樊 江，蔡中祥，荊 晨

（1.信息工程大學 地理空間信息學院，河南 鄭州 450001）

基于ArcSDE和Geodatabase的港口空間數(shù)據(jù)庫構建

樊 江1，蔡中祥1，荊 晨1

（1.信息工程大學 地理空間信息學院，河南 鄭州 450001）

通過對空間數(shù)據(jù)庫構建關鍵技術進行分析，選取ArcSDE和Geodatabase作為港口空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫引擎和數(shù)據(jù)模型。該數(shù)據(jù)庫采用“ArcSDE+SQL Server 2008”技術體系構建，在對相關數(shù)據(jù)進行預處理后，建立數(shù)據(jù)庫并將數(shù)據(jù)分類入庫。實例證明，最終構建的數(shù)據(jù)庫能實現(xiàn)對港口空間數(shù)據(jù)的存儲和管理。

ArcSDE；Geodatabase；空間數(shù)據(jù)庫；港口

在港口的日常業(yè)務工作和規(guī)劃設計中，涉及到大量的空間數(shù)據(jù)以及業(yè)務數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)分布于各個業(yè)務部門，共享性較低。如何簡潔高效地利用好、組織好、管理好這些數(shù)據(jù)資源是當前港口建設和發(fā)展中所面臨的一個主要課題,因此構建符合特定需求的港口空間數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)業(yè)務信息和空間信息的融合,使港口不同部門共享空間數(shù)據(jù)和相關業(yè)務數(shù)據(jù),十分重要。

1 關鍵技術

1.1 ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎

空間數(shù)據(jù)引擎的典型代表主要有ArcSDE、Spatial Ware、SDX+。通過對比支持數(shù)據(jù)庫的類型、數(shù)據(jù)存儲和管理的效能以及與GIS軟件結合程度等，在港口空間數(shù)據(jù)庫構建中，選擇ArcSDE作為空間數(shù)據(jù)引擎。

ArcSDE通過SQL引擎執(zhí)行空間數(shù)據(jù)的搜索，將滿足空間和屬性搜索條件的數(shù)據(jù)在服務器端緩沖存放并發(fā)回到客戶端[1,2]。ArcSDE還提供了一種不通過ArcSDE應用服務器直接訪問空間數(shù)據(jù)庫的連接機制[2]。ArcSDE體系架構如圖1所示。

1.2 Geodatabase數(shù)據(jù)模型

空間數(shù)據(jù)模型是關于現(xiàn)實世界中空間實體及其相互聯(lián)系的概念，它為描述空間數(shù)據(jù)的組織和設計空間數(shù)據(jù)庫模式提供了基本方法[3]。Geodatabase是目前經(jīng)常使用的面向對象數(shù)據(jù)模型，它是建立在DBMS之上的統(tǒng)一的、智能化的空間數(shù)據(jù)庫[4]。在具體的數(shù)據(jù)結構中，能將特征和行為結合在一起，使得管理維護方便，查詢檢索效率高。同時該數(shù)據(jù)模型具有擴展性，便于數(shù)據(jù)分析與應用，易于實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的轉換，從而實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的關聯(lián)。

Geodatabase可以表現(xiàn)的4種地理數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 4種地理數(shù)據(jù)

2 港口空間數(shù)據(jù)庫設計

2.1 需求分析

隨著港口信息化建設的不斷深入，港口用戶希望在空間數(shù)據(jù)中集成自己的核心業(yè)務數(shù)據(jù)并將空間分析和可視化展現(xiàn)功能添加到自己的業(yè)務流中，實現(xiàn)信息共享，需要開發(fā)特定的、符合實際業(yè)務需求的港口空間數(shù)據(jù)庫，來實現(xiàn)港口空間數(shù)據(jù)與核心業(yè)務數(shù)據(jù)的融合與挖掘。數(shù)據(jù)庫內容包括：

1）基礎地理數(shù)據(jù)，包括地形、地質、道路、整個港口區(qū)域等數(shù)據(jù)，主要由矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、港口遙感影像數(shù)據(jù)等構成。

2）專題數(shù)據(jù)，主要分為常規(guī)水深數(shù)據(jù)、碼頭信息數(shù)據(jù)、設施數(shù)據(jù)、疏浚信息數(shù)據(jù)，具體內容如圖3所示。

圖3 專題數(shù)據(jù)內容

3）業(yè)務數(shù)據(jù)，主要用來存儲與港口業(yè)務相關的信息。按照業(yè)務類型的不同可以把業(yè)務數(shù)據(jù)劃分為業(yè)務部門數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、業(yè)務管理數(shù)據(jù)。這3類數(shù)據(jù)的每一項又可以細分為許多子項，每一個子項都有可以表示其特征的數(shù)據(jù)項，通過這些特定的數(shù)據(jù)項，將各個子項關聯(lián)起來。

4）元數(shù)據(jù)。

2.2 概念設計

表示概念模型最有力的工具是E-R模型，即實體-聯(lián)系模型，包括實體、聯(lián)系和屬性3個部分，具體設計如圖4所示。實體有港口、碼頭、倉庫、堆場、道路以及設備設施，各個實體都具有各自的屬性，實體之間的聯(lián)系是1對多的關系。

2.3 邏輯設計

圖4 E-R 模型

數(shù)據(jù)庫邏輯結構見圖5。

將數(shù)據(jù)匹配到Geodatabase數(shù)據(jù)模型，就是確定數(shù)據(jù)在Geodatabase中的表示，并對每一個空間實體分配與之對應的表達方式：矢量數(shù)據(jù)用點、線、面來表示；柵格數(shù)據(jù)用柵格結構來表示；地表用不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）來表示；與空間位置無關的數(shù)據(jù)用對象來表示；地理位置等用地址數(shù)據(jù)來表示（表1）。

表1 空間實體在Geodatabase中的表達方式

屬性數(shù)據(jù)結構設計包括：

1）空間數(shù)據(jù)屬性結構設計?？臻g數(shù)據(jù)屬性結構設計主要是指矢量數(shù)據(jù)的屬性結構設計，字段代碼統(tǒng)一用大寫漢語拼音首字母命名。表2所示為矢量數(shù)據(jù)屬性結構設計，表3所示為碼頭矢量數(shù)據(jù)的屬性結構設計。

表2 矢量數(shù)據(jù)屬性結構設計

表3 碼頭矢量數(shù)據(jù)屬性結構設計

圖5 港口空間數(shù)據(jù)庫邏輯結構

2）非空間數(shù)據(jù)屬性結構設計。非空間數(shù)據(jù)采用表來記錄數(shù)據(jù)，通過港口編碼或港口名稱來關聯(lián)空間數(shù)據(jù)。以港口基本信息表為例，其屬性結構設計如表4。

表4 港口基本信息表

2.4 空間數(shù)據(jù)庫模式

采用“ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎+關系數(shù)據(jù)庫”的技術體系對空間數(shù)據(jù)進行管理和存儲。當前使用較為廣泛的2種關系數(shù)據(jù)庫分別為微軟公司的SQL Server和美國甲骨文公司的Oracle。SQL Server較Oracle操作簡便，性價比高，且能滿足需求，選用SQL Server關系數(shù)據(jù)庫作為港口空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫平臺。根據(jù)港口空間數(shù)據(jù)庫的建庫需求和內容需求，選用功能較為全面的SQL Server 2008企業(yè)版。

3 港口空間數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)及實例應用

3.1 數(shù)據(jù)預處理

港口空間數(shù)據(jù)庫涉及大量的矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)以及屬性數(shù)據(jù)。

1）矢量數(shù)據(jù)的處理。主要依靠ArcGIS 10平臺對港口圖像進行矢量化，在港口圖像進行配準后，采集港口區(qū)域、道路、倉庫、堆場、碼頭和港口設施數(shù)據(jù)，然后進行相應的拓撲處理、坐標和投影變換。

2）柵格數(shù)據(jù)的處理。柵格數(shù)據(jù)的處理對象主要是港口遙感影像，需要應用遙感影像處理軟件Eedas Imagine 9.0對港口遙感影像進行處理。

3）屬性數(shù)據(jù)的處理。港口屬性數(shù)據(jù)分為2種，一種是記錄在港口空間數(shù)據(jù)中的屬性數(shù)據(jù)；另一種是單獨的港口屬性數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)需要錄入已編制好的屬性表中，數(shù)據(jù)錄入時要確保沒有錯漏。

3.2 數(shù)據(jù)庫的建立

建立基于ArcSDE和SQL Server 2008的空間數(shù)據(jù)庫首先需要安裝建庫軟件ArcGIS 10、數(shù)據(jù)庫軟件SQL Server 2008企業(yè)版以及數(shù)據(jù)庫引擎ArcSDE。然后進行ArcSDE For SQL Server 的連接配置。ArcSDE 的連接方式主要有應用服務器連接和直接連接[5,6]2種。港口空間數(shù)據(jù)庫采用應用服務器連接的方式進行配置，配置時設置如下：服務器的主機名稱設置為通用的localhost；服務端口默認是esri_sde；數(shù)據(jù)庫為sde創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫；用戶和密碼為裝載SQL Server 2008時的用戶和密碼。設置完成后，在計算機服務管理中確定ArcSDE服務已啟動時測試連接是否成功，連接成功后即完成配置。

3.3 數(shù)據(jù)入庫

通常采用以下2種方式進行數(shù)據(jù)入庫。

1）運用ArcCatalog 提供的Import和Load工具，以圖形操作界面分別對不同類型的數(shù)據(jù)進行入庫。

2）命令的方式入庫。港口空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)入庫采用ArcGIS提供的圖形操作界面進行，這種方式操作簡便，不要求用戶有編程基礎，并且可以批量導入空間數(shù)據(jù)或非空間數(shù)據(jù)。由于港口空間數(shù)據(jù)庫包含不同類型的數(shù)據(jù)，需要分類進行入庫：矢量數(shù)據(jù)利用ArcCatalog 提供的Import工具導入；柵格數(shù)據(jù)采用ArcCatalog 提供的Load工具導入，在Raster to Geodatabase (multiple)圖形操作界面加載需要入庫的柵格數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)的批量入庫；屬性數(shù)據(jù)以表格形式存在，屬性數(shù)據(jù)表結構采用建模工具Power Designer 15.1進行設計，將屬性數(shù)據(jù)錄入到表中，然后利用Import工具批量導入。

3.4 實例應用

構建港口空間數(shù)據(jù)庫的目的在于為港口數(shù)據(jù)共享平臺和決策支持系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、地圖服務、業(yè)務管理、信息查詢以及系統(tǒng)維護等相應的功能，其系統(tǒng)界面如圖6所示。

圖6 港口數(shù)據(jù)共享平臺和決策支持系統(tǒng)界面圖

[1] 楊東遠,韓德忠.天津港GIS數(shù)據(jù)庫的建設與應用[J].港工技術,2009(7):102-104

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B

1672-4623（2015）03-0064-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.023

樊江，碩士，研究方向為地理信息系統(tǒng)工程。

2014-08-05。

項目來源：國家自然科學基金資助項目（41401160）。