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)對機(jī)場地理信息數(shù)據(jù)的有效組織管理,保障機(jī)場的日常運(yùn)行和維護(hù),在Oracle10g數(shù)據(jù)庫平臺與ArcSDE中間件基礎(chǔ)上,構(gòu)建了Geodatabase驅(qū)動的機(jī)場地理空間數(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)對機(jī)場空間數(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)場地理空間數(shù)據(jù)的高效存儲與管理。
ArcSDE;Geodatabase;Oracle10g;空間數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)管理
在機(jī)場的選址規(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)場信息化水平、建設(shè)“數(shù)字機(jī)場”面臨的一個主要問題。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)建動態(tài)更新的機(jī)場空間數(shù)據(jù)體系,實(shí)現(xiàn)機(jī)場地理信息的統(tǒng)一存儲和管理。
許多學(xué)者在對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行組織管理時,選擇傳統(tǒng)商業(yè)數(shù)據(jù)庫平臺結(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)建了省級新農(nóng)村數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)了對新農(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)計和開發(fā)了浙江省海島管理信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對海島數(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)對人防數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和構(gòu)建,對人防數(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)建長江測繪成果應(yīng)用系統(tǒng)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫時采用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)合長江荊江河段的防洪減災(zāi)數(shù)據(jù)庫建設(shè)任務(wù),對基于ArcSDE和Oracle平臺的數(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平臺和ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎技術(shù)支持下,構(gòu)建了機(jī)場地理空間數(shù)據(jù)庫。
機(jī)場空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)量巨大,同時又包括多種比例尺、多種類型和來源的數(shù)據(jù)形式,現(xiàn)勢性要求高,本文采用ArcSDE+Geodatabase+Oracle10技術(shù)體系來存儲和管理機(jī)場地理空間信息。
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)的一個關(guān)鍵部件,ArcSDE引擎為眾多DBMS提供了一個開放的鏈接入口,從而使ArcGIS在不同數(shù)據(jù)庫平臺(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要素進(jìn)行描述,Geodatabase利用面向?qū)ο蟮慕7椒?,通過定義對象類型,定義拓?fù)洹⒖臻g等關(guān)系,實(shí)現(xiàn)對所有空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲管理。根據(jù)模型結(jié)構(gòu),經(jīng)過合適的設(shè)計,可以使Geodatabase模型的數(shù)據(jù)對象與用戶的模型相似,這時用戶操作的對象不再是點(diǎn)、線、面,而是關(guān)注的對象,如機(jī)場跑道、設(shè)施等。參考Geodatabase的模型特征,本文將機(jī)場地理空間數(shù)據(jù)按照一定的空間表達(dá)及拓?fù)潢P(guān)聯(lián)存儲于基于Oracle10g和ArcSDE的空間數(shù)據(jù)庫中。圖1為機(jī)場地理信息數(shù)據(jù)在Geodatabase模型中存儲的方式。
圖1 機(jī)場地理信息數(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)庫平臺時既要考慮平臺穩(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)上有效簡化了數(shù)據(jù)庫的升級與配置,大量復(fù)雜的配置和部署配置被取消和簡化;對許多常用操作實(shí)行了自動化處理,有效提高了數(shù)據(jù)庫管理人員使用效率。
2.1 需求分析
我國民航機(jī)場主要由飛行區(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)場空域等部分組成[7],包含豐富的地理空間信息,然而在對機(jī)場各類地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理時,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)場信息化建設(shè)需求間的矛盾日漸顯現(xiàn)。機(jī)場管理者要求在空間數(shù)據(jù)中集成場務(wù)數(shù)據(jù),并將空間分析和可視化功能添加到機(jī)場地理信息系統(tǒng)中去,以實(shí)現(xiàn)機(jī)場空間數(shù)據(jù)與場務(wù)數(shù)據(jù)的融合與展現(xiàn),因此需要開發(fā)符合機(jī)場實(shí)際需求的地理空間數(shù)據(jù)庫。
2.2 概念模型設(shè)計
機(jī)場空間數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建目的是為了合理地存儲和管理機(jī)場的空間數(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)場包括飛行場地、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
機(jī)場空間數(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)場設(shè)施數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、部門信息、統(tǒng)計數(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),存儲前者使用柵格和矢量方式;存儲后者主要將和空間要素有關(guān)的如機(jī)場名稱、滑行道、跑道長度、寬度等存儲為空間要素的擴(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
數(shù)據(jù)字典主要用來描述存儲數(shù)據(jù)的規(guī)格、等級和類別等信息,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)場等級、場站級別、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)對象來實(shí)現(xiàn)對地理數(shù)據(jù)的組織。這些數(shù)據(jù)對象存儲在要素類(Feature Class)、對象類(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)場區(qū)域遙感影像圖等柵格數(shù)據(jù),機(jī)場各專題統(tǒng)計信息等屬性數(shù)據(jù)。根據(jù)機(jī)場不同空間實(shí)體選擇對應(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)用對象表示,以實(shí)現(xiàn)對現(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
1)機(jī)場空間數(shù)據(jù)屬性設(shè)計。機(jī)場地理空間數(shù)據(jù)包含大量屬性信息,本文的空間數(shù)據(jù)屬性設(shè)計主要是指機(jī)場矢量數(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
2)機(jī)場非空間數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計。非空間數(shù)據(jù)采用表格記錄,通過機(jī)場編碼或機(jī)場名稱來關(guān)聯(lián)空間數(shù)據(jù),以機(jī)場基本信息表為例,其屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計如表3所示。
表3 機(jī)場基本信息表
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、跑道、倉庫、機(jī)場設(shè)施等)矢量化。
2)遙感影像處理。對機(jī)場遙感影像按照關(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)場要素所構(gòu)成的點(diǎn)、線、面的屬性信息,可直接選擇對象和可視化手動輸入或編輯該對象的屬性,對于圖形數(shù)據(jù)則由系統(tǒng)處理以后自動獲取寬度、長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,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,通過Load Objects Wizard或使用ArcToolBox中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入工具;對于空間數(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)場地理空間數(shù)據(jù)中的圖形及屬性數(shù)據(jù)都存儲在Geodatabase模型中,圖形數(shù)據(jù)有機(jī)場區(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)場設(shè)施屬性、專題屬性等。首先建立個人Geodatabase數(shù)據(jù)庫,對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行備份,然后將原始備份數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫,恢復(fù)時再加載Geodatabase圖層即可。
3)利用Oracle數(shù)據(jù)庫平臺。Oracle10g數(shù)據(jù)庫本身具有備份與恢復(fù)功能。機(jī)場地理空間數(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)。
本文首先梳理了機(jī)場運(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)場地理空間數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)了對機(jī)場地理空間數(shù)據(jù)的高效組織和管理,提高了機(jī)場地理空間數(shù)據(jù)的共享性和科學(xué)管理水平,為機(jī)場的規(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GIS的建設(shè)提供了數(shù)據(jù)保障。然而“數(shù)字機(jī)場”建設(shè)任重而道遠(yuǎn),機(jī)場空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)也處于初級階段,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)場輔助決策的應(yīng)用研究和機(jī)場可視化管理等。
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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)勢表達(dá)等方面研究工作。
2015-05-21。
項(xiàng)目來源:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41401160)。