農業(yè)地質與生態(tài)地球化學調查數據庫的設計與實現(xiàn)

1、 農業(yè)地質與生態(tài)地球化學調查數據庫的設計與實現(xiàn) Summary:為了實現(xiàn)對農業(yè)地質和生態(tài)地球化學調查的多種來源、多種類型的大量數據的有效管理和利用,文章在全面分析調查數據的情況和各層次的功能需求的基礎上,按照有關國家標準和數據庫設計原則,綜合應用數據庫、地理信息系統(tǒng)、遙感和網絡技術,采用規(guī)范化的數據庫設計流程,設計和實現(xiàn)了農業(yè)地質與生態(tài)地球化學調查數據庫。Key:農業(yè)地質;生態(tài)地球化學;調查數據庫;數據庫設計:P208:A:1009-2374(2009)18-0102-02近年來,各地紛紛組織實施了農業(yè)地質和生態(tài)地球化學調查。農業(yè)地質和生態(tài)地球化學調查綜合運用地質、地球化學、遙感等調查方法技術

2、,開展農業(yè)地質與生態(tài)地球化學調查,將為區(qū)域國土資源規(guī)劃、管理、保護與合理開發(fā),農業(yè)發(fā)展規(guī)劃、環(huán)境保護和污染整治、人居環(huán)境的改善和優(yōu)化,生態(tài)環(huán)境建設和社會經濟可持續(xù)發(fā)展提供科學依據。為了實現(xiàn)對農業(yè)地質與生態(tài)地球化學調查的多種來源、不同類型、海量數據的統(tǒng)一存儲管理,要綜合應用數據庫、GIS、RS和網絡技術,建立農業(yè)地質與生態(tài)地球化學調查數據庫。一、需求分析(一)數據分析農業(yè)地質與生態(tài)地球化學調查,主要包括區(qū)域地球化學調查、區(qū)域地球化學評價、局部地球化學評價、綜合評價等不同層次的專題調查。每個專題又可以細分為不同的子專題,對區(qū)域范圍內的不同地質現(xiàn)象和情況進行調查和勘查,形成大量不同類型的數據。數據包

3、括基礎地理、基礎地質、遙感影像三類背景數據和各個專題的子專題的數據等。按照數據類型,可以分為矢量數據、柵格數據、屬性數據、文檔數據等。具體的數據情況如下:1.基礎地理:各種比例尺的地理底圖數據,MapGis格式。2.基礎地質:各種比例尺的基礎地質圖,MapGis格式。3.遙感影像:各種比例尺的遙感影像,SPOT和ETM等格式。4.生態(tài)地球化學調查評價數據:包括區(qū)域地球化學調查、區(qū)域地球化學評價、局部地球化學評價、綜合評價的各個子專題的數據,主要數據類型是野外調查數據和成果圖件數據。野外調查數據為Excel或Access表格形式,包括對土壤、近岸海域、水系、農田、城市等領域的調查樣本及分析測試數

4、據;成果圖件為MapGis格式,包括土壤地球化學背景系列圖件、土壤質量評價系列圖件、各類污染物分布圖件等。5.文檔數據:包括立項、總體設計、專題設計、實施、成果應用等各階段的文件、文檔(報告)、照片、多媒體及相關參照標準和政策法規(guī)等,格式主要是Word、Excel、Txt、JPEG、MPEG等。(二)功能分析農業(yè)地質與生態(tài)地球化學調查數據庫,要滿足以下幾個方面功能需求:1.依據項目的專業(yè)特點,結合數據庫技術,對數據進行分析、整合,實現(xiàn)數據的統(tǒng)一存儲和有效管理。2.為農業(yè)地質與生態(tài)地球化學調查各個調查評價專題和信息系統(tǒng)的研究、開發(fā)和應用提供數據支持。3.為各種相關分析評價軟件提供數據支持。4.為

5、國土、農業(yè)、環(huán)保等部門的規(guī)劃決策、科研機構的研究應用、社會公眾的信息查詢提供基礎數據支撐。二、數據庫設計(一)總體結構農業(yè)地質與生態(tài)地球化學調查數據庫建設,基于大型國產地理信息平臺MapGis和大型商業(yè)關系數據庫系統(tǒng)Oracle進行。在MapGis的GeoDatabase空間數據庫的支持下,利用Oracle提供的嚴格的數據存儲和操作的關系數據模型,將海量的農業(yè)地質和生態(tài)地球化學調查數據集中存儲管理。由于系統(tǒng)涉及的數據來源廣、類型多、數據量大,要想有效地存儲、管理和使用數據,必須進行分類。按照數據來源的不同,將數據庫劃分為基礎地理、基礎地質、遙感影像區(qū)域地球化學調查等十多個不同的子數據庫。整個數

6、據庫的層次結構如下圖所示:(二)數據庫設計1.數據庫設計步驟。農業(yè)地質與生態(tài)地球化學調查數據庫建設,按照數據庫規(guī)范設計方法,綜合考慮農業(yè)地質與生態(tài)地球化學調查數據庫及應用系統(tǒng)開發(fā)目標及特點,將數據庫設計大致劃分為以下六個階段:需求分析、概要設計、邏輯設計、物理設計、數據庫實施、數據庫運行和維護。2.概念設計。概念結構設計,是將現(xiàn)實世界的用戶需求轉化為概念模型。通常采用P.P.S.Chen于1976年提出的實體-關系聯(lián)系方法,用ER圖表示概念模型。概念設計通常有自頂向下,自底向上,逐步擴張和混合策略四種方法。決定采用自底向上的設計方法,經過局部ER模型設計和全局ER模型設計兩個步驟將各個專題的需

7、求轉化為ER模型。3.邏輯設計。概念設計所得的概念模型,獨立于任何DBMS,與實現(xiàn)無關。邏輯結構設計就是將概念結構設計階段設計的ER模型,轉化為具體DBMS支持的數據模型相符的邏輯模型。通過概念模型轉換為關系模型、關系模型的優(yōu)化、設計用戶子模式三個步驟,將ER模型轉換為Oracle關系數據模型。4.物理設計。數據庫在物理設備上的存儲結構和存儲方法稱為數據庫的物理結構(內模式)。物理結構設計的目的,一是要提高數據庫的性能,滿足用戶的性能需求,二是有效的利用存儲空間。總之,就是為使數據庫系統(tǒng)在時間和空間上最優(yōu)。(1)確定數據的存放位置。將遙感影像數據庫建立為固定大小,平均放置在Raid5的各個磁盤

8、上,在讀取時通過多個磁盤同時讀取,提高物理I/O讀寫的效率及響應速度。其它的數據,如圖形數據、表格數據、索引數據、日志數據分別建立不同數據庫,并存儲于不同的磁盤空間中。(2)系統(tǒng)配置及優(yōu)化。系統(tǒng)配置及優(yōu)化工作一般在軟件系統(tǒng)開發(fā)完成后,根據測試結果進一步配置,并在后期用戶使用中,根據用戶對數據的調用頻率、系統(tǒng)瓶頸等參數進行。主要方法及過程如下:1)通過操作系統(tǒng)的一些工具檢查系統(tǒng)的狀態(tài),采用更換高性能硬件設備、優(yōu)化操作系統(tǒng)設置等方法來改進性能。2)編寫Oracle腳本,查找性能差的sql語句。占用系統(tǒng)資源特別大的Oracle的session及其執(zhí)行的語句,并根據情況對其進行優(yōu)化。3)對Oracle

9、中訪問量頻繁的表,除建立索引外,還需把這些表分表空間存放以免訪問上產生熱點。4)改進存取方法,采取快速存取技術。把相同專題的數據集中存放在連續(xù)的物理塊中,以提高訪問速度。(三)數據編碼數據的分類編碼是對數據資料進行有效管理的重要一環(huán),目的是節(jié)省計算機內存空間,便于用戶理解使用。地理屬性進入數據庫之前進行編碼是必要的,只有進行了正確的編碼,才能實現(xiàn)空間數據庫與屬性數據庫的正確連接。本系統(tǒng)的數據采用三級分類,按照圖形數據、屬性數據等不同的類型,分別對圖層、圖元、數據表和數據庫等進行編碼。三、實現(xiàn)方案農業(yè)地質與生態(tài)地球化學調查數據庫建設工作,需要按照數據類型的不同,分別進行。1.矢量數據。依次經過資

10、料收集、資料數字化、內容正確性檢查、符號庫統(tǒng)一、分層正確性查檢、拓撲結構檢查、坐標系與投影方式的統(tǒng)一、數據入庫、數據測試等步驟,完成基礎和成果圖件數據的建庫工作。2.屬性數據。依次經過資料收集、資料數字化、資料檢查、數據格式轉換、數據入庫、數據測試等步驟,完成屬性數據的建庫工作。3.柵格數據。柵格數據經過影像解譯和圖像融合,然后入庫。4.文檔數據。各類文檔資料,經過專題技術人員確認,建立起文檔對照表,然后入庫。5.元數據。根據中國地質調查局發(fā)布的地質調查元數據內容與結構標準,結合各個專題的實際情況,專題技術人員填寫好8個元數據子集后,交由數據庫建庫人員入庫。四、結語農業(yè)地質與生態(tài)地球化學調查數據庫建設,按照國家有關標準的指導,依據數據庫規(guī)范化設計流程進行,力爭滿足政府決策、專題研究、社會信息服務等多個層次的要求。Reference1蔡子華,段學軍,李向遠,等.浙江省農業(yè)地質環(huán)境信息系統(tǒng)建設初探J.資源調查與環(huán)境,2005,26(2).2薩師煊,王珊.數據庫系統(tǒng)概論(第三版