楊帆 郭小虎 李姝祺

（1.湖北省測(cè)繪工程院，湖北 武漢 430074；2.湖北省地圖院，湖北 武漢 430074；3.湖北省測(cè)繪地理信息局 測(cè)繪應(yīng)急保障中心，湖北 武漢 430070）

1 引言

時(shí)空信息數(shù)據(jù)庫借助時(shí)間屬性管理方法，采用離線編輯的更新模式和沖突檢測(cè)矩陣算法，為系統(tǒng)的更新研究和開發(fā)設(shè)計(jì)提供了完整解決方案，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)業(yè)務(wù)流程的規(guī)范化，提升了數(shù)據(jù)的管理效率，為省級(jí)網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)平臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

通過建設(shè)智慧城市時(shí)空信息云平臺(tái)，對(duì)海量測(cè)繪地理信息化資源進(jìn)行整合，不僅能將各類專題數(shù)據(jù)在統(tǒng)一的時(shí)空基準(zhǔn)下實(shí)現(xiàn)共享，形成智能化服務(wù)的核心優(yōu)勢(shì)，還能帶動(dòng)數(shù)據(jù)加工、分析以及相關(guān)軟硬件研發(fā)的發(fā)展和新興市場的壯大，從而為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

2 技術(shù)路線

面向時(shí)空信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫集成管理、查詢?yōu)g覽和分發(fā)提取等需要，基于Geodatabase 數(shù)據(jù)模型，采用面向?qū)ο蟮姆椒ê蚒ML（Unified Modeling Language）建模語言設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)象化處理、數(shù)據(jù)入庫、關(guān)聯(lián)關(guān)系建立等系列操作后，以ArcSDE 為空間數(shù)據(jù)庫引擎，將各種數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)于Oracle 數(shù)據(jù)庫，或以FTP（File Transfer Protocol，文件傳輸協(xié)議）、共享目錄的方式存儲(chǔ)于文件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多種類型的數(shù)據(jù)一體化無縫建庫存儲(chǔ)。同時(shí)對(duì)已建成基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、地理空間框架數(shù)據(jù)庫、地理國情普查數(shù)據(jù)庫等進(jìn)行改造升級(jí)，統(tǒng)一時(shí)空信息，建立時(shí)空信息數(shù)據(jù)庫；在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)與開發(fā)集成數(shù)據(jù)庫管理的時(shí)空信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成管理、查詢?yōu)g覽和分發(fā)提取等功能。

（1）采用統(tǒng)一建模技術(shù)，以面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計(jì)時(shí)空數(shù)據(jù)庫。面對(duì)基礎(chǔ)空間地理信息“一張圖”以及傳感器數(shù)據(jù)等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)管理建庫需求，基于Geodatabase 數(shù)據(jù)模型，采用面向?qū)ο蟮姆椒ê蚒ML建模語言對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，通過領(lǐng)域?qū)ο蠼?、?shù)據(jù)存儲(chǔ)建模開展數(shù)據(jù)庫的概念模型、邏輯模型和物理模型設(shè)計(jì)；通過功能交互建模，在建庫環(huán)境下設(shè)計(jì)、開發(fā)數(shù)據(jù)建庫、靈活編目、查詢?yōu)g覽、提取配送等功能。 （2）采用混合存儲(chǔ)管理模式，實(shí)現(xiàn)資源充分利用。以成熟的商業(yè)數(shù)據(jù)庫Oracle 和空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE完成空間數(shù)據(jù)建模、組織和管理，將基礎(chǔ)空間地理信息“一張圖”中DLG（數(shù)字線劃圖）數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)以及傳感器數(shù)據(jù)中矢量數(shù)據(jù)等集中存儲(chǔ)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)多類型、多尺度、多時(shí)態(tài)集成化管理。采用Geodatabase 作為基礎(chǔ)空間地理信息“一張圖”數(shù)據(jù)模型，有利于數(shù)據(jù)共享，方便數(shù)據(jù)維護(hù)，確保數(shù)據(jù)的安全和統(tǒng)一管理。

其中，矢量數(shù)據(jù)采用Geodatabase 的要素?cái)?shù)據(jù)集（FeatureDataset）、要素類（FeatureClass）模型，DOM（數(shù)字正射影像）、DEM（數(shù)字高程模型）數(shù)據(jù)采用鑲嵌數(shù)據(jù)集（MosaicDataset）模型，屬性及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫表形式。

空間數(shù)據(jù)通過縝密的數(shù)據(jù)庫規(guī)劃，從各類數(shù)據(jù)的分層結(jié)構(gòu)、相關(guān)屬性、數(shù)據(jù)集組織等歸納邏輯數(shù)據(jù)組織與表達(dá)的模型，進(jìn)而適應(yīng)未來數(shù)據(jù)的擴(kuò)充而動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。數(shù)據(jù)操作針對(duì)邏輯數(shù)據(jù)組織模型來進(jìn)行，而不是直接操作物理對(duì)象，使得數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)更具開放、易擴(kuò)展、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

（3）采用分布式存儲(chǔ)集中管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。待建設(shè)基礎(chǔ)空間地理信息“一張圖”數(shù)據(jù)庫、傳感器數(shù)據(jù)庫、行業(yè)專題數(shù)據(jù)庫與已建成基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、地理國情普查數(shù)據(jù)庫等獨(dú)立存于不同設(shè)備，不利于數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與應(yīng)用，因此需采用集中管理技術(shù)統(tǒng)一各數(shù)據(jù)庫，具體做法需進(jìn)一步研究。

分布式存儲(chǔ)集中管理技術(shù)就是把存儲(chǔ)設(shè)備和系統(tǒng)按照實(shí)際需要安裝到指定位置集中管理。該技術(shù)采用全數(shù)字化管理，是一種先進(jìn)、較靈活、較穩(wěn)定、可擴(kuò)展、操作方便簡捷的系統(tǒng)存儲(chǔ)管理技術(shù)，能很好地融合在大型、中型、小型、高端等各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同實(shí)例數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一管理，避免由于一庫一系統(tǒng)而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)孤島局面。

3 總體技術(shù)架構(gòu)

時(shí)空信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)基于C/S 架構(gòu)，利用空間數(shù)據(jù)庫、非關(guān)系數(shù)據(jù)庫、共享文件系統(tǒng)、分布式文件系統(tǒng)進(jìn)行多源異構(gòu)數(shù)據(jù)綜合存儲(chǔ)，構(gòu)建時(shí)空信息數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫訪問接口、文件訪問接口以及數(shù)據(jù)服務(wù)方式實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)資源共享訪問，以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理能力。

時(shí)空信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)總體架構(gòu)分為四層：基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、計(jì)算框架層和應(yīng)用層。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 時(shí)空信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層是支撐整個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施，主要包含計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源、安全資源等。

（2）數(shù)據(jù)資源層是整個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源中心，系統(tǒng)采用混合存儲(chǔ)架構(gòu)，在傳統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫、共享文件系統(tǒng)基礎(chǔ)上，引入NoSQL 數(shù)據(jù)庫，提供多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理能力。面向矢量、柵格、表格、影像、文檔等各類結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化以及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，依據(jù)其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)特點(diǎn)和應(yīng)用需求，采用不同的存儲(chǔ)策略，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的優(yōu)化存儲(chǔ)。同時(shí)通過統(tǒng)一、開放的數(shù)據(jù)存取訪問接口，實(shí)現(xiàn)地理大數(shù)據(jù)統(tǒng)一存取服務(wù)。

（3）計(jì)算框架層是各類上層應(yīng)用構(gòu)建的基礎(chǔ)框架，在此框架基礎(chǔ)上構(gòu)建入庫、管理、提取等各類應(yīng)用。時(shí)空信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)既支持傳統(tǒng)集群/并行計(jì)算框架，同時(shí)引入了分布式計(jì)算框架，實(shí)現(xiàn)入庫、管理、提取等各類業(yè)務(wù)應(yīng)用的多機(jī)、多進(jìn)程并行化處理或分布式處理，實(shí)現(xiàn)處理能力的橫向可擴(kuò)展，以應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)環(huán)境下快速存取與高效處理需求，解決高并發(fā)、I/O瓶頸、快速響應(yīng)、高可利用性等問題。

（4）應(yīng)用層基于計(jì)算框架，構(gòu)建面向各類業(yè)務(wù)場景、用戶的應(yīng)用功能，包括基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)管理、擴(kuò)展數(shù)據(jù)管理、融合數(shù)據(jù)管理、共享數(shù)據(jù)庫管理。

（5）相比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，利用面向?qū)ο蟮姆椒ê蚒ML 建模語言對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)空信息數(shù)據(jù)庫，很好地解決了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫對(duì)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理和更新的問題，比如傳統(tǒng)GIS 由于靜態(tài)空間數(shù)據(jù)對(duì)象管理而形成的短板以及數(shù)據(jù)更新發(fā)布上的局限,實(shí)現(xiàn)了多種類型的數(shù)據(jù)一體化無縫建庫存儲(chǔ)以及多類型、多尺度、多時(shí)態(tài)集成化管理。

4 結(jié)語

針對(duì)時(shí)空信息數(shù)據(jù)庫，本文提出在Geodatabase數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上，采用面向?qū)ο蟮姆椒ê蚒ML 建模語言對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)，很好地解決了當(dāng)前時(shí)空信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中存在的一些問題，實(shí)現(xiàn)了時(shí)空信息數(shù)據(jù)庫管理的信息化、智能化和數(shù)據(jù)共享，讓數(shù)據(jù)管理工作更加高效、便捷。