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)應用的業(yè)務邏輯，如空間數(shù)據(jù)的表現(xiàn)和操作；應用層實現(xiàn)省級基礎地理數(shù)據(jù)庫的具體應用。采用3層架構的開發(fā)模式，可以在數(shù)據(jù)層（服務器端

6、）對數(shù)據(jù)的訪問進行安全限制，可以對數(shù)據(jù)進行集中備份和恢復，保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性。邏輯結構多級比例尺空間數(shù)據(jù)（矢量和柵格）存儲在sqlserver中，應合理設計sqlserver數(shù)據(jù)庫的邏輯結構。任何一個sqlserver數(shù)據(jù)庫的主要邏輯數(shù)據(jù)庫結構是表空間。sqlserver數(shù)據(jù)庫就是由一個或多個稱為表空間的邏輯存儲單元組成的，這些表空間共同存儲了數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)。在邏輯上，oracle把數(shù)據(jù)存儲于表空間中，而在物理上則是存儲于與相應表空間相關聯(lián)的數(shù)據(jù)文件中?？臻g基礎地理信息數(shù)據(jù)示范庫的邏輯結構是建立一個sqlserver數(shù)據(jù)庫,在該數(shù)據(jù)庫內(nèi)分別建立相應的幾個表空間。將同一比例尺的各類數(shù)據(jù)

7、存放在一個表空間中，對于不含比例尺的遙感數(shù)據(jù)單獨建表空間。包括1萬數(shù)據(jù)表空間、5萬數(shù)據(jù)表空間、25萬數(shù)據(jù)表空間、100萬數(shù)據(jù)表空間和遙感影像數(shù)據(jù)表空間。在每個表空間下分別建立不同類型的表,以對應不同的數(shù)據(jù)類型。它的優(yōu)點是邏輯清晰，易于使用管理。如圖3所示圖3數(shù)據(jù)庫邏輯結構數(shù)據(jù)存儲模型采用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)形式存儲在關系數(shù)據(jù)庫中，實行集中管理。geodatabase是arcinfo8引入的一個全新的空間數(shù)據(jù)模型，它在一個同一的模型框架下對所有的地理空間要素，如：矢量、柵格、三維表面、網(wǎng)絡、地址等，進行統(tǒng)一描述。它支持要素間的拓撲關系、復雜網(wǎng)絡和要素類之

8、間的關系和其他的面向對象要素。相對于其它的空間數(shù)據(jù)模型而言，geodatabase主要具有以下優(yōu)勢：實現(xiàn)在同一數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)一管理各種類型的空間數(shù)據(jù)；可管理連續(xù)的空間數(shù)據(jù),無須分幅分塊；支持空間數(shù)據(jù)的版本管理和多用戶并發(fā)操作；空間數(shù)據(jù)的錄入、編輯和表達更為精確等。arcsde管理空間數(shù)據(jù)的方法是將空間數(shù)據(jù)類型加到關系數(shù)據(jù)庫中2?？臻g數(shù)據(jù)的管理和存儲都是通過dbms中的若干表(table)來完成的。它不改變和影響現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫，只是在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)表中加入圖形數(shù)據(jù)項(shapecolumn)，供管理和訪問與其關聯(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，通過關聯(lián)項將其相連；將圖形數(shù)據(jù)

9、項加到rdbms表后，該表為空間可用(spatiallyenabled)。arcsde通過將信息存入層表(layerstables)來管理空間可用表。層表幫助管理rdbms表和空間數(shù)據(jù)之間的連接。對空間可用表，可像通常那樣對表中數(shù)據(jù)進行查詢、合并，也可以進行圖到屬性或屬性到圖的查詢。索引機制空間數(shù)據(jù)索引是為了提高對數(shù)據(jù)的提取和訪問速度，其性能優(yōu)劣直接影響空間數(shù)據(jù)庫和gis整體性能，它是空間數(shù)據(jù)庫和gis系統(tǒng)的一項關鍵技術。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。確定合適的格網(wǎng)級數(shù)、單元大小是建立空間格網(wǎng)索引的關鍵。格網(wǎng)太大,在一個格網(wǎng)內(nèi)有多個空間實體，查詢檢索的準確度低。格網(wǎng)太

10、小，則索引數(shù)據(jù)量成倍增長和冗余，檢索的速度和效率低。每一個數(shù)據(jù)層可以采用不同大小、不同級數(shù)的空間索引格網(wǎng)單元，但是每層的索引最多不能超過三級。格網(wǎng)單元的大小不是一個確定性的問題，需要多次嘗試和努力才會得到好的結果。選擇格網(wǎng)單元大小的一個標準是：在滿足一個高效的空間索引時，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arcsde建立多級金字塔結構實現(xiàn)的。首先建立底層數(shù)據(jù),通過逐級抽取數(shù)據(jù),建立不同分辨率的數(shù)據(jù)金字塔結構。在數(shù)據(jù)庫查詢檢索時，調用適合級別的影像,以提高瀏覽和顯示速度。2.6系統(tǒng)功能結構本設計將系統(tǒng)分為5個功能模塊:空間數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)入庫與更新、空間數(shù)據(jù)查詢分

11、析、數(shù)據(jù)提取和系統(tǒng)維護?？臻g數(shù)據(jù)管理模塊主要實現(xiàn)圖層管理和配置、數(shù)據(jù)瀏覽與顯示等功能；數(shù)據(jù)入庫與更新模塊實現(xiàn)各種空間數(shù)據(jù)的入庫、在線編輯、數(shù)據(jù)更新和數(shù)據(jù)拼接功能；空間數(shù)據(jù)查詢分析模塊主要實現(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)的相互查詢定位以及空間分析、統(tǒng)計分析等功能；數(shù)據(jù)提取模塊實現(xiàn)用戶從數(shù)據(jù)庫中提取空間數(shù)據(jù)的功能；系統(tǒng)維護模塊實現(xiàn)用戶管理、日志管理和數(shù)據(jù)的備份與恢復等功能?？臻g連接分布式管理的空間數(shù)據(jù)庫均使用sqlserver的聯(lián)網(wǎng)軟件net8來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡通信。正如net8連接運行在網(wǎng)絡的不同計算機的客戶機和服務器一樣，它也允許數(shù)據(jù)庫服務器通過網(wǎng)絡通訊以支持分布式數(shù)據(jù)庫的遠程和

12、分布式處理。但是,如果通過arcsde空間數(shù)據(jù)器連接rdbms，只需要服務器名和實例與arcsde相連就可以了。一旦服務器找到后，須提供用戶和密碼完成連接。同時，通過用戶名和密碼可以確定用戶的使用權限。系統(tǒng)功能結構空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要由9大功能模塊組成：用戶管理、日志管理、視圖管理、數(shù)據(jù)導入、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)導出、三維顯示、數(shù)據(jù)轉換和輸出打印。用戶管理項實現(xiàn)增加、刪除用戶,賦予和修改用戶的信息或權限等功能；日志管理項實現(xiàn)系統(tǒng)日志顯示、日志統(tǒng)計、日志查詢和日志打印等功能;視圖管理實現(xiàn)視圖的放大、縮小、全屏顯示、漫游和定點顯示等功能;數(shù)據(jù)導入實現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫中調入各類矢量、柵格數(shù)據(jù)和以行政區(qū)劃、地名、

13、圖號、結合表等多種檢索調圖方式從數(shù)據(jù)庫中調入需要的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)查詢實現(xiàn)空間位置檢索查詢（包括點查詢、矩形查詢、圓查詢和多邊形查詢）、地名檢索查詢、空間關系查詢（包括穿越查詢、落入查詢、包含查詢和鄰接查詢）、緩沖區(qū)查詢和屬性查詢（包括簡單實體查詢和sql查詢）等功能；數(shù)據(jù)導出實現(xiàn)根據(jù)指定的圖層、范圍、條件等將空間數(shù)據(jù)按指定格式導出等功能；三維顯示實現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和dem數(shù)據(jù)實時套合、三維顯示和模擬飛行等功能;數(shù)據(jù)轉換實現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)轉換、柵格數(shù)據(jù)轉換、投影變換和坐標轉換等功能；輸出打印實現(xiàn)打印設置、打印預覽和打印輸出等功能。數(shù)據(jù)庫建立流程空間數(shù)據(jù)庫建設要涉及到系統(tǒng)的設計、實施和維護3大內(nèi)容。應以實際應用為導向，在廣泛進行需求分析和數(shù)據(jù)分析的基礎上，充分吸收國內(nèi)外空間數(shù)據(jù)庫建庫經(jīng)驗，運用現(xiàn)代高新技術手段，高水平、高起點、分階段、按步驟進行數(shù)據(jù)庫的建庫工作。結論上述空間數(shù)據(jù)庫設計建立的優(yōu)越性表現(xiàn)在：矢柵統(tǒng)一的空間地理數(shù)據(jù)模型，有利于對數(shù)據(jù)的管理；空間數(shù)據(jù)庫引擎(arcsde)將數(shù)據(jù)統(tǒng)一于關系數(shù)據(jù)庫中進行管理，有利于提高數(shù)據(jù)的訪問速度和大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)存儲和管理；基于com技術編程技術，對ae進行二次開發(fā),有利于靈活