劉憲春，曹文華，趙 院，許永利

（1. 水利部水土保持監(jiān)測中心，北京 100055；

2. 北京地拓科技發(fā)展有限公司，北京 100084）

全國土壤侵蝕普查數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)踐

劉憲春1，曹文華1，趙 院1，許永利2

（1. 水利部水土保持監(jiān)測中心，北京 100055；

2. 北京地拓科技發(fā)展有限公司，北京 100084）

全國土壤侵蝕普查生產(chǎn)和收集了大量數(shù)據(jù)，需要建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行有效管理。數(shù)據(jù)庫建設(shè)中，將全國土壤侵蝕普查各類數(shù)據(jù)按業(yè)務(wù)邏輯和時(shí)空關(guān)系管理，建立以地理空間為基礎(chǔ)的“全國一張圖”式的土壤侵蝕普查數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫采用面向服務(wù)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，用 DTGIS 空間信息服務(wù)平臺提供的虛擬服務(wù)支撐各應(yīng)用功能，利用柵格金字塔技術(shù)和 DTSpatial 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及入庫管理，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的無縫拼接和分層、分類存儲管理，極大提高數(shù)據(jù)管理和使用的效率。

水利普查；土壤侵蝕；數(shù)據(jù)庫

國務(wù)院開展的第一次全國水利普查工作目前已基本結(jié)束。本次普查全面查清了我國水利基本情況，獲得了海量的調(diào)查數(shù)據(jù)。特別是普查中的土壤侵蝕普查工作，綜合采用了遙感、系統(tǒng)布點(diǎn)抽樣、模型計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析等手段，取得了豐富的成果，既包括覆蓋全國的不同分辨率的遙感影像及 DEM 等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，還包括十幾個侵蝕影響因子的專題圖，以及填寫的各種調(diào)查表格和現(xiàn)場照片，數(shù)據(jù)量高達(dá)19 TB。建設(shè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)儲存保管好這些數(shù)據(jù)，是充分發(fā)揮普查成果的社會經(jīng)濟(jì)效益，挖掘數(shù)據(jù)服務(wù)潛力和決策支撐能力的基礎(chǔ)[1-2]?；谕寥狼治g普查數(shù)據(jù)以空間數(shù)據(jù)為主的特點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)前信息化發(fā)展形勢和水利行業(yè)管理的需要[3-5]，借鑒其他行業(yè)特別是國土部門經(jīng)驗(yàn)[6]，建立“全國一張圖”式的全國土壤侵蝕普查數(shù)據(jù)庫，將各類數(shù)據(jù)按業(yè)務(wù)邏輯和時(shí)空關(guān)系管理，可形象直觀地管理普查數(shù)據(jù)。

1 數(shù)據(jù)庫管理

本次土壤侵蝕普查數(shù)據(jù)管理以土壤侵蝕普查數(shù)據(jù)庫建設(shè)為中心，以基礎(chǔ)地理、土壤侵蝕因子、野外調(diào)查單元、侵蝕溝道、土壤侵蝕強(qiáng)度數(shù)據(jù)的檢查與入庫任務(wù)為主體，對土壤侵蝕普查數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲，按全國一張圖形式統(tǒng)一、分類、分層管理。

數(shù)據(jù)庫開發(fā)內(nèi)容主要包括基礎(chǔ)地理、水蝕因子、風(fēng)蝕因子、凍融侵蝕因子、野外調(diào)查單元、侵蝕溝道、土壤侵蝕強(qiáng)度等數(shù)據(jù)庫及管理功能的開發(fā)工作。

土壤侵蝕普查數(shù)據(jù)按柵格、矢量、屬性、多媒體等數(shù)據(jù)類型特點(diǎn)，按照不同的方法進(jìn)行檢查與入庫。

2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

全國土壤侵蝕普查數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以國家及行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)、制度和水利部水利信息中心安全體系為保障，采用面向服務(wù)的架構(gòu)思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，基于Windows 2008 運(yùn)行環(huán)境，以專業(yè)大型網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng) DTGIS 為空間信息服務(wù)平臺，構(gòu)建數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層 3 級體系，以 C++ 作為主開發(fā)語言，Silverlight 作為界面開發(fā)工具，采用 DTSpatial 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過 DTGIS 空間信息服務(wù)平臺提供的元數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程地圖和柵格數(shù)據(jù)服務(wù)等虛擬服務(wù)支撐各應(yīng)用系統(tǒng)具體功能的實(shí)現(xiàn)；同時(shí)基于 DTSpatial和柵格金字塔技術(shù)管理全國土壤侵蝕普查成果數(shù)據(jù)，包括矢量、影像、多媒體文件及業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)，為 DTGIS 空間信息服務(wù)平臺提供存儲支撐。系統(tǒng)構(gòu)架具體如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

1）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層主要用來存儲土壤侵蝕普查數(shù)據(jù)，包括柵格等多種類型數(shù)據(jù)。支持?jǐn)?shù)據(jù)庫基本操作，支持遠(yuǎn)程客戶端與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行聯(lián)機(jī)操作。

2）服務(wù)層。服務(wù)層是本地控制的接口，提供共享資源并執(zhí)行與局部資源相關(guān)的操作，為系統(tǒng)運(yùn)行提供平臺底層支持。系統(tǒng)采用組件化技術(shù)作為主要手段進(jìn)行軟件系統(tǒng)的開發(fā)，在應(yīng)用界面創(chuàng)建應(yīng)用接口，基于接口在形式上表現(xiàn)為對象的屬性、方法和事件，為用戶提供組件式 GIS 應(yīng)用。

3）應(yīng)用層。應(yīng)用層是用戶的管理功能及操作結(jié)果輸出，包括地圖服務(wù)、圖表互查、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)綜合考慮地理空間、業(yè)務(wù)和時(shí)間邏輯，按照矢量、柵格、屬性、多媒體等不同數(shù)據(jù)類型，采用面向?qū)ο蠛完P(guān)系的數(shù)據(jù)庫無縫集成的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，空間數(shù)據(jù)庫采用 DTSpatial 管理，屬性和多媒體數(shù)據(jù)采用遠(yuǎn)程文件服務(wù)管理。矢量空間與屬性及多媒體等數(shù)據(jù)通過關(guān)鍵字關(guān)聯(lián)，空間數(shù)據(jù)通過關(guān)鍵字與其元數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。將空間、屬性、多媒體等數(shù)據(jù)及其元數(shù)據(jù)有機(jī)組織。數(shù)據(jù)庫分為基礎(chǔ)地理、遙感影像、氣象站點(diǎn)、調(diào)查單元、侵蝕溝道、侵蝕因子、侵蝕強(qiáng)度、綜合信息等 8個子庫。數(shù)據(jù)集劃分如圖2 所示。

圖2 數(shù)據(jù)集劃分圖

2.3 數(shù)據(jù)庫功能設(shè)計(jì)

1）地圖服務(wù)功能。主要包括在三維環(huán)境下對基礎(chǔ)地理信息及普查數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)瀏覽、放大、縮小、漫游等基本操作功能；匯水分析、斷面分析、坡度分析、高程查詢、距離量算、面積計(jì)算等基礎(chǔ)地理分析計(jì)算功能。

2）業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理功能。主要包括按照普查數(shù)據(jù)類別、行政區(qū)劃、流域、普查對象實(shí)現(xiàn)屬性與空間查詢，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及導(dǎo)出等功能，界面如圖3 所示。

3）權(quán)限管理功能。系統(tǒng)的安全管理是通過權(quán)限管理系統(tǒng)為整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建立全局統(tǒng)一的安全管理機(jī)制，統(tǒng)一驗(yàn)證用戶身份，記錄用戶的業(yè)務(wù)操作日志。當(dāng)用戶登錄系統(tǒng)時(shí)，需要輸入用戶密碼和安全隨機(jī)碼，系統(tǒng)據(jù)此驗(yàn)證，以確認(rèn)用戶身份。驗(yàn)證通過后，系統(tǒng)將賦予該用戶對應(yīng)的使用權(quán)限，同時(shí)記錄用戶活動狀態(tài)，形成日志，以備后期維護(hù)需要。

3 數(shù)據(jù)檢查與入庫

數(shù)據(jù)入庫前按照水土保持行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和本次普查的要求，對專題數(shù)據(jù)及其對應(yīng)的元數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化檢查。各專題數(shù)據(jù)按不同類型，對其空間位置、時(shí)間特性、專題屬性進(jìn)行檢查。通過配準(zhǔn)和拼接，實(shí)現(xiàn)海量空間數(shù)據(jù)的無縫拼接和分層、分類存儲管理，使系統(tǒng)方便、有效、快速地查詢，統(tǒng)計(jì)和顯示所有數(shù)據(jù)。

圖3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)界面

3.1 矢量數(shù)據(jù)

矢量數(shù)據(jù)包括行政區(qū)劃、全國土壤可蝕性 K 值圖、全國土種剖面樣點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)等，主要對其位置和屬性信息的準(zhǔn)確性、正確性、合理性、完整性等進(jìn)行檢查，除野外調(diào)查單元數(shù)據(jù)外，其余數(shù)據(jù)均拼接為一個無縫的圖層，并以行政區(qū)劃圖為準(zhǔn)進(jìn)行多圖層配準(zhǔn)，抽樣為不同比例尺數(shù)據(jù)入庫。針對不同專題數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，利用 GIS 軟件批處理、人工交互和抽樣等方法進(jìn)行檢查。

3.2 柵格數(shù)據(jù)

柵格數(shù)據(jù)主要包括部分典型區(qū)域 10 和 2.5 m 分辨率的 SPOT 遙感圖像，15 m 分辨率 ASTER 數(shù)據(jù)，全國 30 m 分辨率環(huán)境星地表反射率，全國 30 m 分辨率 Hc-DEM（水文地貌關(guān)系正確 DEM）數(shù)據(jù)，以及各類專題數(shù)據(jù)。主要對坐標(biāo)系、空間位置、分辨率、像素值的準(zhǔn)確性，正確性，合理性，完整性等進(jìn)行檢查，柵格數(shù)據(jù)均拼接為一個無縫的圖層，并建立柵格金字塔。

3.3 屬性數(shù)據(jù)

屬性數(shù)據(jù)主要是不同土種典型剖面數(shù)據(jù)、風(fēng)力等級和風(fēng)向頻率統(tǒng)計(jì)表，以及矢量數(shù)據(jù)相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性、邏輯一致性檢查，通過人機(jī)交互的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫。

3.4 多媒體數(shù)據(jù)

多媒體數(shù)據(jù)包括文檔、圖片、圖表等格式的數(shù)據(jù)，對多媒體資料整理、分類，轉(zhuǎn)換至數(shù)據(jù)庫支持的多媒體數(shù)據(jù)格式，并通過軟件直接實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)入庫。

4 結(jié)語

第一次水利普查中的土壤侵蝕普查數(shù)據(jù)量多達(dá)19 TB，經(jīng)特有的柵格金字塔技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮處理后，在不損耗信息的前提下，數(shù)據(jù)量得到極大壓縮，入庫后數(shù)據(jù)為 2 TB 左右，極大提高了數(shù)據(jù)管理和使用的效率。本次普查工作不單建成了數(shù)據(jù)庫，更為重要的是對海量數(shù)據(jù)的處理與組織做了技術(shù)上的探索與實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了空間、多媒體數(shù)據(jù)等不同格式數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)匹配，為今

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Database Design and Practice of National Census for Soil Erosion

LIU Xianchun1, CAO Wenhua1, ZHAO Yuan1, XU Yongli2
(1. Monitoring Center of Soil and Water Conservation, the Ministry of Water Resources, Beijing 100055, China;
(2. Beijing Dituo Science and Technology Development Co. Ltd., Beijing 100084, China)

National census for soil erosion produces and collects lots of data. It needs to build database to go ahead effective management. In the progress of national database building, all the census data are managed with their logic and time-space relation. Based on geographic space, “one picture throughout the country” type of soil erosion census database is built. Using service-oriented architecture, the database supports various applications with DTGIS spatial information services platform, and processes data and manages data with pyramid grid technology and DTSpatial technology to realize massive data seamless and stratified classification storage management, which greatly improves the efficiency of data management and use.

national census for water resources; soil erosion; database

S157

A

1674-9405(2014)01-0012-03

2013-10-13

劉憲春（1974－），男，山東肥城人，高級工程師，主要從事水土流失動態(tài)監(jiān)測與評價(jià)工作。