張一帆，王青山，郗篤剛，田 野，孫啟松

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

基于ArcSDE的機場地理空間數(shù)據(jù)庫構建

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，河南 鄭州 450052；2.北京交通大學，北京 100081）

為了實現(xiàn)對機場地理信息數(shù)據(jù)的有效組織管理，保障機場的日常運行和維護，在Oracle10g數(shù)據(jù)庫平臺與ArcSDE中間件基礎上，構建了Geodatabase驅動的機場地理空間數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫按照地理空間的數(shù)據(jù)標準對機場空間數(shù)據(jù)進行分類、編碼和命名，遵循現(xiàn)實世界中各個地理要素之間的空間關系，建立相關幾何網絡與拓撲關系，實現(xiàn)了機場地理空間數(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

在機場的選址規(guī)劃和日常運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)零散地分布在機場的不同部門，難以共享和維護。如何高效地組織、管理這些數(shù)據(jù)資源是提高機場信息化水平、建設“數(shù)字機場”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)一的標準規(guī)范，構建動態(tài)更新的機場空間數(shù)據(jù)體系，實現(xiàn)機場地理信息的統(tǒng)一存儲和管理。

許多學者在對空間數(shù)據(jù)進行組織管理時，選擇傳統(tǒng)商業(yè)數(shù)據(jù)庫平臺結合SDE中間件技術來實現(xiàn)。張洪吉[1]等在SQL Server和ArcSDE技術基礎上，為四川雁江構建了省級新農村數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了對新農村建設過程中空間數(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，設計和開發(fā)了浙江省海島管理信息系統(tǒng)，實現(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模型結構對人防數(shù)據(jù)進行組織和構建，對人防數(shù)據(jù)處理過程和數(shù)據(jù)庫備份與恢復機制進行了詳細闡述。丁明雷[4]等在構建長江測繪成果應用系統(tǒng)基礎空間數(shù)據(jù)庫時采用Oracle11g+ArcSDE 10實現(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)結構和類型進行了劃分，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)進行統(tǒng)一管理。譚德寶[6]等結合長江荊江河段的防洪減災數(shù)據(jù)庫建設任務，對基于ArcSDE和Oracle平臺的數(shù)據(jù)庫構建思路進行了闡述。由于ArcSDE和Oracle技術應用廣泛、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)引擎技術支持下，構建了機場地理空間數(shù)據(jù)庫。

1 技術路線

機場空間數(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技術體系來存儲和管理機場地理空間信息。

1.1 ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎

ArcSDE是ArcGIS與關系數(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中實現(xiàn)對地理信息的管理，還可以允許所有的ArcGIS應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中實現(xiàn)。

1.2 Geodatabase模型

Geodatabase是一種在關系數(shù)據(jù)庫基礎上，使用面向對象的方法實現(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行描述，Geodatabase利用面向對象的建模方法，通過定義對象類型，定義拓撲、空間等關系，實現(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)模型結構，經過合適的設計，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、線、面，而是關注的對象，如機場跑道、設施等。參考Geodatabase的模型特征，本文將機場地理空間數(shù)據(jù)按照一定的空間表達及拓撲關聯(lián)存儲于基于Oracle10g和ArcSDE的空間數(shù)據(jù)庫中。圖1為機場地理信息數(shù)據(jù)在Geodatabase模型中存儲的方式。

圖1 機場地理信息數(shù)據(jù)在Geodatabase模型中解決方案

1.3 Oracle關系數(shù)據(jù)庫

由于機場地理空間信息數(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在原來版本的基礎上有效簡化了數(shù)據(jù)庫的升級與配置，大量復雜的配置和部署配置被取消和簡化；對許多常用操作實行了自動化處理，有效提高了數(shù)據(jù)庫管理人員使用效率。

2 機場空間數(shù)據(jù)庫設計

2.1 需求分析

我國民航機場主要由飛行區(qū)、航站區(qū)、貨運區(qū)、維修設施、空中交通管制設施、供油設施、后勤保障設施、地面交通設施和機場空域等部分組成[7]，包含豐富的地理空間信息，然而在對機場各類地理空間數(shù)據(jù)進行管理時，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，隨著機場業(yè)務量逐年增大，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和信息管理手段與機場信息化建設需求間的矛盾日漸顯現(xiàn)。機場管理者要求在空間數(shù)據(jù)中集成場務數(shù)據(jù)，并將空間分析和可視化功能添加到機場地理信息系統(tǒng)中去，以實現(xiàn)機場空間數(shù)據(jù)與場務數(shù)據(jù)的融合與展現(xiàn)，因此需要開發(fā)符合機場實際需求的地理空間數(shù)據(jù)庫。

2.2 概念模型設計

機場空間數(shù)據(jù)庫的構建目的是為了合理地存儲和管理機場的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，建立它們的關聯(lián)關系，形成一個不依賴數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的信息結構。現(xiàn)采用E-R模型抽象出實體，如圖2所示，機場包括飛行場地、導航設施、供電設施和油料庫等。

圖2 數(shù)據(jù)庫E-R圖

2.3 數(shù)據(jù)邏輯設計

機場空間數(shù)據(jù)庫主要包括基礎地理空間數(shù)據(jù)子庫、業(yè)務數(shù)據(jù)子庫、專題數(shù)據(jù)子庫以及元數(shù)據(jù)庫。基礎地理數(shù)據(jù)子庫由基礎地形圖數(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)等構成；業(yè)務數(shù)據(jù)子庫由機場設施數(shù)據(jù)、導航數(shù)據(jù)、部門信息、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和業(yè)務管理信息等組成；專題數(shù)據(jù)子庫由凈空數(shù)據(jù)、導航數(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的空間數(shù)據(jù)和與其無關的非空間數(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的如機場名稱、滑行道、跑道長度、寬度等存儲為空間要素的擴展屬性信息，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為具體邏輯結構。

圖3 邏輯結構圖

2.3.1 數(shù)據(jù)字典設計

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，如機場等級、場站級別、使用性質、導航方式、道面材料、加油方式和主風方向等。

2.3.2 空間實體的Geodatabase模型表達

Geodatabase模型通過層次結構的數(shù)據(jù)對象來實現(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是擁有同樣屬性結構和幾何類型的要素集合。本文涉及的地理數(shù)據(jù)有機場相關的地形圖、專題圖及行政區(qū)劃圖等矢量數(shù)據(jù)，機場區(qū)域遙感影像圖等柵格數(shù)據(jù)，機場各專題統(tǒng)計信息等屬性數(shù)據(jù)。根據(jù)機場不同空間實體選擇對應的表達方式：矢量數(shù)據(jù)用點線面表示，柵格數(shù)據(jù)用柵格結構表示、地形表面用不規(guī)則三角網（TIN）表示，其余數(shù)據(jù)用對象表示，以實現(xiàn)對現(xiàn)實世界行為和結構的模擬（表1）。

表1 空間實體表達形式

2.3.3 屬性數(shù)據(jù)結構設計

1）機場空間數(shù)據(jù)屬性設計。機場地理空間數(shù)據(jù)包含大量屬性信息，本文的空間數(shù)據(jù)屬性設計主要是指機場矢量數(shù)據(jù)的屬性結構。表2的shape字段不僅記錄了機場內各空間實體（如跑道、導航設施等）的位置坐標信息，也包含每個實體的屬性信息。

表2 矢量數(shù)據(jù)屬性結構設計

2）機場非空間數(shù)據(jù)屬性結構設計。非空間數(shù)據(jù)采用表格記錄，通過機場編碼或機場名稱來關聯(lián)空間數(shù)據(jù)，以機場基本信息表為例，其屬性結構設計如表3所示。

表3 機場基本信息表

3 機場空間數(shù)據(jù)庫實現(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等紙質地形圖掃描成柵格數(shù)據(jù)，利用ArcMap中的ArcScan工具將圖中關注要素（如飛行場、跑道、倉庫、機場設施等）矢量化。

2）遙感影像處理。對機場遙感影像按照關注區(qū)域和分辨率分類，并進行糾正、配準和投影轉化，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。機場要素所構成的點、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命令實現(xiàn)；導入矢量數(shù)據(jù)時，通過Load Objects Wizard或使用ArcToolBox中的數(shù)據(jù)導入工具；對于空間數(shù)據(jù)表則可使用Load Objects Wizard導入。

3.3 數(shù)據(jù)庫備份與恢復

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上備份為單獨數(shù)據(jù)文件，再使用sdeimport將該文件恢復到ArcSDE Server上。

2）利用Geodatabase。本文機場地理空間數(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；屬性信息有機場設施屬性、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)進行備份，然后將原始備份數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫，恢復時再加載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功能。機場地理空間數(shù)據(jù)庫可依據(jù)Oracle10g數(shù)據(jù)庫的冷、熱備份模式進行備份與恢復。

4 結 語

本文首先梳理了機場運行和維護過程中涉及到的地理空間數(shù)據(jù)類型和結構，通過構建機場地理空間數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了對機場地理空間數(shù)據(jù)的高效組織和管理，提高了機場地理空間數(shù)據(jù)的共享性和科學管理水平，為機場的規(guī)劃建設、運行維護和專題研究提供了有力數(shù)據(jù)支撐，為今后機場GIS的建設提供了數(shù)據(jù)保障。然而“數(shù)字機場”建設任重而道遠，機場空間數(shù)據(jù)庫的建設也處于初級階段，未來還需研究的課題包括空間數(shù)據(jù)庫框架及內容，機場輔助決策的應用研究和機場可視化管理等。

[1] 張紅吉,李緒平,羅勇,等.基于ArcSDE和SQL Server的新農村建設數(shù)據(jù)庫設計與實現(xiàn)[J].安徽農業(yè)科學,2013,41(4)∶1 836-1 841

[2] 韓富江,張濟博,田雙鳳,等.基于ArcSDE的浙江省海島管理信息系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].測繪與空間地理信息,2014,37(12)∶90-92

[3] 張立朝,王珂珂,王青山,等.Geodatabase數(shù)據(jù)模型驅動的人防地理數(shù)據(jù)庫[J].測繪科學技術學報,2008,25(6)∶443-447

[4] 丁明雷,鄒艷紅,周冠男,等.長江測繪成果管理應用系統(tǒng)研究[J].測繪科學,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)庫設計與應用[J].環(huán)境科學與技術,2013,36(7)∶168-174

[6] 譚德寶,程學軍.基于ArcSDE+Oracle 9i的防洪減災綜合數(shù)據(jù)庫的構建及應用[J]武漢大學學報(信息科學版), 2006(1)∶90-93

[7] 高俊啟,徐皓.機場工程概論[M].北京∶國防工業(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)勢表達等方面研究工作。

2015-05-21。

項目來源：國家自然科學基金資助項目（41401160）。