張一帆，王青山，郗篤剛，田 野，孫啟松

（1.信息工程大學(xué)，河南 鄭州 450052；2.北京交通大學(xué)，北京 100081）

基于ArcSDE的機(jī)場(chǎng)地理空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

張一帆1，王青山1，郗篤剛1，田 野2，孫啟松1

（1.信息工程大學(xué)，河南 鄭州 450052；2.北京交通大學(xué)，北京 100081）

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)場(chǎng)地理信息數(shù)據(jù)的有效組織管理，保障機(jī)場(chǎng)的日常運(yùn)行和維護(hù)，在Oracle10g數(shù)據(jù)庫平臺(tái)與ArcSDE中間件基礎(chǔ)上，構(gòu)建了Geodatabase驅(qū)動(dòng)的機(jī)場(chǎng)地理空間數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫按照地理空間的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)場(chǎng)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、編碼和命名，遵循現(xiàn)實(shí)世界中各個(gè)地理要素之間的空間關(guān)系，建立相關(guān)幾何網(wǎng)絡(luò)與拓?fù)潢P(guān)系，實(shí)現(xiàn)了機(jī)場(chǎng)地理空間數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)與管理。

ArcSDE；Geodatabase；Oracle10g；空間數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)管理

在機(jī)場(chǎng)的選址規(guī)劃和日常運(yùn)行過程中涉及大量地理信息，其中包含空間數(shù)據(jù)和非空間屬性數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)零散地分布在機(jī)場(chǎng)的不同部門，難以共享和維護(hù)。如何高效地組織、管理這些數(shù)據(jù)資源是提高機(jī)場(chǎng)信息化水平、建設(shè)“數(shù)字機(jī)場(chǎng)”面臨的一個(gè)主要問題。本文以地理信息為核心，以地理信息數(shù)據(jù)庫為載體，通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，構(gòu)建動(dòng)態(tài)更新的機(jī)場(chǎng)空間數(shù)據(jù)體系，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)地理信息的統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理。

許多學(xué)者在對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行組織管理時(shí)，選擇傳統(tǒng)商業(yè)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)結(jié)合SDE中間件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。張洪吉[1]等在SQL Server和ArcSDE技術(shù)基礎(chǔ)上，為四川雁江構(gòu)建了省級(jí)新農(nóng)村數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了對(duì)新農(nóng)村建設(shè)過程中空間數(shù)據(jù)的有效管理。韓富江[2]等從海島管理部門的需求出發(fā)，使用ArcSDE和 ArcGIS Engine組件技術(shù)，設(shè)計(jì)和開發(fā)了浙江省海島管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)海島數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一管理。張立朝[3]等根據(jù)人防資源與數(shù)據(jù)的管理需要出發(fā)，按照Geodatabase模型結(jié)構(gòu)對(duì)人防數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和構(gòu)建，對(duì)人防數(shù)據(jù)處理過程和數(shù)據(jù)庫備份與恢復(fù)機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)闡述。丁明雷[4]等在構(gòu)建長(zhǎng)江測(cè)繪成果應(yīng)用系統(tǒng)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫時(shí)采用Oracle11g+ArcSDE 10實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)的訪問與交互、多用戶并發(fā)控制等；楊敏[5]等對(duì)滇池北岸污染源的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和類型進(jìn)行了劃分，利用SDE引擎和Oracle11g對(duì)滇池北岸空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。譚德寶[6]等結(jié)合長(zhǎng)江荊江河段的防洪減災(zāi)數(shù)據(jù)庫建設(shè)任務(wù)，對(duì)基于ArcSDE和Oracle平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建思路進(jìn)行了闡述。由于ArcSDE和Oracle技術(shù)應(yīng)用廣泛、成熟穩(wěn)定、能高效管理大量空間數(shù)據(jù)，因此本文在Oracle10g平臺(tái)和ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎技術(shù)支持下，構(gòu)建了機(jī)場(chǎng)地理空間數(shù)據(jù)庫。

1 技術(shù)路線

機(jī)場(chǎng)空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)量巨大，同時(shí)又包括多種比例尺、多種類型和來源的數(shù)據(jù)形式，現(xiàn)勢(shì)性要求高，本文采用ArcSDE+Geodatabase+Oracle10技術(shù)體系來存儲(chǔ)和管理機(jī)場(chǎng)地理空間信息。

1.1 ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎

ArcSDE是ArcGIS與關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間的GIS通道。它不僅可以讓用戶在幾種不同的DBMS中實(shí)現(xiàn)對(duì)地理信息的管理，還可以允許所有的ArcGIS應(yīng)用軟件順利接收和處理這些數(shù)據(jù)。作為多用戶ArcGIS系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件，ArcSDE引擎為眾多DBMS提供了一個(gè)開放的鏈接入口，從而使ArcGIS在不同數(shù)據(jù)庫平臺(tái)（Oracle、Oracle with Spatial/Locator、Microsoft SQL Server、IBM DB2和Informix）上管理地理空間信息成為可能。ArcSDE不僅支持每一個(gè)DBMS的特有功能，還可以讓同樣的功能在所有的DBMS中實(shí)現(xiàn)。

1.2 Geodatabase模型

Geodatabase是一種在關(guān)系數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，使用面向?qū)ο蟮姆椒▽?shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)組織與管理的空間數(shù)據(jù)模型。為了能夠更自然地對(duì)要素進(jìn)行描述，Geodatabase利用面向?qū)ο蟮慕７椒ǎㄟ^定義對(duì)象類型，定義拓?fù)?、空間等關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)管理。根據(jù)模型結(jié)構(gòu)，經(jīng)過合適的設(shè)計(jì)，可以使Geodatabase模型的數(shù)據(jù)對(duì)象與用戶的模型相似，這時(shí)用戶操作的對(duì)象不再是點(diǎn)、線、面，而是關(guān)注的對(duì)象，如機(jī)場(chǎng)跑道、設(shè)施等。參考Geodatabase的模型特征，本文將機(jī)場(chǎng)地理空間數(shù)據(jù)按照一定的空間表達(dá)及拓?fù)潢P(guān)聯(lián)存儲(chǔ)于基于Oracle10g和ArcSDE的空間數(shù)據(jù)庫中。圖1為機(jī)場(chǎng)地理信息數(shù)據(jù)在Geodatabase模型中存儲(chǔ)的方式。

圖1 機(jī)場(chǎng)地理信息數(shù)據(jù)在Geodatabase模型中解決方案

1.3 Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫

由于機(jī)場(chǎng)地理空間信息數(shù)據(jù)量巨大，且包含多種數(shù)據(jù)類型，管理起來紛繁復(fù)雜，因此在選擇數(shù)據(jù)庫平臺(tái)時(shí)既要考慮平臺(tái)穩(wěn)定性又要便于管理人員操作使用。Oracle10g在原來版本的基礎(chǔ)上有效簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)庫的升級(jí)與配置，大量復(fù)雜的配置和部署配置被取消和簡(jiǎn)化；對(duì)許多常用操作實(shí)行了自動(dòng)化處理，有效提高了數(shù)據(jù)庫管理人員使用效率。

2 機(jī)場(chǎng)空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

2.1 需求分析

我國(guó)民航機(jī)場(chǎng)主要由飛行區(qū)、航站區(qū)、貨運(yùn)區(qū)、維修設(shè)施、空中交通管制設(shè)施、供油設(shè)施、后勤保障設(shè)施、地面交通設(shè)施和機(jī)場(chǎng)空域等部分組成[7]，包含豐富的地理空間信息，然而在對(duì)機(jī)場(chǎng)各類地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理時(shí)，依然主要依賴于圖紙和表格，缺乏方便快捷的空間數(shù)據(jù)管理途徑。特別是近年來，隨著機(jī)場(chǎng)業(yè)務(wù)量逐年增大，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和信息管理手段與機(jī)場(chǎng)信息化建設(shè)需求間的矛盾日漸顯現(xiàn)。機(jī)場(chǎng)管理者要求在空間數(shù)據(jù)中集成場(chǎng)務(wù)數(shù)據(jù)，并將空間分析和可視化功能添加到機(jī)場(chǎng)地理信息系統(tǒng)中去，以實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)空間數(shù)據(jù)與場(chǎng)務(wù)數(shù)據(jù)的融合與展現(xiàn)，因此需要開發(fā)符合機(jī)場(chǎng)實(shí)際需求的地理空間數(shù)據(jù)庫。

2.2 概念模型設(shè)計(jì)

機(jī)場(chǎng)空間數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建目的是為了合理地存儲(chǔ)和管理機(jī)場(chǎng)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，建立它們的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成一個(gè)不依賴數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的信息結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)采用E-R模型抽象出實(shí)體，如圖2所示，機(jī)場(chǎng)包括飛行場(chǎng)地、導(dǎo)航設(shè)施、供電設(shè)施和油料庫等。

圖2 數(shù)據(jù)庫E-R圖

2.3 數(shù)據(jù)邏輯設(shè)計(jì)

機(jī)場(chǎng)空間數(shù)據(jù)庫主要包括基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)子庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)子庫、專題數(shù)據(jù)子庫以及元數(shù)據(jù)庫?；A(chǔ)地理數(shù)據(jù)子庫由基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)及三維模型數(shù)據(jù)等構(gòu)成；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)子庫由機(jī)場(chǎng)設(shè)施數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、部門信息、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)管理信息等組成；專題數(shù)據(jù)子庫由凈空數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、規(guī)劃信息、管線數(shù)據(jù)和房屋信息等組成。這些數(shù)據(jù)包含與空間位置相關(guān)的空間數(shù)據(jù)和與其無關(guān)的非空間數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)前者使用柵格和矢量方式；存儲(chǔ)后者主要將和空間要素有關(guān)的如機(jī)場(chǎng)名稱、滑行道、跑道長(zhǎng)度、寬度等存儲(chǔ)為空間要素的擴(kuò)展屬性信息，其余信息則直接通過相互聯(lián)系的屬性表存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。圖3為具體邏輯結(jié)構(gòu)。

圖3 邏輯結(jié)構(gòu)圖

2.3.1 數(shù)據(jù)字典設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)字典主要用來描述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的規(guī)格、等級(jí)和類別等信息，是一種用戶可以訪問的記錄數(shù)據(jù)庫源數(shù)據(jù)的表，如機(jī)場(chǎng)等級(jí)、場(chǎng)站級(jí)別、使用性質(zhì)、導(dǎo)航方式、道面材料、加油方式和主風(fēng)方向等。

2.3.2 空間實(shí)體的Geodatabase模型表達(dá)

Geodatabase模型通過層次結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)對(duì)象來實(shí)現(xiàn)對(duì)地理數(shù)據(jù)的組織。這些數(shù)據(jù)對(duì)象存儲(chǔ)在要素類（Feature Class）、對(duì)象類（Object Class）和數(shù)據(jù)集（Feature Dataset）中，Object Class應(yīng)該理解為在Geodatabase模型中存儲(chǔ)非空間數(shù)據(jù)的表，且Feature Class是擁有同樣屬性結(jié)構(gòu)和幾何類型的要素集合。本文涉及的地理數(shù)據(jù)有機(jī)場(chǎng)相關(guān)的地形圖、專題圖及行政區(qū)劃圖等矢量數(shù)據(jù)，機(jī)場(chǎng)區(qū)域遙感影像圖等柵格數(shù)據(jù)，機(jī)場(chǎng)各專題統(tǒng)計(jì)信息等屬性數(shù)據(jù)。根據(jù)機(jī)場(chǎng)不同空間實(shí)體選擇對(duì)應(yīng)的表達(dá)方式：矢量數(shù)據(jù)用點(diǎn)線面表示，柵格數(shù)據(jù)用柵格結(jié)構(gòu)表示、地形表面用不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）表示，其余數(shù)據(jù)用對(duì)象表示，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界行為和結(jié)構(gòu)的模擬（表1）。

表1 空間實(shí)體表達(dá)形式

2.3.3 屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）機(jī)場(chǎng)空間數(shù)據(jù)屬性設(shè)計(jì)。機(jī)場(chǎng)地理空間數(shù)據(jù)包含大量屬性信息，本文的空間數(shù)據(jù)屬性設(shè)計(jì)主要是指機(jī)場(chǎng)矢量數(shù)據(jù)的屬性結(jié)構(gòu)。表2的shape字段不僅記錄了機(jī)場(chǎng)內(nèi)各空間實(shí)體（如跑道、導(dǎo)航設(shè)施等）的位置坐標(biāo)信息，也包含每個(gè)實(shí)體的屬性信息。

表2 矢量數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2）機(jī)場(chǎng)非空間數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。非空間數(shù)據(jù)采用表格記錄，通過機(jī)場(chǎng)編碼或機(jī)場(chǎng)名稱來關(guān)聯(lián)空間數(shù)據(jù)，以機(jī)場(chǎng)基本信息表為例，其屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如表3所示。

表3 機(jī)場(chǎng)基本信息表

3 機(jī)場(chǎng)空間數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)處理

1）地形圖、專題圖及行政區(qū)劃圖的處理。將

1∶1 000、1∶10 000等紙質(zhì)地形圖掃描成柵格數(shù)據(jù)，利用ArcMap中的ArcScan工具將圖中關(guān)注要素（如飛行場(chǎng)、跑道、倉庫、機(jī)場(chǎng)設(shè)施等）矢量化。

2）遙感影像處理。對(duì)機(jī)場(chǎng)遙感影像按照關(guān)注區(qū)域和分辨率分類，并進(jìn)行糾正、配準(zhǔn)和投影轉(zhuǎn)化，得到處理好的不同分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)。

3）屬性數(shù)據(jù)入庫。機(jī)場(chǎng)要素所構(gòu)成的點(diǎn)、線、面的屬性信息，可直接選擇對(duì)象和可視化手動(dòng)輸入或編輯該對(duì)象的屬性，對(duì)于圖形數(shù)據(jù)則由系統(tǒng)處理以后自動(dòng)獲取寬度、長(zhǎng)度及面積等屬性信息。

3.2 數(shù)據(jù)入庫

導(dǎo)入柵格數(shù)據(jù)時(shí)，使用ArcCatalog中的Raster to Geodatabase工具，也可以使用ArcSDE的sderaster命令實(shí)現(xiàn)；導(dǎo)入矢量數(shù)據(jù)時(shí)，通過Load Objects Wizard或使用ArcToolBox中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入工具；對(duì)于空間數(shù)據(jù)表則可使用Load Objects Wizard導(dǎo)入。

3.3 數(shù)據(jù)庫備份與恢復(fù)

1）利用ArcSDE數(shù)據(jù)庫引擎。使用ArcSDE的sdeexport工具將空間數(shù)據(jù)從ArcSDE Server上備份為單獨(dú)數(shù)據(jù)文件，再使用sdeimport將該文件恢復(fù)到ArcSDE Server上。

2）利用Geodatabase。本文機(jī)場(chǎng)地理空間數(shù)據(jù)中的圖形及屬性數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在Geodatabase模型中，圖形數(shù)據(jù)有機(jī)場(chǎng)區(qū)域行政區(qū)劃、道路交通、水文及遙感影像等；屬性信息有機(jī)場(chǎng)設(shè)施屬性、專題屬性等。首先建立個(gè)人Geodatabase數(shù)據(jù)庫，對(duì)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，然后將原始備份數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫，恢復(fù)時(shí)再加載Geodatabase圖層即可。

3）利用Oracle數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。Oracle10g數(shù)據(jù)庫本身具有備份與恢復(fù)功能。機(jī)場(chǎng)地理空間數(shù)據(jù)庫可依據(jù)Oracle10g數(shù)據(jù)庫的冷、熱備份模式進(jìn)行備份與恢復(fù)。

4 結(jié) 語

本文首先梳理了機(jī)場(chǎng)運(yùn)行和維護(hù)過程中涉及到的地理空間數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)，通過構(gòu)建機(jī)場(chǎng)地理空間數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)場(chǎng)地理空間數(shù)據(jù)的高效組織和管理，提高了機(jī)場(chǎng)地理空間數(shù)據(jù)的共享性和科學(xué)管理水平，為機(jī)場(chǎng)的規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)和專題研究提供了有力數(shù)據(jù)支撐，為今后機(jī)場(chǎng)GIS的建設(shè)提供了數(shù)據(jù)保障。然而“數(shù)字機(jī)場(chǎng)”建設(shè)任重而道遠(yuǎn)，機(jī)場(chǎng)空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)也處于初級(jí)階段，未來還需研究的課題包括空間數(shù)據(jù)庫框架及內(nèi)容，機(jī)場(chǎng)輔助決策的應(yīng)用研究和機(jī)場(chǎng)可視化管理等。

[1] 張紅吉,李緒平,羅勇,等.基于ArcSDE和SQL Server的新農(nóng)村建設(shè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41(4)∶1 836-1 841

[2] 韓富江,張濟(jì)博,田雙鳳,等.基于ArcSDE的浙江省海島管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪與空間地理信息,2014,37(12)∶90-92

[3] 張立朝,王珂珂,王青山,等.Geodatabase數(shù)據(jù)模型驅(qū)動(dòng)的人防地理數(shù)據(jù)庫[J].測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào),2008,25(6)∶443-447

[4] 丁明雷,鄒艷紅,周冠男,等.長(zhǎng)江測(cè)繪成果管理應(yīng)用系統(tǒng)研究[J].測(cè)繪科學(xué),2013,38(5)∶66-68

[5] 楊敏,徐曉梅,周鴻斌,等.基于Oracle和ArcSDE的滇池北岸數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2013,36(7)∶168-174

[6] 譚德寶,程學(xué)軍.基于ArcSDE+Oracle 9i的防洪減災(zāi)綜合數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建及應(yīng)用[J]武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2006(1)∶90-93

[7] 高俊啟,徐皓.機(jī)場(chǎng)工程概論[M].北京∶國(guó)防工業(yè)出版社,2014

P208

B

1672-4623（2016）05-0051-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.016

張一帆，碩士，主要從事地理信息系統(tǒng)、態(tài)勢(shì)表達(dá)等方面研究工作。

2015-05-21。

項(xiàng)目來源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41401160）。