相关文章

广东省基础地理数据库系统建设

随着计算机技术及信息技术的迅猛发展,国家信息化水平快速提高,作为各种专题信息载体的基础地理信息,需求正日趋迫切和不断增长。为了更好地为国民经济和社会发展提供服务,提高基础地理信息的管理和应用水平,2002年8月中办发[2002]17号文,明确提出“启动人口基础信息库、法人单位基础信息库、自然资源和空间地理基础信息库、宏观经济数据库的建设”。2003年1月召开的广东省第十届人大会议的政府工作报告中关于今后五年的工作任务部分,也提出要“构建‘数字广东’地理空间框架”,其中基础地理信息数据库是重要组成部分。广东省基础地理信息数据库系统的建设是从2003年7月中旬开始,目前数据库已经实现多种数据类型、多时态的空间数据库统一存储、管理、维护、分发和空间分析等的应用功能,初步具备为广东各行业提供多种基础地理信息的能力。

二、数据库系统结构设计

1. 系统环境数据库服务器采用Sun E5500,UNIX操作系统,内存2GB,硬盘1T以上,配备服务器磁盘了阵列;局域网采用100M高速以太网;数据通讯协议采用TCP/IP;应用端PⅢ以上CPU,256M以上内存,硬盘10G以上,显存8MB以上;数据备份采用磁带库。服务器端运行软件:Solaris 2.8,ArcSDE 8.3,Oracle 8.1.6。客户端运行软件:Windows NT 4.0或者以上版本,Oracle客户端ArcGIS 8.3,广东省基础地理信息数据库管理系统。2. 系统总体架构设计广东省基础地理信息数据库系统以大型关系数据库Oracle为核心,采用ArcSDE空间数据引擎实现对广东省1∶25万、1∶5万和1∶1万基础地理数据的集成管理,ArcObjects、MapObjects作为GIS应用开发平台,整个数据库系统框架是由三部分构成:数据层、业务逻辑层、应用层(见图1)。(1)数据层:采用Oracle关系型数据库系统和ArcSDE空间数据引擎实现广东省基础地理信息数据的高效存储和管理。(2)逻辑层:采用ArcInfo技术,通过ArcSDE空间数据引擎,负责空间数据库系统业务逻辑的实现,如空间数据的存取、表现和操作等。(3)应用层:对空间数据库核心业务的支持,实现空间数据库的具体应用。基于服务器/客户机/浏览器三种工作模式的数据库系统运行灵活,提供数据集成、地图查询、空间分析、专业制图和专题应用的全面功能,满足系统管理、专业分析到信息发布的多层次多样化的应用要求。

三、数据库内容和组织

1. 数据内容数据内容主要是覆盖全广东省的DLG(数字线划图)、DOM(数字正射影像)、DEM(数字高程模型)、DRG(数字栅格图)和地名数据。目前数据库中包括整个广东省1∶25万的DLG、DOM和DEM数据,1∶5万的交通网路层数据、DOM数据,珠江三角洲地区500多幅的1∶1万DLG、DOM和DEM数据,数据量近100G,整个数据库建成后数据量将达到1T。2. 数据组织结构广东省基础地理信息数据库采用统一的GeoDatabase数据模型进行数据的组织(见图2),来实现多种数据类型、多时态的空间数据库统一存储、管理。在每一个GeoDatabase中包含Feature Dataset(Raster Dataset)和Feature Class(Raster)两种数据结构,Feature Dataset是分享同一空间参考的Feature Class的要素结合。Feature Class是独立的要素集合,用来存放同一种空间实体。Feature Class可以是Feature Dataset的子集,也可以作为一个独立的要素。根据基础地理信息数据的逻辑结构和GeoDataBase的数据模型,我们把广东省的基础地理信息数据库的逻辑层次结构划为五级:总库?分库?子库?逻辑层?物理层。(1)总库由于ArcSDE没有提供在GeoDataBase之上的物理存储概念,因此总库的命名是通过Oracle数据库中自定义的数据结构定义。总库的命名为广东省的拼音缩写“GD”,别名为“广东省基础地理信息数据库”。(2)分库总库下按照数据来源的比例尺等级划分分库,每级比例尺的数据作为一个分库。同总库一样,分库的命名也是通过Oracle数据库中自定义的数据结构定义。分库的命名规则为:1∶1万为“10K”、1∶5万为“50K”、1∶25万为“250K”。别名可为“* *万基础地理信息库”。

(3)子库(数据集)每个分库按数据的形式划分子库(数据集),每种数据形式对应一个子库,共分为矢量地图数据库、数字高程模型数据库、数字正射影像数据库、数字栅格地图数据库等数据集。子库(数据集)的命名规则为:矢量数据库为“DLG”,数据高程模型数据库为“DEM”,数字正射影像数据库为“DOM”,数字栅格地图数据库为“DRG”。对于分带的子库,在后面直接加带号。SDE中相对应的GeoDataBase的命名规则为:总库名+分库名+“_”+子库名+带号。如1∶1万DLG库为“GD10K_DLG”,1∶5万20度带的DEM为“GD 50K_DEM20”,1∶25万19度带的DOM为“GD250 K _DOM19”。 (4) 逻辑层和物理层对于数字线划数据库按照地理要素的分类进行逻辑分层,每个逻辑层按Feature Class进行物理分层。SDE中相对应Feature Class的命名规则为:总库名+分库名+“_”+子库名+带号+“_”+逻辑层(Feature Dataset)代码+“_”+物理层(Feature Class)层代码。例如1∶1万DLG“行政境界”面层的完整Feature Class名为:GD10K_DLG_ BOU_PY。

四、数据库管理系统开发及功能组成

广东省基础地理信息数据库管理系统的开发采用基于组件对象(COM)的软件工程方法来开发,该方法比传统的面向对象设计方法更为高效,实用和先进。在软件开发整个过程中,着重进行组件的规划、设计与开发,逐步深入对组件进行功能分析、规划和对外接口的设计,进而落实内部细节的实现,最终完成组件的部署与管理。整个系统采用了VB开发环境和ArcGIS组件,运行于WINDOWS NT/2000,各个子系统的开发环境如下:(1)管理主系统采用客户端/服务器(C/S) 结构,运用VB结合AO提供的MapControl和SceneViewer Control(用于三维分析)两个OCX控件开发出相应系统。(2)数据入库和更新子系统采用客户端/服务器(C/S)结构,采用MapControl作为OCX控件,利用VB开发出相应系统。(3)数据查询分析子系统采用客户端/服务器(C/S)结构,利用VB结合MapObjects控件开发出相应系统。(4)数据系统维护子系统采用客户端/服务器(C/S)结构,利用VB结合SQL语句开发实现。数据库系统各部分的结构功能组成如下(见图3):

(1)基础空间数据管理主系统具有权限控制、图层管理、图形浏览与定位、数据查询与检索、数据裁切、图形打印与预览、标准图和专题图制作、历史数据管理与分析、动态投影转换、三维分析和显示等功能模块。(2)数据入库与编辑子系统具有Geoway数据的入库、Coverage数据的入库、DRG裁切与入库、元数据的批量入库、栅格图像数据的入库和镶嵌、数据的在线编辑功能、数据的拼接等功能。(3)数据查询分析子系统(基于MO)具有图形浏览与定位、数据查询与检索、历史数据分析、动态投影转换、SDE栅格图像数据在MO系统下的显示、Geoway符号的显示等功能模块。(4)用户管理子系统包括用户的增加、删除、权限的设置等功能。(5)系统日志管理子系统包括日志的查询、导出、删除等等功能。(6)数据备份与恢复子系统包括数据库用户、表等的备份与恢复功能。

五、数据库系统安全策略

系统的安全性一般来说包括三方面的含义:首先,系统自身的稳定性以及灵活而强有力的恢复机制;其次,系统应具备完善的权限控制机制以保障系统不被有意或无意地破坏;再次,系统应具备在并发响应和交互操作的环境下保障数据安全和一致性。为了达到这三方面的要求保证系统运行安全,广东省基础地理信息数的管理据库通过Oracle用户的管理、数据的备份与恢复、用户的权限控制和系统日志监控等多种方式来保证系统运行安全。(1)Oracle用户的管理为了保护Oracle服务器的安全,应保证ORA?鄄CLE_HOME/bin目录下的所有内容的所有权为Ora?鄄cle用户所有。为了加强数据库在网络中的安全性,对于远程用户,应使用加密方式通过密码来访问数据库,加强网络上的DBA权限控制,如拒绝远程的DBA访问等。(2)Oracle数据的备份数据库的备份是数据库管理员必须不断要进行的一项工作,Oracle 数据库的备份主要有以下几种方式: 逻辑备份就是将某个数据库的记录读出并将其写入到一个文件中,这是经常使用的一种备份方式;物理备份也是数据库管理员经常使用的一种备份方式,对Oracle数据库的所有内容进行拷贝,方式可以是多种,有脱机备份和联机备份,各有所长,在实际中应根据具体情况和所处状态进行选择。 (3)数据的恢复有了上述的备份方法,即使计算机发生故障,如介质损坏、软件系统异常等情况时,可以通过备份进行不同程度的恢复,使Oracle数据库系统尽快恢复到正常状态。(4)用户管理和权限控制用户管理和权限控制提供了用户操作系统权限的设置,主要的权限有:是否有权登录相关系统、是否能够配置系统图层、是否能够修改数据、是否能够输出数据等。(5)系统日志监控系统日志则提供了用户在操作系统和数据时,自动将用户、机器名、操作时间、操作数据内容等信息自动保存到相应的日志数据库中。系统管理员可以通过日志管理子系统来查询这些信息,达到系统监控的目的。

六、数据库管理系统特点

(1)海量数据管理由于采用了Oracle和ArcSDE进行数据的存储,可以实现对几百G甚至上T的海量数据的管理。另外,由于采用的金字塔结构,访问数据的速度和效率极大的提高。(2)建库与制图一体化提供了基于数据库快速制作1∶1万、1∶5万和1∶25万标准地形图和各种专题图功能,实现数据库数据与制图数据一体化。(3)强大数据分发功能通过使用系统提供的数据分发工具可以方便地为用户提供数据库中存储的任意范围、任意图层或分辨率矢量和影像数据。(4)多用户存取和数据安全广东省基础地理信息数据库采用的是服务器/客户端结构,整个数据也是通过ArcSDE空间数据引擎存储于Oracle数据库中,多个客户端的用户可以同时浏览、访问同一片区域的地图,只有有权限的用户才具有数据的裁切、分发功能。另外,用户对系统操作的主要动作都记录在系统日志信息中,这些都保证了数据的安全。

七、结束语

基于C/S和关系数据库三层体系结构的广东省基础地理信息数据库系统,通过选择具有强大GIS功能的ArcGIS组件作为应用开发平台,实现海量数据分布式存储和集中化管理,解决了数据的多用户存取和数据安全控制,可以快速的数据查询分析,以及基于数据库可快速制作1∶1万、1∶5万和1∶25万标准地形图和各种专题图,并且灵活而又安全的提取数据并对数据进行分发,能为广东省各行各业提供多种类型现势的基础地理数据,具有很强应用价值。当前全国许多地方都在进行着基础地理数据库建设,希望本系统最终建立和完善能为探讨如何科学、高效建设基于省一级海量空间基础地理数据库系统提供有益借鉴。