姚金明

（山東省國土測繪院，山東 濟南 250013）

1 概述

地理信息數(shù)據(jù)的處理是GIS從業(yè)人員的必備技能，也是常用功能，使用頻次較高。隨著計算機硬件的指標(biāo)越來越高，如何充分挖掘計算機本身的潛力來加快數(shù)據(jù)的處理速度一直是數(shù)據(jù)處理人員考慮的問題。傳統(tǒng)的提高處理效率的方法主要有提高硬件配置、優(yōu)化流程、改進函數(shù)算法等[1]。本文以AE開發(fā)的工具為例，探討虛擬硬盤對地理信息數(shù)據(jù)處理效率的影響。

大家熟知的硬盤主要有機械硬盤和固態(tài)硬盤，機械硬盤的讀寫速度比較慢，單位存儲空間價格便宜，適用于數(shù)據(jù)存放；固態(tài)硬盤的價格比較貴，硬盤壽命比較短，出現(xiàn)故障數(shù)據(jù)不易恢復(fù)，很多人會換固態(tài)硬盤來提高性能[2]。內(nèi)存本身讀寫速度非常非常快，與普通的機械硬盤相比，速度有上百倍的提高，因而出現(xiàn)了虛擬內(nèi)存技術(shù)，即將內(nèi)存空間通過工具轉(zhuǎn)換成硬盤，解決了部分機械硬盤相對于CPU、顯存等其他硬件的讀寫速度瓶頸。本文將采用Primo Ramdisk進行內(nèi)存的虛擬化。普通用戶一般使用虛擬硬盤存放系統(tǒng)臨時文件和IE緩存來加快網(wǎng)頁瀏覽的速度，并能減少機械硬盤的碎片化，在一定程度上能夠提高操作系統(tǒng)的流暢度[3-6]。

對ArcGIS的二次開發(fā)來說，效率也是一個重要的考慮因素。ArcGIS在我國GIS軟件行業(yè)具有一定的優(yōu)勢[7]，經(jīng)過行業(yè)專家的優(yōu)化之后，其函數(shù)、算法的效率對一般的開發(fā)者來說提升空間已經(jīng)不大。但隨著電腦CPU計算速度的加快，硬盤系統(tǒng)仍是限制電腦性能的最大瓶頸，雖然現(xiàn)在硬盤有了長足進步，但它的速度與CPU、內(nèi)存相比仍是太慢[8-9]。實踐中發(fā)現(xiàn)，硬盤IO（磁盤的輸入和輸出（Input和Output））的表現(xiàn)對于GIS矢量數(shù)據(jù)處理效率的影響是主導(dǎo)因素，因此，應(yīng)該不斷改進和完善GIS矢量數(shù)據(jù)處理工具，并進行特殊設(shè)計[10]。本文討論在用戶硬件足夠強大的情況下（主要是內(nèi)存足夠大），使用內(nèi)存模擬硬盤來提高數(shù)據(jù)的讀寫效率，以加快數(shù)據(jù)處理速度[11-12]。

2 環(huán)境搭建

本文在其他軟硬件條件相同的情況下，將相同空間位置的GIS矢量數(shù)據(jù)分別在普通硬盤、固態(tài)硬盤、虛擬硬盤中，使用ArcGIS Engine二次開發(fā)工具進行處理，得出結(jié)果后對其進行分析比對。

2.1 軟件環(huán)境

測試環(huán)境的操作系統(tǒng)采用Windows Server 2008 R2 Enterprise，64位版本，使用的Microsoft.NET Framework 4.0架構(gòu)，虛擬化硬盤軟件采用了Ramdisk 1.6，64位版本，硬盤速度測試軟件為Crystal Disk Mark 5.5.0，64位版本。

ArcGIS二次開發(fā)版本為ArcGIS Engine 10.0，桌面版結(jié)果查看工具為ArcGIS Desktop sp5 10.0，本文Engine對矢量數(shù)據(jù)的處理主要通過 IWorkspace2、IWorkspaceEdit、IFeatureDataset、IfeatureCursor和IFeatureClass等接口實現(xiàn)，transform method可以采用 affine、projective、similarity等，實現(xiàn)的主要功能為讀取文件夾下面所有需要處理的數(shù)據(jù)，按照國家相關(guān)要求對數(shù)據(jù)進行處理，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的公開發(fā)行[13]。山東電子地圖數(shù)據(jù)解密工具如圖1所示。

2.2 硬件環(huán)境

使用電腦為惠普HPE-555cn臺式機，CPU為I7-2600共4核8線程，主板為和碩2AB6，內(nèi)存為三星DDR3 1 333 MHz 4 G×3共12 G，顯卡為NVIDIA GeForce GTS440，顯存3 G。其中，硬盤共3種：①傳統(tǒng)硬盤為西數(shù)WDC WD60PURΧ-64T0ZY0，7 200 r/min，64 M緩存，容量大小6 TB；②固態(tài)硬盤為英特爾SSDSA2M160G2HP，120 G；③Ramdisk創(chuàng)建的邏輯虛擬硬盤，容量大小為3 G。

圖1 山東電子地圖數(shù)據(jù)解密工具

此次實驗選取了同一空間位置的興趣點、道路和居民地數(shù)據(jù)，并按實際需求進行了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，涵蓋了矢量數(shù)據(jù)處理包含的點、線、面，具有較高的代表性。從表格中可以看出，使用AE開發(fā)的工具糾正處理數(shù)據(jù)時，不同的存儲裝置所需要的時間差別很大。尤其是虛擬硬盤與普通硬盤相比，速度有上百倍的提高，基本與硬盤測速軟件的結(jié)果一致。從表2、表3、表4中可以直觀看出，虛擬硬盤比傳統(tǒng)硬盤的效率大約有250倍提高，比固態(tài)硬盤約有1倍提高，特別是對使用頻率較高的工具來說，能節(jié)約大量時間。

3 結(jié)果對比

普通硬盤、固態(tài)硬盤、虛擬硬盤的對比情況如表1、表2、表3、表4所示。

表1 普通硬盤、固態(tài)硬盤、虛擬硬盤測速表

表2 普通硬盤、固態(tài)硬盤、虛擬硬盤任務(wù)處理需要時間表

表3 普通硬盤、固態(tài)硬盤、虛擬硬盤時間比較表

表4 普通硬盤、固態(tài)硬盤、虛擬硬盤任務(wù)處理效率表

使用Crystal Disk Mark對3種硬盤進行了測速，其中，Seq表示順序測試，k表示IO數(shù)據(jù)的大小，Q表示隊列的深度，T表示線程數(shù)量。從表1中可以發(fā)現(xiàn)，虛擬硬盤比固態(tài)硬盤和普通硬盤讀寫速度分別約有幾十倍和上百倍的提高。

4 總結(jié)

傳統(tǒng)的機械硬盤的磁頭和碟片都屬于機械裝置，其移動速度和轉(zhuǎn)速都有其極限，多年來提高并不大。固態(tài)硬盤和虛擬硬盤屬于電子裝置，其速度要快得多，尤其在使用AE二次開發(fā)工具處理GIS矢量數(shù)據(jù)寫入存儲的步驟方面。實踐發(fā)現(xiàn)（沒有相關(guān)公開資料介紹），在數(shù)據(jù)量稍大的情況下，會按照要素數(shù)量間隔很短的時間多次寫入，對存儲設(shè)備的響應(yīng)時間要求比較高。針對這種情況，本文采用了硬件與軟件協(xié)同的方法實現(xiàn)了對現(xiàn)有存儲設(shè)備的擴展，使用虛擬硬盤對AE開發(fā)的工具進行優(yōu)化，極大地提高了部分ArcGIS工具的讀寫速度，降低了數(shù)據(jù)泄密的可能性。這種方法對于使用頻率較高的工具，具有較大的提升空間和較高的參考價值。

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