周 群

（1.廣東省交通運輸規(guī)劃研究中心，廣東 廣州 510101）

基于GIS的空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，如吳永勝[1]和Walker W T[2]等分別利用GIS技術(shù)設(shè)計并開發(fā)了土地利用總體規(guī)劃空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和基于土地利用規(guī)劃模型的GIS集成系統(tǒng)，有效提高了土地利用信息管理和土地利用規(guī)劃輔助決策能力；徐愛俊[3]等針對林業(yè)信息化生態(tài)公益林管理，設(shè)計開發(fā)了基于GIS的生態(tài)公益林管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的集成管理和關(guān)聯(lián)；曹云剛[4]等綜合利用GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和空間數(shù)據(jù)庫引擎技術(shù)研發(fā)了城鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)布局基礎(chǔ)空間信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)了對海量空間數(shù)據(jù)的有效組織、管理與應(yīng)用；田楊明[5]等將地方公路普查計算機管理系統(tǒng)定位為國家信息化建設(shè)戰(zhàn)略框架的重要組成部分，基于GIS構(gòu)建了3層架構(gòu)的分布式空間數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了圖文一體化、空間數(shù)據(jù)工程以及程序與數(shù)據(jù)的分離；杜豫川[6]等研究了基于GIS的高速公路全壽命管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系和理論方法，研究成果已應(yīng)用于廣韶高速公路，有效提高了施工和運營管理效率；閤成國[7]通過對高速公路交調(diào)數(shù)據(jù)質(zhì)量現(xiàn)狀的分析，提出了高速公路交調(diào)數(shù)據(jù)質(zhì)量管理系統(tǒng)的設(shè)計方案。已有空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)存在的普遍問題是僅針對成果數(shù)據(jù)組織、存儲、管理或應(yīng)用等獨立業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)而設(shè)計，功能模塊之間相對獨立，使得各環(huán)節(jié)難以協(xié)調(diào)、控制和集成[8]，忽略了數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用的結(jié)合，導(dǎo)致數(shù)據(jù)來源有限、數(shù)據(jù)監(jiān)測與更新不及時，因此應(yīng)充分發(fā)揮用戶作為數(shù)據(jù)使用者、來源者和監(jiān)督者的三重作用。

隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展，交通地理信息以其圖文一體化的信息集成和形象、直觀的位置服務(wù)特性，被廣泛應(yīng)用于各級交通管理部門。交通地理信息數(shù)據(jù)作為交通運輸規(guī)劃研究的重要基礎(chǔ)，在規(guī)劃研究工作的各個層面和環(huán)節(jié)中普遍存在數(shù)據(jù)存儲分散、更新不及時、冗余版本雜亂、共享困難等弊端[9]，阻礙了交通地理信息的高效應(yīng)用、共享與可持續(xù)發(fā)展。同時，交通地理信息數(shù)據(jù)種類繁多、數(shù)據(jù)量龐大，集成了全省交通矢量數(shù)據(jù)、交通調(diào)查流量數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)以及相關(guān)部門的多規(guī)數(shù)據(jù)等，其海量存儲、時空一體化、高效檢索、實時更新等問題亟待解決[10-11]。

目前，廣東省交通運輸行業(yè)主管部門建設(shè)的基于GIS的廣東省綜合交通運輸體系規(guī)劃信息平臺[12]、基于Trans CAD的預(yù)測模型、基于ECharts的交流展示平臺（三者與本文設(shè)計的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)稱為廣東省交通運輸規(guī)劃研究平臺）在廣東省交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、省干線公路網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析和量化預(yù)測評價、省高速公路運行情況可視化瀏覽和出行特征分析等方面發(fā)揮了重要作用。數(shù)據(jù)獲取一直是GIS應(yīng)用系統(tǒng)的瓶頸，各系統(tǒng)都有獨自的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲方式，導(dǎo)致空間數(shù)據(jù)共享與集成較困難[13-14]。上述平臺數(shù)據(jù)存儲分散、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和規(guī)范不統(tǒng)一，尚未形成統(tǒng)一存儲、管理和共享的交通地理信息數(shù)據(jù)管理中心，使得數(shù)據(jù)管理工作復(fù)雜低效，限制了平臺之間地理信息的共享對接，在一定程度上制約了各平臺的使用效率。鑒于此，本文設(shè)計并開發(fā)了基于ArcEngine的綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用GIS和以空間數(shù)據(jù)庫為核心的空間信息管理技術(shù)對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行同步管理，實現(xiàn)了交通地理信息海量存儲、統(tǒng)一管理、實時更新、質(zhì)量監(jiān)測和高效共享等功能，構(gòu)建了標(biāo)準(zhǔn)化、自動化和可視化的數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用平臺，與綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)庫形成了動態(tài)循環(huán)更新生態(tài)鏈，能為各交通應(yīng)用平臺、交通規(guī)劃研究工作提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。

1 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

本文根據(jù)廣東省交通運輸行業(yè)主管部門對交通地理信息數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的迫切需求，基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，利用空間信息和數(shù)據(jù)庫技術(shù)構(gòu)建了一套整合交通系統(tǒng)內(nèi)外部地理信息資源的大型空間數(shù)據(jù)庫，并開發(fā)了相應(yīng)的涵蓋數(shù)據(jù)維護(hù)管理和專業(yè)應(yīng)用兩大功能模塊的系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)使用與更新的動態(tài)循環(huán)?；贏rcEngine的綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用系統(tǒng)的具體建設(shè)內(nèi)容為：

1）嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[15-17]，結(jié)合綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用系統(tǒng)的特定要求，制定空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)范、組織與命名規(guī)范、數(shù)據(jù)庫建設(shè)與管理標(biāo)準(zhǔn)等，為綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)提供統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

2）采集廣東省基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，整合全省綜合交通運輸及其相關(guān)信息資源，對接自然資源廳、生態(tài)環(huán)境廳等多規(guī)數(shù)據(jù)，嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建全省綜合交通運輸大型空間數(shù)據(jù)庫。

3）搭建系統(tǒng)總體框架，包括數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)應(yīng)用子系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)供管理人員對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和更新；數(shù)據(jù)應(yīng)用子系統(tǒng)供交通規(guī)劃專業(yè)用戶查詢、下載和共享數(shù)據(jù)，并上傳需更新與入庫的成果資料。兩個子系統(tǒng)相輔相成，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)使用與更新的動態(tài)循環(huán)，確保了數(shù)據(jù)的權(quán)威性、實時性、準(zhǔn)確性和生命力。

2 綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計

空間數(shù)據(jù)庫是指一系列描述與空間位置有關(guān)的信息結(jié)構(gòu)（如國土、交通、環(huán)境等）的數(shù)據(jù)集合，以滿足不同用戶對空間信息的需求[18]?？臻g數(shù)據(jù)庫除了具備傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲和管理數(shù)據(jù)的特性外，還能高效存儲空間地理位置信息，并快速建立空間信息與屬性信息之間的聯(lián)系，實現(xiàn)與空間位置相關(guān)的管理、查詢、分析和可視化等需求[19-20]。本文采用ArcSDE+Oracle11g的方式構(gòu)建數(shù)據(jù)存儲機制，嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對不同類型、不同來源、不同格式的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行梳理、轉(zhuǎn)換、生產(chǎn)和入庫[21]，設(shè)計并構(gòu)建了廣東省綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫包括空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，其中空間數(shù)據(jù)按照空間數(shù)據(jù)組織規(guī)范分別建立了基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、交通運輸現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫、交通運輸規(guī)劃數(shù)據(jù)庫、交通運輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、多規(guī)融合數(shù)據(jù)庫和交通運輸歷史數(shù)據(jù)庫等6個子庫，包括柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)兩種數(shù)據(jù)格式；非空間數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)類別分為項目成果文檔數(shù)據(jù)庫、經(jīng)濟社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫、交通流量數(shù)據(jù)庫、圖表專題數(shù)據(jù)庫和元數(shù)據(jù)庫，包括Word、Excel、jpg、PDF等多種數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)來源主要分為3種：①通過共享交換，直接引用相關(guān)部門的專業(yè)數(shù)據(jù)，按照共享協(xié)議定期更新，包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、多規(guī)融合數(shù)據(jù)、交通運輸現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、交通流量數(shù)據(jù)；②來源于交通規(guī)劃專業(yè)用戶的研究成果，按照項目進(jìn)度實時更新，包括交通運輸規(guī)劃數(shù)據(jù)、交通運輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、項目成果文檔數(shù)據(jù)和圖表專題數(shù)據(jù)；③來源于官方統(tǒng)計年鑒，主要是經(jīng)濟社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，按官方公布定期更新。

根據(jù)數(shù)據(jù)來源和分類，結(jié)合綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計目的，本文構(gòu)建了空間數(shù)據(jù)庫整體設(shè)計框架，如圖1所示。

圖1 綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)庫整體架構(gòu)設(shè)計

3 系統(tǒng)總體框架

綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用系統(tǒng)作為廣東省交通運輸規(guī)劃研究平臺的重要數(shù)據(jù)支撐和管理中心，其總體框架包括基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)庫層和應(yīng)用層，如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)總體框架圖

1）基礎(chǔ)設(shè)施層，主要是指異構(gòu)分布的硬件設(shè)施、軟件環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議、中間件等支撐環(huán)境，是保障系統(tǒng)以及廣東省交通運輸規(guī)劃研究平臺高效運行的必要前提。

2）數(shù)據(jù)庫層是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，也是廣東省交通運輸規(guī)劃研究平臺中各應(yīng)用平臺、廣東省交通運輸行業(yè)主管部門和主要研究單位規(guī)劃研究工作統(tǒng)一的數(shù)據(jù)支撐，能保障多平臺、多應(yīng)用數(shù)據(jù)來源的一致性以及數(shù)據(jù)版本的權(quán)威性。

3）應(yīng)用層。系統(tǒng)根據(jù)使用對象和功能分類分別設(shè)計了供交通規(guī)劃專業(yè)用戶使用的數(shù)據(jù)應(yīng)用子系統(tǒng)和供管理人員使用的數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。交通規(guī)劃專業(yè)用戶既是數(shù)據(jù)庫的重要使用者和質(zhì)量監(jiān)測者，又是入庫數(shù)據(jù)來源者，因此數(shù)據(jù)應(yīng)用子系統(tǒng)除提供用戶瀏覽、檢索、下載、共享等基本功能外，還具備數(shù)據(jù)更新需求反饋、入庫資料上載等功能。數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)供管理人員入庫、管理、更新數(shù)據(jù)，以及及時獲取用戶提交的數(shù)據(jù)更新需求和入庫資料。數(shù)據(jù)應(yīng)用子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)與綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)庫形成數(shù)據(jù)動態(tài)更新生態(tài)鏈，從而確保了數(shù)據(jù)的實時性、準(zhǔn)確性、權(quán)威性和生命力。另外，系統(tǒng)還為其他應(yīng)用平臺提供了數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布與權(quán)限管理等功能。

4 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

1）基本地圖服務(wù)模塊。該模塊主要負(fù)責(zé)地圖可視化管控和地圖服務(wù)發(fā)布，其中地圖可視化管控包括實時漫游和縮放地圖、基于圖像的屬性瀏覽、坐標(biāo)和屬性的快速定位、數(shù)據(jù)或地圖文檔導(dǎo)出等功能；地圖服務(wù)發(fā)布通過包裝Arcmap繁雜的地圖服務(wù)發(fā)布途徑實現(xiàn)一鍵式發(fā)布服務(wù)，能有效支撐多應(yīng)用平臺地圖展示。

2）多樣化數(shù)據(jù)檢索模塊。高效完善的空間數(shù)據(jù)庫多樣化數(shù)據(jù)檢索模塊是決定系統(tǒng)使用效率的重要前提，也是系統(tǒng)的功能特色之一。按照數(shù)據(jù)檢索方式可分為按數(shù)據(jù)名稱檢索、按數(shù)據(jù)別名檢索、按空間位置檢索（以圖查屬性）、按屬性檢索（以屬性查圖）以及模糊檢索5種檢索方式。

3）用戶信息反饋模塊。該模塊可實時反饋用戶上傳的信息和資料，包括可直接入庫的項目成果空間數(shù)據(jù)、收集的文檔資料以及對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的更新申請等，其功能包括資料在線瀏覽、下載、直接入庫、處理信息反饋等。

4）數(shù)據(jù)入庫模塊。該模塊主要負(fù)責(zé)空間數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和入庫，按照數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范制定友好的入庫功能界面，從而指引空間數(shù)據(jù)及其元數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和入庫。入庫方式包括單要素入庫和批量入庫兩種。

5）數(shù)據(jù)管理模塊。該模塊包括數(shù)據(jù)對象管理和權(quán)限管理，其中數(shù)據(jù)對象管理主要是對空間要素的位置、屬性和元數(shù)據(jù)信息進(jìn)行輸入、刪除、修改、替換等更新操作；權(quán)限管理又包括數(shù)據(jù)權(quán)限管理和用戶權(quán)限管理，管理人員通過權(quán)限管理控制不同用戶對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限。

數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)界面如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)界面

4.2 數(shù)據(jù)應(yīng)用子系統(tǒng)

1）基本功能模塊。該模塊包括數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)基本地圖服務(wù)模塊和多樣化數(shù)據(jù)檢索模塊的功能。

2）基于項目的數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊。該模塊主要是結(jié)合用戶業(yè)務(wù)需求和特點，提供便利的數(shù)據(jù)下載、管理、使用和共享功能。以一鍵式創(chuàng)建項目文件的形式分別管理數(shù)據(jù)庫下載的數(shù)據(jù)和外源或成果數(shù)據(jù)，自動創(chuàng)建MXD文件鏈接專業(yè)軟件ArcMap進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，項目文件可根據(jù)用戶需求共享給其他用戶。

3）數(shù)據(jù)質(zhì)量和入庫需求反饋模塊。用戶因業(yè)務(wù)特點既是數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的重要使用者，也是數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測者和數(shù)據(jù)來源者，因此該模塊包括數(shù)據(jù)質(zhì)量反饋和入庫數(shù)據(jù)上載等功能，其中入庫數(shù)據(jù)包括項目成果數(shù)據(jù)和用戶收集的相關(guān)外源資料。

數(shù)據(jù)應(yīng)用子系統(tǒng)界面如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)應(yīng)用子系統(tǒng)界面

5 結(jié) 語

本文從數(shù)據(jù)的組織與分類、數(shù)據(jù)庫總體結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面闡述了綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計思路，并針對數(shù)據(jù)的來源、類型、格式等，構(gòu)建了廣東省綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了交通規(guī)劃研究中空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、自動化和可視化的海量存儲與統(tǒng)一管理，能有效提高綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)的管理效率。在綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計并開發(fā)了基于ArcEngine的綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用系統(tǒng)，包括供管理人員使用的數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)和供交通規(guī)劃專業(yè)用戶使用的數(shù)據(jù)應(yīng)用子系統(tǒng)，實現(xiàn)了綜合交通運輸空間數(shù)據(jù)入庫、管理、數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)服務(wù)、實時更新、質(zhì)量監(jiān)測和安全維護(hù)等功能，形成了數(shù)據(jù)應(yīng)用子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)與空間數(shù)據(jù)庫一體化數(shù)據(jù)動態(tài)循環(huán)更新生態(tài)鏈，為廣東省交通運輸行業(yè)各交通應(yīng)用平臺提供了一體化數(shù)據(jù)支撐平臺，為交通規(guī)劃專業(yè)研究工作提供了強有力的數(shù)據(jù)服務(wù)，有效促進(jìn)了綜合交通運輸科學(xué)研究技術(shù)手段和分析能力的發(fā)展。