史華林，何 飛，王云全，盧永軍

(1.中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院，650051，昆明;2.陸良縣城建檔案館，655000，云南，陸良)

0 引言

城市規(guī)劃是對(duì)地理信息系統(tǒng)(GIS)應(yīng)用最早、最活躍的領(lǐng)域之一。GIS的數(shù)據(jù)庫(kù)管理有利于將這些數(shù)據(jù)信息歸并到同一系統(tǒng)中，有利于進(jìn)行包括城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、城市建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)、環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)、道路交通規(guī)劃，公共設(shè)施配置以及城市環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等。對(duì)于一個(gè)GIS應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)的性能則在很大程度上決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能。本文運(yùn)用空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)SQLServer集成的方式，有效地將空間數(shù)據(jù)及其屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，并以陸良縣城市規(guī)劃為例，實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建。

1 ArcSDE和SQL Sever數(shù)據(jù)集成管理技術(shù)

ArcSDE是美國(guó)地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件生產(chǎn)商ESRI公司推出的專用的空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎(Spatial Data Engine)。它的主要功能是在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(RDBNS)和空間數(shù)據(jù)之間建立一個(gè)應(yīng)用接口，對(duì)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行空間擴(kuò)展，將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)集成起來(lái)[1]，從而實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無(wú)縫連接。SQL Sev-er是目前廣泛使用的大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)之一，屬于多線程關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，硬件要求低。它支持分布式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的執(zhí)行效率較高，且與Windows操作系統(tǒng)具有非常好的兼容性，相對(duì)其他大型商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)而言價(jià)格便宜[2]。ArcSDE將空間數(shù)據(jù)類型添加到SQL Sever中，它并不改變和影響數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用，只是在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)表中加入圖形數(shù)據(jù)項(xiàng)(Shape column)，供用戶管理和訪問(wèn)與其關(guān)聯(lián)的空間數(shù)據(jù)[3]。在服務(wù)器端，將ArcSDE與SQLServer連接后，就可以將shp等格式的空間數(shù)據(jù)，通過(guò)ArcGIS Desktop中的功能模塊ArcCatalog來(lái)進(jìn)行導(dǎo)入。

2 數(shù)據(jù)的組織與分類

城市規(guī)劃建設(shè)涉及的數(shù)據(jù)種類多，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，包括了城市產(chǎn)業(yè)布局、城市布局、基礎(chǔ)設(shè)施布局等空間數(shù)據(jù)，以及空間數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)，內(nèi)容涵蓋了文本、表格數(shù)據(jù)、地圖、遙感影像等矢量、柵格數(shù)據(jù)等。根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容和特征，將數(shù)據(jù)分為4大類:基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、城市專題數(shù)據(jù)、城市規(guī)劃管理數(shù)據(jù)、城市建設(shè)專題數(shù)據(jù)。為了便于數(shù)據(jù)管理，在這4大類中又劃分若干子類。如表1是數(shù)據(jù)的分類組織及說(shuō)明。

表1 數(shù)據(jù)的分類組織及說(shuō)明

規(guī)劃空間數(shù)據(jù)的分層與編碼設(shè)計(jì)。根據(jù)數(shù)據(jù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化要求及基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的管理需求，參考《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖要素分類與代碼》、《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖圖式》(GB/T20257.1-2007)、《國(guó)土基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)分類與代碼》及《城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，《基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)分類與代碼》(GB/T 13923－2006)為基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)充。根據(jù)國(guó)家的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合縣級(jí)城市地理信息中心實(shí)際，在分層設(shè)計(jì)中可將基礎(chǔ)地理要素分為22大類，它們?nèi)亢w了國(guó)家分類標(biāo)準(zhǔn)提出的八大基礎(chǔ)地理要素(定位基礎(chǔ)、水系、居民地及設(shè)施、交通、管線、境界及政區(qū)、地貌、植被與土質(zhì));在此基礎(chǔ)上，增加了要素的注記層，包括點(diǎn)、線及其他(如圖廓要素)相關(guān)信息描述，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的點(diǎn)層存放點(diǎn)位信息，便于后面的空間分析和拓?fù)浞治觥?/p>

3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)總體設(shè)計(jì)流程

依據(jù)ArcSDE+SQL server的空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和分類，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)框架設(shè)計(jì)。通過(guò)ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎，數(shù)據(jù)管理員和用戶通過(guò)ArcSDE與SQL server進(jìn)行緊密連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效、快速存取。如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)庫(kù)框架結(jié)構(gòu)

3.2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)是將數(shù)據(jù)抽象為用戶能理解的概念模型，通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象，最后得到系統(tǒng)的實(shí)體—關(guān)系圖，即E-R圖。

E-R模型建立。E-R模型用實(shí)體(Entity)、屬性(Attribute)及實(shí)體間的聯(lián)系(Relationship)組成的E-R圖。實(shí)體間的聯(lián)系有一對(duì)一聯(lián)系(簡(jiǎn)記1∶1)，一對(duì)多聯(lián)系(簡(jiǎn)記1∶n)，多對(duì)多聯(lián)系(簡(jiǎn)記m∶n)。各實(shí)體的E-R模型圖合并后得到局部E-R模型圖，各局部E-R模型圖合并優(yōu)化后，可得到數(shù)據(jù)庫(kù)的基本E-R模型圖。規(guī)劃空間數(shù)據(jù)庫(kù)局部的E-R模型如圖2所示。

圖2 劃空間數(shù)據(jù)庫(kù)局部的E-R模型圖

3.3 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

邏輯設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的核心，它的任務(wù)是將概念模型轉(zhuǎn)化為某種特定數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)所支持的邏輯數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)庫(kù)采用Geodatabase通過(guò)空間要素集(Feature Dataset)、空間要素類(Feature Class)和空間要素(Feature)三級(jí)模型組織矢量地圖數(shù)據(jù)。在城市建設(shè)規(guī)劃中，基礎(chǔ)地理信息、建設(shè)項(xiàng)目專題信息大部分都是矢量圖形數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)以分層、分區(qū)的形式進(jìn)行管理，“根據(jù)不同的數(shù)據(jù)分類和不同幾何表達(dá)形式(點(diǎn)、線、面)來(lái)建立不同的圖層，通過(guò)統(tǒng)一不同對(duì)象之間的地理參照坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)”，同時(shí)，對(duì)空間要素進(jìn)行唯一編碼，通過(guò)編碼與相應(yīng)專題屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

4 縣域規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)的建立-以陸良縣城市規(guī)劃建設(shè)數(shù)據(jù)

空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成，在規(guī)劃業(yè)務(wù)上來(lái)講，也就是如何將規(guī)劃圖形表示與其相關(guān)的案件信息高度關(guān)聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)圖文一體化的查詢的問(wèn)題。建庫(kù)采用基于 SQL Server2008的ArcSDE Geodatabase存儲(chǔ)，陸良縣城市建設(shè)空間數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、城市規(guī)劃成果數(shù)據(jù)、城市規(guī)劃控制數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)主要是根據(jù)業(yè)務(wù)提交資料、相關(guān)證書(shū)內(nèi)容數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)表按照設(shè)計(jì)存儲(chǔ)在ArcSDEGeodatabase數(shù)據(jù)庫(kù)中，規(guī)定構(gòu)成數(shù)據(jù)庫(kù)的要素類、柵格數(shù)據(jù)集、屬性表以及表之間的各種關(guān)系。

4.1 屬性數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建立

屬性信息存儲(chǔ)在SQL Server 2008中。先利用ArcCatalog建立相應(yīng)的新的屬性表，然后在ArcMap中將篩選的城市規(guī)劃數(shù)據(jù)屬性表進(jìn)行編輯和輸入。非空間數(shù)據(jù)對(duì)多媒體記錄表，數(shù)據(jù)庫(kù)中只存儲(chǔ)對(duì)媒體的引用路徑，具體的多媒體信息則存儲(chǔ)在本地磁盤(pán)上。法律法規(guī)、相關(guān)宏觀經(jīng)濟(jì)分析材料等文本形式存放。

4.1.1 屬性數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì) 屬性數(shù)據(jù)編碼時(shí)將各種屬性數(shù)據(jù)變?yōu)橛?jì)算機(jī)接收的數(shù)值或字符形式，以便用于管理信息系統(tǒng)存儲(chǔ)管理。屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括空間數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和非空間數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要指矢量數(shù)據(jù)的屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(表2為空間數(shù)據(jù)紅線屬性結(jié)構(gòu)表設(shè)計(jì))，非空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指與業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、多媒體數(shù)據(jù)和相關(guān)的文本文檔。

4.1.2 空間要素與非空間要素的關(guān)聯(lián) 通過(guò)建立空間要素與非空間要素類之間的關(guān)系類(Relationship Class)來(lái)關(guān)聯(lián)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。首先建立空間要素的主鍵(Primary key)，按照一定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每個(gè)空間要素進(jìn)行唯一編碼，而相關(guān)專業(yè)的項(xiàng)目非空間要素屬性也通過(guò)相對(duì)應(yīng)的唯一編碼(相同的數(shù)據(jù)類型和表達(dá)同樣涵義)，來(lái)建立兩者之間的關(guān)系，將圖層中的空間實(shí)體和該實(shí)體相對(duì)應(yīng)的屬性信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)[4]。

表2 空間數(shù)據(jù)紅線屬性結(jié)構(gòu)表的設(shè)計(jì)

4.2 空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與建立

矢量的規(guī)劃數(shù)據(jù)的邏輯模型采用三級(jí)分層的邏輯結(jié)構(gòu):分庫(kù)、子庫(kù) 、要素層 ;在一個(gè)投影帶的數(shù)據(jù)中，同一時(shí)態(tài)相同比例尺的數(shù)據(jù)實(shí)體全部存儲(chǔ)在相同的輔助制圖數(shù)據(jù)庫(kù)中，這些空間數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理分層后存儲(chǔ)在基于SQL Server的ArcSDE Geodatabase數(shù)據(jù)庫(kù)中。柵格數(shù)據(jù)主要是正射影像圖和一些掃描圖件，以目錄文件方式進(jìn)行存儲(chǔ)，將每類柵格數(shù)據(jù)作為一個(gè)子庫(kù)，對(duì)每個(gè)柵格子庫(kù)建立目錄，在這個(gè)子庫(kù)級(jí)目錄下為其所包含的分區(qū)建立目錄，在具體的分區(qū)目錄中以圖幅為單位存放該區(qū)的柵格圖像。建庫(kù)結(jié)果如圖3所示，分別有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)集、規(guī)劃管理信息數(shù)據(jù)集、規(guī)劃專題數(shù)據(jù)集和SDE表。在ArcMap導(dǎo)入數(shù)據(jù)，效果如圖4所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

海量、多源城市規(guī)劃數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)和管理是成功城市規(guī)劃決策的有力保障，由于ArcSDE具有海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、多用戶并發(fā)訪問(wèn)、支持長(zhǎng)事務(wù)處理和版本管理等強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，SQL Server 2008是成熟的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，因此 ，基于ArcSDE和SQL Server 2008技術(shù)的集成是GIS技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的理想結(jié)合，可以有效地組織和管理海量數(shù)據(jù)，提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持。

圖3 規(guī)劃空間數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)結(jié)果

圖4 在ArcMap中加載數(shù)據(jù)效果圖

[1] 楊大兵，陳建平，王鳳，等.基于ArcSDE的空間數(shù)據(jù)庫(kù)研究[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2009(5):50－54.

[2] EASR.ArcSDE Configuration and Tuning Guide for Microsoft SQL Server[M].[s.1]:EARI，2004.

[3] 張寧.宮輝力.趙文吉，等.基于 SDE與 MapObjects控件的GIS開(kāi)發(fā)應(yīng)用[J].首都師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2005，26(2):101 －105.

[4] 張洪吉，李緒平，羅勇，等.基于ArcSDE.和SQL Sever的新農(nóng)村建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41(4):1836 －1838.