硕士学位论文-湖北省耕地资源数据库建设及其WebGIS应用研究.pdf

华中农业大学 硕士学位论文 湖北省耕地资源数据库建设及其webgis应用研究 姓名：马良俊 申请学位级别：硕士 专业：资源环境信息工程 指导教师：贺立源 20070601 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 摘要 在农业信息管理的发展中，随着其中的空间数据量日益增大和多种格式、多种 尺度的数据出现，组织和管理好这些数据对于农业信息管理显得尤为重要。合理的 空间数据组织方式不仅能提高整个系统的性能和效率，而且还可以大大减少后期的 维护工作。因此，研究农业信息管理中数据库的解决方案，包括空间数据库中数据 的组织和管理是目前g i s 领域中的一个重要内容，是很有必要、很有意义的一项工 作。 本文以湖北省耕地资源数据为研究对象，从基本的空间数据库和空间数据模型 的概念入手，对比分析了o r a c l es p a t i a l 的特点，针对耕地资源数据的特点，选择 了o r a c l e 数据库平台空间数据库引擎的空间数据库解决方案。通过数据库的概念设 计、逻辑设计和物理设计，构建了湖北省耕地资源数据库系统，并对数据库进行了 优化，对数据库的备份和恢复进行了讨论。所建立的数据库已经基本投入实际应用。 然后分析了m a p x t r e m ef o rj a v a 平台的技术结构特点，以m a p x t r e m ef o rj a v a 为平台，以j b u i l d e r 2 0 0 6 为开发工具，以湖北省耕地资源数据库中的耕地评价信息 为数据，研究并开发了几种客户端应用程序。在这些应用程序中使用了目前流行的 j a v ab e a n 、s e r v l e t 和j s p 标记等技术，结合m a p x t r e m ef o rj a v a 平台提供的a p i ， 实现了电子地图的网上发布。 关键词：耕地资源管理、空间数据库、网络地理信息系统、m a p x t r e m e 、j a v a 、 o r a c l e 摘要 a b s t r a c t i nt h ed e v e l o p m e n tp r o g r e s so fa g f i c u l m r ei n f o r m a t i o nm a n a g i n g ，w i t h t h ei n c r e a s i n gq u a n t i t yo fs p a t i a ld a t aa n dt h ee m e r g eo fm a n i f o l da n d m u l t i s c a l ed a t a ，i ti si m p o r t a n tf o rt h ep e r f o r m a n c eo fs y s t e mt oo r g a n i z ea n d m a n a g et h e s ed a t aw e l l t h er a t i o n a lm e t h o do ft h eo r g a n i z a t i o no fs p a t i a l d a t ac a nn o to n l yi m p r o v et h ee f f i c i e n c ya n dp e r f o r m a n c eo ft h es y s t e m ，b u t a l s or e d u c el a t e rm a i n t e n a n c e t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho ns o l u t i o n so fs p a t i a l d a t a b a s ea n dt h eo r g a n i z a t i o na n dm a n a g e m e n to fs p a t i a ld a t ai sa l l i m p o r t a n tc o n t e n ti nc u r r e n ta g r i c u l t u r ei n f o r m a t i o nm a n a g i n gf i e l d ，a n da l s o i sa i ln e c e s s a r ya n ds i g n i f i c a n tj o b t h i sp a p e rt a k e st h el a n dr e s o u r c ed a t a b a s eo fh u b e ip r o v i n c ea s r e s e a r c ho b j e c t s t a r t i n gw i t hb a s i cc o n c e p to fs p a t i a ld a t a b a s ea n dt h es p a t i a l d a t am o d e l ，s i m i l a r i t i e sa n dd i f f e r e n c e sa n da d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f o r a c l e s p a t i a ld a t ae n g i n e sa r ec o m p a r e da n da n a l y z e d a c c o r d i n gt o t h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h el a n dr e s o u r c ed a t ao fh u b e ip r o v i n c e ，o r a c l ea s d a t a b a s ep l a t f o r mi sf i n a ls o l u t i o n 1 1 1 es p a t i a ld a t a b a s eo fh el a n dr e s o u r c e d a t ao fh u b e ip r o v i n c ei sc o n t r u c t e dt h r o u g hc o n c e p t u a l d e s i g n ，l o g i c a l d e s i g n ，p h y s i c a ld e s i g n a n dt h eo p t i m i z a t i o na n dm a i n t e n a n c eo fd a t a b a s e a r ed i s c u s s e d m a i n l yf o c u s e so nb a c k u pa n dr e s t o r eo fd a t a b a s e 1 1 1 eb u d d e d d a t a b a s eh a sb e e ni nr e a l i z e t h e n t h i sp a p e rb e g i n sw i t ht h ei n f l u e n c e so fi n t e r n e to ng i s i tf i r s t l y i n t r o d u c e st h ec o n c e p t i o na n db a s i cp r i n c i p l eo fw e b g i s a n di tf o c u s e s s o m ea d v a n c e dt e c h n o l o g i e si nw e b g i sd e v e l o p m e n t i te m p h a s i s 0 n i n t r o d u c i n gt h es t r u c t u r eo fm a p x t r e m ef o rj a v ap l a t f o r m a tl a s t ，t h ep a p e ri n t r o d u c e ss o m ec l i e n tp r o g r a m so fl a n dr e s o u r c e w h i c hi sd e v e l o p e db yu s i n g b u i l d e rw i t ht h el a n dr e s o u r c ed a t ao fh u b e i p r o v i n c eb a s e do nt h ep l a t f o r mo fm a p x t r e m ef o rj a v a t h ea p p l i c a t i o nu s e s p o p u l a rj a v at e c h n o l o g i e ss u c ha ss e r v l e t ，j a v ab e a na n dj s p u s i n gt h e s e j a v at e c h n o l o g i e sa si t sc o r et e c h n o l o g ya n dc o m b i n e st h ea p lp r o v i d e db y m a p x t r e m ef o rj a v at oi s s u el a n dr e s o u r c ew e b g i s o ni n t e r a c t k e yw o r d ：皿el a n dr e s o u r c em a n a g e m e n t ，s p a t i a ld a t a b a s e ，o r a c l e ， w e b g i s , m a p x t r e m e d a v a 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 否如需保密，解密时间年月日 是否保密 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料，指导教师对此进行了审定与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意 黜始够眨 帆卜7 日 学位论文使用授权书 本人完全了解。华中农业大学关于保存使用学位论文的规定”，即学生必须按 照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印刷版和 电子版，并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印，缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文本入同意华中农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书 学雠文作槲：劬健导：湃痞 签名吼p 7 年6 月i 日签名魄岬年盖月骺 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 第一章绪论 i 1 地理信息系统与in t e r n e t 和数据库 地理信息系统( g i s ) 以地理空间信息数据库为基础，提供多种空问和动态的地理 信息，利用各种地理信息分析方法，提供地理研究所必需的地理数据和决策支持。 但是作为一个对空间信息集成的技术平台，g i s 的应用领域早己由最初的地理领域拓 宽到广义的信息服务，随着社会的需求和计算机等相关技术领域的发展、g i s 自身的 成熟与发展，加上与网络等信息技术的日趋结合，人们对g i s 的理解日益加深，g i s 的能力也随之逐渐增强。互联网的发展改变了g i s 数据信息的获取、传输、发布、 共享、应用和可视化等过程和方式。互联网为g i s 数据提供者在w 啊上提供方便的 g i s 数据信息发布与共享方式。网络与地理信息系统结合而成的w e b g i s 是g i s 软件 发展的必然趋势。互联网已经成为g i s 新的操作平台。w e b g i s 应是一个交互的、分 布的、动态的地理信息系统。 ， 网络地理信息系统是在互联网上浏览、制作和使用的新型地图产品，它充分发 挥网络优势，实现地图数据极大共享和再利用，提供方便快捷的查询工具，内容更 新快，不受地域限制，实用价值高，具有动态性、交互性、超媒体结构和简便快捷 的地图分发形式。网络地理信息系统是在地图、电子地图等地图产品的基础上发展 而来，但其功能强于一般的电子地图，它一般包括地图操作、专题查询、统计分析 和超链接网页等功能。 而当前越来越多的w e b g i s 都是通过流行的大型关系数据库以及其空间数据库组 件对空间数据和属性数据进行集中管理，加强了数据的集中管理，提高了对数据的 利用，方便数据的修改、更新和维护，同时方便基于这些数据的前端应用的开发， 可以灵活的将基于这些数据的网络应用组织为三层、四层结构。湖北省耕地资源数 据库的建设及其w e b g i s 应用就是基于这样一个目的提出、建立和完成的。 1 2w e b g i s 和耕地资源数据库的应用现状 信息化技术的应用是传统农业实现跨越式发展的重要途径和迫切要求，近年来 因特网的迅猛发展为我国农业提供了广阔的信息交流和资源共享环境平台。网络地 理信息系统( w e b g i s ) 作为地理信息系统( g i s ) 在农业信息服务上深入应用的趋势也 开始出现。所谓农业w e b g i s 就是利用现有的农业信息资源，实现网上农业地理信息 的管理和应用。以集数据、文字、图形、图像、模拟模型等形式，在二维甚至三维 空间中，充分利用g i s 的分析、管理和决策等功能，对农业资源实现展示，管理以 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 及分析决策，为农业生产、经营实践提供直观的、从定性到定量的信息资源管理、 展示手段。 耕地资源数据库就是把和耕地资源相关的数据用大型数据库软件进行集中管理 和规划，而耕地资源数据库建设的最终目的就是建立一个基于数据库软件平台和其 他网络技术的大型数据应用中心，面向全省甚至全国应用的数据中心将会大大加强 在农业生产中的各种农业信息的共享和利用，对农业生产进行科学的指导与促进。 下面就是在农业中耕地资源数据库和及w e b g i s 的应用的现状。 1 2 1w e b g i s 在农业中的应用现状 目前在农业中w e b g i s 和农业资源管理的应用已经非常广泛，通过查找文献可以 看出，已经有大批应用在农业中的w e b g i s 如雨后春笋殷地出现，在运用w e b g s 技 术的基础上结合农业数据形成了很多对农业信息化有相当意义的理论和实践，对后 来农业g i s 的发展起到积极作用。 目前在农业中应用的w e b g i s 系统根据文献资料查找具有代表性的主要有以下几 个： ( 1 ) 西北大学段玉琪研制的陕西省周至县称猴桃适生区土壤养分阮b g i s 5 ，该系统 针对我国农业小规模分散经营的现状，实现适合我国国情的土壤养分管理及推荐施 肥系统，提出了以a r c i m s 为平台的w e b g i s 解决方案。通过分析土壤学界目前在土 壤养分空间插值技术方面的研究成果，采用了对土壤养分分区管理的方法来实现县 级土壤养分管理。在此基础上实现了土壤养分管理网络发布系统，为基层用户和专 业技术人员提供决策支持服务。 ( 2 ) 上海师范大学旅游学院地理系李卫江等研制的基于w e b g i s 的基本农田土壤环 境质量评价系统( p f s e g i s ) ”，该系统在区域土壤环境时空数据库支持下，以g e o w e b 为地图服务器，利用a s p 、j a v a s c r i p t 和h t m l 程序语言，建立基本农田土壤环境质量 评价系统( p f s e g i s ) ，p f s e g i s 的构建包括基本农田土壤环境数据库和模型系统两部 分。数据库由样点监测数据、地形图数据和元数据组成。模型系统包含单因子评价 模型、综合评价模型和空间插值模型。p f s e g i s 包括样本数据采集、样本评价、区域 模拟、信息统计、元数据浏览五个功能子系统，把监测数据与地图数据相结合进行 空间分析处理，并通过模型运算，实现了基本农田土壤环境质量信息的在线共享、 评价与咨询服务。 ( 3 ) 南京农业大学刘小军等研制的基于w e b g i s 的农业空间信息管理及辅助决策系 统”，该系统在总结和提炼区域农业信息管理和评价理论与技术研究成果的基础上， 运用知识工程和系统建模方法，建立了种植制度评价、农产品生态区划、农作生产 潜力分析和精确农作管理的定量化动态知识模型。并运用软构件技术，基于b s 的分 2 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 布式网络结构，以w e b g i s 为空间信息管理平台，建立了网络化、数字化的农业空间 信息管理及辅助决策系统。系统实现了基本地图操作、农业空间信息查询与分析、 种植制度评价、农产品生态区划、农作生产潜力分析、精确农作管理、可视化输出 以及系统维护等功能。以江苏省为案例区，对系统进行了实例应用，结果表明，系 统能有效地管理区域性农业空间信息，并在基于空间信息的农业生产管理决策方面 具有较好的适应性和指导性。 ( 4 ) 河海大学水资源环境学院的王振龙等研制的农田墒情监测预报和抗旱信息系 统”，该系统为提高农业生产的抗旱减灾信息化水平，减少农作物因干旱和灌水不及 时所造成的经济损失，把墒情预报技术与信息技术结合起来，采用w e b g i s 、动态交 互网页和网络数据库技术，设计并开发了安徽淮北地区农田墒情监测预报和抗旱信 息系统，实现了墒旱情、雨水情、农工情信息的网络化存储、发布、杏询及统计图 表自动生成系统。 ( 5 ) 浙江大学施加春研制的浙北环太湖平原不同尺度土壤重金属污染评价与管理 信息系统5 ，该系统建立一套基于w e b g i s 的浙北环太湖平原耕地土壤重金属环境质量 的评价咨询系统。该部分将分别建立三个不同尺度下的土壤重金属的属性和空间数 据库，建立基于w e b g i s 的浙北环太湖平原耕地土壤在线实时污染评价决策咨询系统， 以为土壤重金属污染的在线监控提供帮助，为精确农业的科学管理提供了依据。 1 2 2 耕地资源管理在农业中的应用现状 耕地是农业的基础资源，耕地资源数量和质量对农业生产的发展，乃至整个社? 会经济发展都有着巨大影响。近几年引入新的技术和方法，加大了耕地管理力度， 如g i s 技术就可以有效地管理具有空间特性的耕地资源。近年来随着3 s 等技术的应 用，使耕地资源管理与使用更加合理。现在新一代高性价比计算机的出现，使g i s 的 推广应用有了硬件基础。 近几年随着耕地地力调查的广泛开展和深入，全国各个县基本都已经进行或将 要进行耕地地力调查，这样就会积累大量具有空间属性的耕地资源数据，而这些零 散的数据亟需进行集中有序的管理，并且建立以省为单位的农业耕地资源数据中心。 而目前国内农业耕地资源数据建设并不理想，并且在其他行业中除了电力，电信等 垄断行业建立了基于o r a c l e 数据库的数据平台，其他行业都没有全国甚至全省的数 据中心，甚至在农业系统中还没有完成一个应用的数据中心，只有部分科研院所的 数据库系统，而且还存在单一、无法访问、速度慢等缺点，并且这些数据库都不涉 及耕地资源的空间属性，基本上还是一些农业信息的罗列。 当然建设数据中心平台具有一定的复杂性，建设数据中心需要在软件上( o r a c l e 等) 、硬件上、网络发布需要租用电信公司的带宽等需要很大投资。同时建设一个 3 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 数据中心关键还需要熟悉数据库管理、开发方面的人才。尤其在农业领域建立这样 一个以耕地资源数据库为基础的数据中心尤其具有难度，在政策上还缺乏有效的行 政指导，在资金上还缺乏足够的支持，尽管数据中心建设本身的技术上已经比较成 熟，但是基于我国农业信息受众文化水平不高的特点以及在农业生产粗放型经营的 特点，在农业中数据中心的建立具有其他行业没有的困难。因此导致目前在农业中 关于这方面的探索和行动都比较少，甚至有些滞后。 1 3 本文的研究目的及意义 对在农业中耕地资源数据库和及其w e b g i s 的应用现状的概述和了解后，本文提 出并建立了一个湖北省的耕地资源数据库，并且在基于这个耕地资源数据库的基础 上探讨和研究了其w e b g i s 应用。 1 3 1 研究目的 在基于对在农业中w e b g i s 和耕地资源管理的研究现状以及未来发展等综合考量 的基础上，同时在对我们进行湖北省耕地地力评价过程中积累了大量的耕地地力调 查数据( 包括十几个县的土壤图、土地利用图、地力评价图、各类专题图等，这其 中还包括在采样过程中取得的大量的理化性质实验数据以及作为地图属性信息存在 的大量信息) 需要更加有效的管理需要的基础上，还包括以后还会有更多的县市的 耕地资源数据需要加入数据库，以及方便和我们现有的华中农业信息网平滑对接， 更有效的服务农业生产实践的需要的基础上，本文提出并建立了湖北省耕地资源数 据库，并对今后建立完整的湖北省农业信息中心进行探索，并在数据库的前端应用 方面进行探讨和研究，从而将目前流行的计算机技术和g i s 技术与农业生产有效的 结合起来，指导农业实践。本文对新技术和农业相结合做出了一定的探索和研究。 1 3 2 研究意义 本文提出的湖北省耕地资源数据库的建设及其w e b g l s 应用研究具有以下意义： ( 1 ) 农业耕地资源建设很重要的一点就是要实现信息资源的共享和交互，耕地是 一个国家宝贵的资源，而大型数据库平台( o r a c l e9 i ) 可以对耕地资源数据更好的 管理以及对这些资源进行更好的显示、利用和监测。 ( 2 ) 在交通、城市建设与规划、农业、林业、地质、水利、生态环境等领域，g i s 技术应用相当普遍，w e b g i s 技术更是实现远程办公与信息导航等现代计算机作业的 有效手段，符合各行业的网络化趋势。桌面g i s 的成本现在还相当昂贵，g i s 的作用 不能得到充分利用，w e b g i s 技术能够降低g i s 应用系统成本，使g i s 走向社会化、 4 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 大众化，直接为农业生产实践所服务。 ( 3 ) 尽管农业数据中心建设本身的具有各种各样的困难，但是本文在建立湖北 省耕地资源数据库的基础上对其进行前瞻性研究和探索，符合未来农业信息技术的 发展。 5 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 2 1 空间数据简介 第二章空间数据库理论 g i s 中的数据可分为两类：一类主要是和空间位置、空间关系有关的数据，称为 空间数据；另一类是地理元素中非空间的属性信息，称为属性数据。空间数据代表 了空间真实对象或概念对象的基本的位置特性。空间数据的模式是一种层次结构， 包括元素、几何体和层，层由几何体构成，而几何体又由元素构成。 l 、元素：空间数据元素的类型有点、线、面。例如：元素可以形成星状模型、 道路模型以及城市边界模型，它们分别对应点簇、线串和多边形。元素中的每个坐 标存储为一对x ，y 。点数据有一对坐标，线数据有2 对坐标，多边形数据有多对坐 标。 2 、几何体：是原始元素的有序集合构成的空间实体。一个几何体可以是由单独 的元素构成，比如原始的点、线、面，也可以是由同类型或不同类型的元素构成。 比如，代表一组岛屿的复合多边形是由同类型的多边形构成的，直线段和弧线段构 成的复合多边形就是不同类型的元素构成的。 3 、层：是由不同类型的几何体构成的。例如：一个g i s 中层即可以表示地貌， 也可以表示人口密度，还可以表示道路网。 在以往的应用系统中，通常的做法是将空间数据和属性数据分开存储，利用关 系型数据库来存储属性数据，而由于空间数据的特殊性，则保持原有文件结构不变， 以文件形式存储空间数据。通过在空间数据文件和关系型数据库中的属性数据之间 建立关联为基础来构建应用系统。为了实现空间数据和属性数据的无缝集成和一体 化存储管理，可以采用的方式有很多，本文采用的是o r a c l e 的s p a t i a l 技术。 2 2o r a c i es p a t i a l 2 2 1o r a c i e 简介 选择适合的数据库平台是建立耕地资源数据库的关键。目前，关系型数据库已 取代了层次型和网状型数据库，成为数据库管理系统的主流。现今国际比较成熟的 大型关系型数据库管理系统主要有：o r a c l e 。m i c r o s o f ts q l s e r v e r ，i b md b 2 和 s y b a s ea d a p t i v es e r v e re n t e r p r i s e 等。通过对几种主流数据库在开放性、可伸缩 性、并行性、安全性、稳定性、性能上做一个比较，o r a c l e 数据库系统都有较好的 表现。o r a c l e 数据库系统是美国的o r a c l e 公司( 甲骨文) 提供的以分布式数据库为核 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 心的一组软件产品，是目前最流行的c l s 或b s 体系结构的数据库之一。 o r a c l e 数据库产品具有以下优良特性： 1 、兼容性：o r a c l e 产品采用标准s o l ，并经过美国国家标准技术所( n i s t ) 测试。 与i b ms q l d s ，d b 2 ，i n g r e s ，i d m s r 等兼容。 2 、可移植性：o r a c l e 的产品可运行于很宽范围的硬件与操作系统平台上。可以 安装在7 0 种以上不同的大、中、小型机上；可在v m s ，d o s ，u n i x ，w i n d o w ，等多种 操作系统下工作。 3 、可联结性：能与多种通讯网络相连，支持各种协议( t c p i p ，d e c n e t ，l u 6 2 等) 。 4 、高生产率：提供了多种开发工具，能极大的方便用户进行进一步的开发。 5 、开放性：o r a c l e 良好的兼容性、可移植性、可连接性和高生产率使o r a c l e d b m s 具有良好的开放性。 2 2 2o r a c i es p a t i a i o r a c l es p a t i a l 是o r a c l e 公司提供的空间数据选件，用来对空间数据进行管理， 是被用作储存、分析、管理程序和功能的集合。利用空间数据选件，可以在单个数 据库中存储和处理空间的、属性的数据，可以利用标准的o r a c l e 工具集来访问空间 数据选件表。空间数据选件包括以下几个部分： ( 1 ) s q l 模式( m d s y s ) ，支持几何数据类型的存储、语法和语义； ( 2 ) 空间的索引机制； ( 3 ) 执行指定区域和空间联结查询的操作和函数的集合： ( 4 ) 管理应用程序。 o r a c l es p a t i a l 支持两种表达空间数据的模型：对象一关系模型和关系模型， 这里主要针对前者进行讨论。在对象一关系模式中，数据表中包含一列m d s y s s d o _ g e o m e t r y 类型，且一个几何图形作为一个对象存储在一行。空间索引的创建和维持 由d d l 和d m l 语句来完成。 2 2 1 1 基于o r a c l es p a t i a l 的对象一关系模型与关系模型 o r a c l es p a t i a l 支持两种表现空间元素的机制或称作模型，一种是关系模型 ( r e l a t i o n a lm o d e l ) ，它用多行记录和字段类型为n u m b e r 的一张表来表示一个空间 实体；另一种是对象一关系模型( o b j e c t r e l a t i o n a lm o d e l ) ，这种模型使用一张数 据库表，表中有一个类型为m d s y s s d o _ g e o m e t r y 的字段，每一个空间数据实体在表 中只占一行。这两种模型是相互排斥的，大多数应用都应该选择对象一关系模型， 而且，对象一关系模型也更好。下面是这两种模型的优缺点： 对象一关系模型的优点： 7 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 ( 1 ) 除了支持原始的点、线串和多边形外，还支持附加的几何类型：弧、圆、复 合多边形、复合线串以及正规矩形，而对象模型则仅仅支持原始的点、线串和面； ( 2 ) 创建、维护索引更方便，进行空间查询也更方便； ( 3 ) 索引是由o r a c l e 数据库服务器自己维护； ( 4 ) 几合体被保存在单独一行的单独一列中： ( 5 ) 性能大大提高。 关系模型的优点： ( 1 ) 支持数据库复制： ( 2 ) 支持分布式数据库； ( 3 ) 支持表分区和并行索引的装载。 由于在本文的研究中，没有涉及到数据库的复制和分布式数据库，基于以上对 象一关系模型的优势，因而采用对象一关系模型。在o r a c l es p a t i a l 中空闻数据表 结构如下图所示： ! 名称方案数据类塑大小小数位引用可否为空，一 一。“。+ 。4 。“。4 。“。“。“。“。“。“。 s t a t i o n i o n o n e n u n i b e r 矿 ! n i l _ s t y l e n o n e ，v a r c h a r 2 2 5 4 。 f 矿t 。 ， “ r 一一一 n i l p r i n x n o n e , n u n i b e r 1 10 - ：一一1 一一一一r 一 ， | g e o l o o n i o s y bs d o _ g e o n i e t r y ： ， 一r 一 一_ k ：4 图2 一l 空间数据表结构 2 2 1 2 对象一关系模型方案- - s d og e o m e t r y 字段分析 o r a c l es p a t i a l 的对象一关系模型包含一组对象数据类型，一种索引类型，以 及作用于这些数据类型的算子。在对象一关系模型中，几何体被存储为对象，并且 在单独一行的单独一列中，该列的名称是s d og e o m e t r y ，空间索引的创建和维护是 由基本的d d l 语句( c r e a t e ，a l t e r ，d r o p ) 和d m l ( i n s e r t ，u p d a t e ，d e l e t e ) 语句完 成的。在对象一关系模型中，对空间数据的操作流程大致是：创建一个空间表，插 入数据，创建空间索引，进行空间查询。而这些操作都是基于种叫s d o _ g e o m e t r y 的对象类型。 o r a c l es p a t i a l 是这样定义s d o _ g e o m e t r y 字段的： c r e a t et y p es d og e o m e t r ya so b j e c t ( s d o _ g t y p e n u m b e r ， s d os r i dn u m b e r ， s d o _ p o i n ts d o _ p o i n tt y p e ， s d o _ e l e m i n f o m d s y s s d o _ e l e m _ i n f oa r r a y ， 8 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 s d 0 _ o r d i n a t e s如s y s s d o _ o r d i n a t e _ a r r a y ) s d og e o m e t r y 对象的以上5 个属性的语义分别是： l 、s d o _ g t y p e ：s d o _ g t y p e 几何体的类型。下表2 - i 给出了几何体类型和 s d o _ g t y p e 值之间的对应关系： 表2 一l 几何体类型和s d o 值之间的对应关系_gtype 上表中的d 值表示了几何体的维数，其值可以是2 ，3 或4 。例如：2 0 0 3 表示2 维多边形。维数也同时反映出每个顶点的坐标数量。在任何一层( 也就是表中一列) 里，所有几何体必须具有相同的维数。d 0 0 8 、d 0 0 9 值预留作以后扩展。 2 、s d 0 _ s r i d ：s d o _ s r i d 用来确定与几何体相关联的坐标系统。如果s d o _ s r i d 为空，表示没有坐标系统与几何体相关联；如果s k s r i d 非空，它必须是来自表 m d s y s c s s y s 的s r i d 列中的某个值，而且这个值还必须被插入到视图 u s e r s d o g e o m _ m e t a d a t a 中的s r i d 列。几何体列里的所有几何体具有相同的 s d o - s r i d 值。 3 、s d o _ p o i n t ：在s p a t i a l 里，s d o _ p o i n t 是由一个对象类型来定义的，该对象 类型包含n u m b e r 类型的x ，y ，z 。如果s d d e l e m _ _ i n p o 和s d o _ o r d i n a t e s 都为空， s d o _ p o i n t 就应该为非空，并且它的x ，y ，z 值就是点的坐标。反之。如果 s d l e m - i n f o 和s d o _ o r d i n a t e s 为非空，s d o _ p o i n t 就应该为空。也就是说， s d o _ p o i n t 是被用于存储点这类几何体的。 4 、s d o - e l e m _ i n f o ：用数字型的变长数组来定义s d - e l e mi n f o ，这个属性告诉 人人们怎样解释存放在s d o _ o r d i n a t e s 属性中的坐标。s d o _ e l e m _ i n f o 是由若干个三 元组数字构成的，一个三元组对应一个几何体元素。每个三元组的数字中包含如下 三方面的信息： s d o s t a r t i n g - o f f s e t ：它指示了相应的几何体元素在坐标数组里的偏移值，偏 移值从1 而不是0 开始。因此，第1 个元素的第一个坐标就是坐标数组里的第一个， 即s d o _ o r d i n a t e s ( 1 ) ；如果有第2 个元素，那么它的第1 个坐标就是s d o - o r d i n a t e s 9 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 ( n ) ，其中的n 是第2 个元素的偏移值： s d o _ e t y p e ：它指示了元素的类型，合法值从0 到5 。值为l ，2 ，3 代表简单元 素，这些元素由单个三元组来描述，并且由变化的第一个数字来表外环( 1 ) 还是内环 ( 2 ) 。具体来讲，1 0 0 3 代表外环多边形，其坐标应按逆时针的顺序排列在s d _ o r d i n a t e s 中；2 0 0 3 则代表内环多边形，其坐标应按顺时针的顺序排列在s d o _ o r d i n a t e s 中 而值4 和5 表示是复合元素，复合元素有多个三元组，每个三元组对应一个子元素。 复合元素的子元素是连续的，一个子元素的最后一个点是下一个子元素的第一个点； s d o i n t e r p r e t a t i o n ：它的含义依赖于s d _ e t y p e 是不是复合元素。如果s d _ e t y p e 是复合元素( 值为4 或5 ) ，那么这个属性就决定了后面有多少个三元组是该复合元素 的组成部分，也就是有多少个子元素：如果s d _ e t y p e 不是复合元素( 值为l ，2 或3 ) ， 那么这个属性就决定了该元素的坐标顺序。 s d oe t y p es d oi n t e r p r e t a t i o n 语义 0o 不支持的元素类型。 1 l点。 1n l 点簇：具有n 个点。 2l 直线段。 22弧线段：一条弧线段由三个坐标来描述：起始点， 弧上任意一点和结束点。 31 直线段构成的多边形：最后一条线的结束点就是 第一条线的起始点。 32 弧线段构成的多边形：最后一条弧的结束点是第 一条弧的起始点。 33矩形：需要记录左下角和右上角点。 34圆：以圆周上的任意三点来描述。 4n l 直线和弧线组成的复合线：n 代表子元素，也就 是直线或弧线的条数。子元素只能是s d o _ e t y p e 为2 的直线或弧线，某个子元素的结束点是下一 个子元素的起始点，存储的时候不能重复。 5n l 复合多边形：n 代表子元素的个数。子元素只能 是s d o - e t y p e 为2 的直线或弧线，某个子元素的 结束点是下一个子元素的起始点，且存储的时候 不能重复。多边形的开始点和结束点是同一个 点。 表2 - 2s d o _ e l e m _ i n f o 里各属性的值和其语义的关系 1 0 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 5 、s d o _ o r d i n a t e s ：在o r a c l es p a t i a l 里，用交长数字数组来定义s d o _ r d i n a t e s ， 这个数组存储了组成空间对象边界的坐标值，这个数组总是与s d o - e l e m _ i n f o 数组 一起出现。数组里的坐标值按维数排列。例如：有4 个二维点的多边形被存储为 x l ，y 1 ，x 2 ，y 2 ，x 3 ，y 3 ，x 4 ，y 4 ，x 1 ，y l ，如果这些点是三维的，则被存储为 x l ，y 1 ，z 1 ，) ( 2 ，y 2 ，z 2 ，x 3 ，y 3 ，z 3 ，x 4 ，y 4 ，z 4 ，x l ，y 1 ，z 1 ) ，只是算子或函数在处理时忽 略z 值而已。 s d o _ o r d i n a t e s 数组里的值必须有效且非空，这里并没有特殊的值来定义多元素 几何体里的元素，一个特定元素的起始点和结束点是由该元素和下一个元素的 s d o _ s t a r t i n g _ o f f s e t 值决定的。这个偏移值从1 开始，s d o _ o r d i n a t e s ( 1 ) 是第一个 元素第一个点的第一个坐标。 空间表和普通表没有本质的区别只不过多了一个叫g e o l o c 的数据字段( 这个字 段包括很多小的字段) 用来储存空间信息( 比如坐标，形状等) ，所以只要有了这 个字段我们就可以存储空间信息。图2 2 展示简单的空问数据在数据库中的以上五 个属性的存储情况： s t a i i d ni d ；洲s t 丫l e 枷p r i 愀1 6 e o l o cs d o _ g 阿p e g e o l o cs d os r d 6 e o l o c s d op o i n t x 1 0 讦 1 z 1 曼 而 0s 帅b d 陌，0 ，1 2 1 0s j i f b d 【3 5 ，口1 a os 帅d 陋q l a s 2 0 0 1 7孤1 b 2 唧 曼删蕊01 2 = 一立一弧 ! s m b d 3 5 o 1 。2 j ：一! 旺卸1 0 。s 廊晒，a 1 2 ) 。- l j l 一砌 0s 柙蚓0 ，1 2 卜 i z 2 0 0 1 哪! 1 2 跚7 1 1 1 ； 哪! 1 8 8 71 1 0 8 3 0 71 1 4 昭0 71 1 9 哪! 1 6 哪! 1 4 8 3 0 71 昭口7 1 唯 0 71 0 b 踟71 嘛 8 3 0 71 口2 0 71 叮 的0 71 畸 8 3 0 71 1 2 0s 删0 ，1 孙：他一一砷 0s 帅d 陋0 ，1 2 卜二 ”一一一2 0 0 1 0s 舯b d 随0 ，12 l ， 1 5砌 0s 岫d 0 , 1 2 ；- 1 6 2 0 0 1 图2 - 2 一个简单的空间数据表 2 2 1 3 一个有洞多边形在o r a c l es p a t i a l 中的数据存储事例 有洞多边形在o r a c l es p a t i a l 中将空间数据存储在一个类型为s d og e o t c d ! t r y 的列中并为其创建空间索引。 其中载入数据的过程一般有两种： 1 、通过s q l * l o a d e r 将大量数据导入o r a c l e 数据库中 s q l 奉l o a d e r 工具是o r a c l e 数据库系统自带的，可以将大量的空间数据导入数据 库中，存在类型为s d og e o m e t r y 的列中。系统安装o r a c l e 8 i 及其以上版本后，都 砌砌砌砌砌 ! | | _| 二 一一一 ，一：oi一；一 一一：一 随随陌阢 删删删删州 竹亚甜o 0 一一 华中农业大学2 0 0 7 届硕士学位论文 可以直接在命令提示符下直接使用该工具，格式如下：s q l l d ru s e r p a s s w o r d c o n t r o l = l o a d e r c t l 。其中，u s e r 是o r a c l e 系统的用户或方案，对s p a t i a l 来讲， 就是m d s y s 这一方案，p a s s w o r d 是这个方案的密码。l o a d e r c t l 是一个控制文件， 文件名可以任意，但扩展名只能是c t l ，用来控制要导入数据的格式。当要导入的 数据较少时，可以直接在控制文件里包含数据，但如果要导入的数据很多时，往往 在控制文件里以外部数据文件的形式实现空间数据的导入。下面分别以简单的控制 文件形式说明有洞多边形的这两种情况。 6 ，2 5 6 ，5