（土木工程专业论文）基于gis工程数据库的研究.pdf

摘要摘要随着铁路勘测设计工作信息化的不断推进，勘测设计一体化技术正从个体工作的自动化向网络环境下的工作流程自动化方向发展。早期的计算机辅助勘测设计工作主要体现在各项个体工作的数字化技术运用，而勘测设计一体化技术的发展方向是通过勘测设计整个生命周期内的全部数据在分御式网络环境下的动态维护、共享和集成应用，从而实现各阶段、各专业之i 、日j 的协同设计。g i s 是一个以空间数据( 信息) 为中心的系统，根据美国摄影测量与遥感学会给出的定义：“g i s 是一个对地球空间信息进行编码、存储、转换、分析和显示的信息系统”。显然，铁路勘测设计数据也是一类典型的空间数据，完全可以利用g i s 数据库管理技术对其进行有效管理，从而支持铁路勘测设计对空间数据的共享与互操作。本文针对铁路勘测设计协同工作模式和数据共享的需要，基于客户服务器机制，在空间数据引擎a r c s d e 和对象关系型数据库o r a c l e 9 i 的基础上，通过对勘测设计基础数据类型和数据量的分析、研究了各种类型数据库的一体化组织管理方法、分布式环境下支持协同设计的数据库功能和恰当的软硬件环境等，设计实现了一种满足铁路勘测设计需要的基础数据库模式，为g i s 与铁路勘测设计的结合提供思路和参考。关键词：铁路勘察设计；协同作业；g i s ；数据库a b s t r a c t一_ _ ，_ 一a b s t r a c ta l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n gd e e p e rd e v e l o p m e n to fr a i l w a ys u r v e ya n dd e s i g ni n f o r m a l i z a t i o n ，t h ei n t e g r a t e dt e c h n o l o g i e so fs u r v e ya n dd e s i g na r ea d v a n c e df r o ma u t o m a t i o no fi n d i v i d u a lt a s k st oa u t o m a t i o no fw o r k f l o wu n d e rt h en e t w o r ke n v i r o n m e n t i ne a r l i e rc o m p u t e ra s s i s t e ds u r v e ya n dd e s i g nw o r k ，t h em a i nf e a t u r ei st h ea p p l i c a t i o n so fd i g i t a lt e c h n i q u e sf o ri n d i v i d u a lt a s k s ，h o w e v e rt h ei n t e g r a t i o no fs u r v e ya n dd e s i g ni se x p e c t e dt or e a l i z et h ec o l l a b o r a t i v ed e s i g na m o n gd i f f e r e n ts t a g e sa n dd i f f e r e n ts p e c i a l t i e sb ym e a n so ft h ed y n a m i cm a i n t e n a n c e ，s h a r i n ga n di n t e g r a t e da p p l i c a t i o n so fa l lt h ed a t at h r o u g ht h ew h o l el i f ec y c l eo fs u r v e ya n dd e s i g ni nt h ed i s t r i b u t e dn e t w o r ke n v i r o n m e n t a i m i n ga tt h er e q u i r e m e n t so fc o l l a b o r a t i v ed e s i g no fr a i l w a y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h es t a n d a r d i z a t i o no fs u r v e ya n dd e s i g nf u n d a m e n t a ld a t a b a s e s ，t h ei n t e g r a t e do r g a n i z a t i o na n dm a n a g e m e n to fm u l t i t y p ed a t a b a s e s ，a n dt h ed a t a b a s ef u n c t i o n sf o rd i s t r i b u t e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g n a c c o r d i n gt ot h ed e f i n i t i o ng i v e nb ya s p r s ，“g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m( g i s 、i sa l li n f o r m a t i o ns y s t e ma b l et oe n c o d e ，s t o r e ，t r a n s f o r m ，a n a l y z e ，a n dd i s p l a yg e o s p a t i a li n f o r m a t i o n ”t h ed a t ao fr a i l w a ys u r v e ya n dd e s i g ni n c l u d eb o t hs p a t i a lp o s i t i o na l l dr e l e v a n ta t t r i b u t e s ，s ow ec a nu t i l i z et h em a n a g i n gc a p a c i t yo fg i sf o rs p a t i a ld a t at om a n a g et h ed a t ao fr a i l w a ys u r v e ya n dd e s i g ne f f i c i e n t l y , a n dt oi m p e lt h ei n t e g r a t e dt e c h n o l o g i e so fs u r v e ya n dd e s i g ni n f o r m a l i z a t i o n a i m i n ga tt h er e q u i r e m e n t so fd a t as h a r i n ga n dc o l l a b o r a t i v ed e s i g no fr a i l w a y ,t h i sp a p e ri sb a s e do nac a s es t u d ya n de x p e r i m e n ta n a l y s i st oi n t r o d u c et h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fr a i l w a ys u r v e ya n dd e s i g nf u n d a m e n t a ld a t a b a s e s ，t h ei n t e g r a t e do r g a n i z a t i o na n dm a n a g e m e n to fm u l t i t y p ed a t a b a s e s ，a n dt h ed a t a b a s ef u n c t i o n sf o rd i s t r i b u t e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g n t h es y s t e m ，w h i c hb a s e do nt h es p a t i a ld a t aj e tc a l l e da r c s d ea n do r a c l e 9 id a t a b a s e ，m a k e su s eo fc l i e n t s e v e rm e c h a n i s ma n dt h ec a p a c i t yo fs p a t i a ld a t am a n a g i n go fg i st od e s i g nt h er a t i o n a ld a t a b a s es t r u c t u r ea n dr e a l i z ed a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e mm e e t i n gt h er e q u i r e m e n t so fd a t as h a r i n g m e a n w h i l e ，t h ep a p e ro f f e r e dat h o u g h ta n dr e f e r e n c ea b o u tt h ei n t e g r a t i o no fg i sa n dr a i l w a ys u r v e ya n dd e s i g n a b s t r a c tk e yw o r d s ：r a i l w a ys u r v e ya n dd e s i g n ，g i s ，a r c s d e ，f u n d a m e n t a ld a t a b a s e学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：多筛知耙y 年钿吵日经指导教师同意，本学位论文属于保密，在边年解密后适用本授权书。指导教师签名：学位论文作者签名：窀屯年月日伊彳年月哆日同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。签名：私乞1p q 石年月、7e t第1 章r j f 青1 1 引言第1 章引言从上世纪6 0 年代以来，随着计算机技术的不断发展，信息化同益成为铁路勘察设计的主要发展方向，信息化的目的是通过数字化和网络化实现多专业工作的协同与多种类型数据的共享与互操作，进而实现决策工作的智能化。铁路设计是一个非常复杂的过程，需要不同专业设计者的参与，是一个多专业协同设计过程。目前，计算机辅助勘测设计工作主要体现在各项个体工作的数字化技术运用，如各种c a d 技术在线路设计中的应用；使用计算机文件存储各专业互提资料；用计算机文件管理方式代替传统的纸质数据资料归档管理方式：以磁盘或光盘为介质代替传统以纸张为介质传递专业数据的方式等。这些相对于手工作业方式和传统的数据管理方式有了很大的改进。然而，从铁路勘察设计发展的整体上分析仍然存在许多问题。在各专业内部使用的勘测设计专业软件日趋专业化的同时，各专业之间的数据共享情况仍然不甚理想。各工序、各专业彼此分开，不同专业使用的设计软件之i b j 缺乏统一的数据交换标准等，这些使得勘测设计中产生的图形数据、属性数据、文档资料以及互提表格等各种类型的数据在勘测设计各个相关专业之间长期存在数据流通不畅的情况。这种数据传输不畅，数据共享性差的现状给铁路勘察设计各专业之间的协同工作带来很大的困难。针对上述状况，铁道部提出“勘测设计一体化”的目标，其核心就是以统一的数据库为基础，实现各专业设计数据的电子交换，实现设计过程的无纸化。铁路勘察设计一体化的发展方向是通过勘测设计整个生命周期内的全部数据在分布式网络环境下的动态维护、共享和集成应用，从而实现各阶段、各专业之l 、日j 的协同设计。铁路勘察设计基础数据库的建设与应用是实现勘测设计真正一体化和各专业部门协同工作的摹本f j ，j 提，有利于提高铁路勘察设计的技术水平、实现铁路勘察设计工作的数字化与信息化目标。建立统一的铁路勘察设计基础数据库小仪起剑数据保存、共享和分发的作用，同时定有利于在此基础之上实现多专、| p 的幼、| i 刁优化设计，强化数捌挖掘和第1 章引言知识发现等功能，这是以往相对独立办式进行铁路设计所难以实现的。铁路勘察设计基础数据库的建立可以改变以往各专业彼此分开、以串行方式进行图纸、表格和文字互提资料等信息转抄传递、效率低和共享性差的缺点。同时，铁路勘察设计一体化过程中从路网规划、方案比选、初步设计到施工图设计的各个环节都是该数据库重要的应用领域。1 2 论文的研究内容针对铁路勘察设计部门数据共享和勘测设计一体化应用的要求，本文主要研究满足上述需求的铁路勘察设计基础数据库的设计与实现，本文的主要研究内容包括以下几部分：( 1 ) 铁路勘察设计与g i s 的结合地理信息系统与其它信息系统的主要区别在于它所存储和处理的信息是空间位置以及与空间位置有关的地物属性信息。铁路勘察设计过程中产生大量的空间数据和与此相关的属性数据，根据铁路勘察设计数据的特点，利用g i s 管理空间数据和属性数据方面的优越性管理铁路勘察设计数据，为g i s 与铁路勘察设计的结合提供思路和参考。( 2 ) 铁路勘察设计基础数据库分析勘察设计工程数据库的数据内容主要包括地形测绘数据、地质勘察数据以及各种设计数据。具体有：控制点数据、d o m 数据、d e m 数据、1 - 2 0 0 0 和1 ：5 0 0 的d l g 数据、线路视频数据、横纵断面图、各种互提资料报表以及各种工程文档等。由于铁路勘察设计各专业系统之间相互封闭、相互独立，所以产生的数据格式多样，应用系统之间无法直接进行数据共享。因此本文需要研究铁路勘察设计数据的标准化问题，分析勘测设计流程中各个专业产生的各种图形及属性数据的内容及格式，制定统一的数据格式及互提资料标准，并在统一的数据格式基础上进行数据量分析。( 3 ) 铁路勘察设计基础数据库研究平台的选择试验平台的选择有赖于对数据内容、格式与数据量的全面分析。选择适当的试验平台，可以实现对数据的安全有效管理和高效检索数据的目的。考虑到对象关系数据库o r a c l e 9 i 的安全性和管理海鞋数壬| | 帕勺能力，以及空间数据引擎a r c s d e 存，跚j j 数扼伶索效率方面的优越性，试验采用o r a c l e 9 i + a r c s d e 的试验第1 章引言平台进行铁路勘察设计基础数据的管理，以此为基础利用面向对象的空i 日j 数据管理技术，研究如何有效管理铁路勘察设计基础数据。( 4 ) 铁路勘察设计基础数据库的设计与实现利用g i s 与铁路勘察设计相结合的思路，进行铁路勘察设计基础数据库的设计与实现。涉及的主要内容包括：( 1 ) 研究各专业勘察设计数据在o r a c l e 9 i 大型空间数据库中的存储和管理模式，设计合理的数据库结构；( 2 ) 分析e s r i 的空间数据模型g e o d a t a b a s e ，研究如何将铁路勘察设计空间数据按此模型进行分类分层组织，利用a r c s d e 提供的a p i 接口实现空间数据的有效管理。( 3 ) 研究基于c s 结构的组件式g i s 平台的应用开发。借助g i s 组件m a p o b j e c t s 2 1 ，结合标准w i n d o w s 开发环境v b ，在应用系统中添加g i s 功能。建立具有g i s 功能的c l i e n t s e r v e r 体系结构的空间数据库管理系统，有效增强空间数据在客户端的显示查询与编辑效果。( 5 ) 铁路勘察设计基础数据库的安全管理在o r a c l e 9 i 的安全机制基础之上，利用a r c s d e 提供的长事务处理和版本管理能力，研究解决多用户编辑时的冲突问题，通过为记录建立所有修改“痕迹的增量记录，即版本，保证空间数据的完整性与安全性。研究基于“系统权限和“对象权限”的权限管理机制，采用预定义“角色”的方法，实现对不同级别用户的有效管理，建立安全的数据库管理系统。1 3 论文的组织论文的组织结构如下：第一章为引言，介绍本文的研究背景和研究意义，提出了本文的主要研究内容，介绍了本文的组织情况。第二章铁路勘察设计与g i s 结合的思路，分析了铁路勘察设计的发展现状与目前存在的主要问题；讨论了铁路勘察设计与地理信息相结合的思路。第三章铁路勘察设计基础数据库分析，讨论了铁路勘察设计基础数据的标准化，从数据内容、数据格式、数据量及应用需求等方面对铁路勘察设计基础数掘库进行分析，为数据库的组织和实现奠定基础。第四章介绍了系统的硬件环境、系统采月j 的软件平台a r c s d e 和o r a c l e 9 i的体系结构及基本原理，并概捅描述了其主要特点。第1 章引言第五章介绍了铁路勘察设计基础数据库的空间数据组织与管理方法。提出了多种类型数据的一体化组织与管理思路：对实验中的各类数据进行基于g e o d a t a b a s e 的数据组织；最后讨论了数据库的安全管理机制。第六章介绍了铁路勘察设计基础数据库的原型系统及其应用实验。描述了原型系统的设计思想、体系结构和基本功能，并给出了系统的部分应用实例。第七章结束语，对本文的研究进行了总结并对未来的工作做了进一步的展望和建议。4第2 章铁路勘察设汁0g i s 相结合的思路第2 章铁路勘察设计与gls 相结合的思路2 1 铁路勘察设计现状我国铁路勘察设计的方法和手段随着社会生产的发展和科学技术的进步，在生产方式和技术应用水平上相对传统的以手工为主的作业模式有了较大的进步和提高。但是这些进步和提高距离铁路勘察设计一体化的要求还有很大的差距，还存在许多问题。目前，铁路勘察设计各部门使用的软件种类多样，各个专业设计软件采用各自不同的数据格式、数据存储和数据处理方法，各专业彼此分开，上道工序提交的成果很难被下序部门直接利用，往往需要转抄传递，效率低、应用系统之间无法直接进行数据共享。铁路部门的勘测设计各专业应用c a d 技术主要解决各自的专业问题，较少考虑到其他专业对本专业的数据需求。铁路勘察设计各专业系统之间相互封闭、相互独立，缺乏统一的标准。铁路勘察设计各个阶段产生的数据种类繁多、信息量大，各设计专业数据传递和交换频繁。现有的以文件为主的数据管理方式无法满足勘测设计一体化的要求。因此，如何将勘测设计过程中产生大量数据采用统一的数据库管理方式代替传统的彼此独立的文件管理方式已成为人们关注的焦点，并在此基础上进行了部分尝试，一些专业系统在原有系统基础上进行了基于数据库的改造。但这些系统的数据存在于多种数据库中，数据格式众多，数据库位置分散，虽然在纵向上满足了本专业系统之间的数据共享，但在横向上仍不适合勘测设计各个专业的一体化应用。在勘测设计过程中产生的大量图形数据和相关属性数据，依靠现有的c a d系统连接数据的属性与其相应的地理事体是十分困难的。属性数据多以文件的形式与图形数据分开存储，不利于图形属性的一体化管理与应用。部分专业人员希望利用g i s 的客户n 务器或测览器服务器机制和g i s 管理空间数据与属性数据的能力，建立一体化的生产体系，并提出了基于w 曲g l s 的铁路勘察设计一体化解决方案。但这一体系结构目前还没有完善、成型的产品支持。第2 嚣铁路勘察设计与g i s 相结合的思路2 2 铁路勘察设计与g i s 结合思路地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，以下简称g i s ) 是一个以空间数据( 信息) 为中心的系统，根据美国摄影测量与遥感学会给出的定义：“g i s是一个对地球空间信息进行编码、存储、转换、分析和显示的信息系统”。地理信息系统的特点在于它不仅能够存储、分析、管理和表达现实世界中各种对象的属性信息，同时能够处理其空间定位特征，能将其空间和属性信息有机地结合起来，从空间和属性两个方面对现实对象进行查询、检索和分析，并将结果以各种直观的形式，形象而不失精度地表达出来。可以说，哪里有空间定位的问题，哪旱就有g i s 1 1 】。显然，铁路勘察设计数据也是一类典型的空间数据，完全可以利用g i s 数据库管理技术对其进行有效管理，如果在铁路勘察设计基础数据的管理中，利用g i s 的“客户j j l 务器 机制和空间数据管理功能，建立一体化的生产体系，从而支持铁路勘察设计对空间数据的共享与互操作，是很有价值的。铁路勘察设计的图形数据大都是通过o 系统产生的，g i s 与铁路勘察设计c a d 之间有共同之处也有差别。两者的共同特点都有坐标参考系统，都能描述和处理图形数据及其空间关系，也都能处理非图形属性数据。他们的主要差别在于，c a d 系统的图形和属性数据的连接功能相对较弱，但在g i s 中，空间数据与属性数据几乎总是同时处理的，如果用户修改空间数据，g i s 则自动修改相应的数据属性。利用g i s 技术管理铁路勘察设计工程数据大大增强了空间数据与属性数据的一致性，避免了因数据不一致导致的设计错误问题。同时g i s 具有很强的空间分析功能，铁路勘察设计与g i s 的结合有利于运用g i s 空间分析功能对不同设计方案进行分析和评价。基于g i s 技术的铁路勘察设计基础数据管理还有利于在此基础上强化数据挖掘和知识发现等功能，这是铁路c a d 所无法比拟的。g i s 可以管理海量数据，基于“客户h i 务器”机制的g i s 适用于大量用户共用大量同样的数据。将铁路勘察设计基础数据管理与g i s 数据库技术相结合，在勘察设计工程数据库中实现某止皂g i s 的功能是很有意义的。随着g i s 技术在许多测绘数据库系统中的成功运用，将铁路勘察设计中使用的各种基础数据采用基j ：g i s 的数据库技术实施集成管理和动态维护，i 叮以实现图形数据和属性数扔：的一体化管理，为各设计专、i p 内部及各设计分业之| 1 i j第2 章铁路勘察没t f1 ig i s 相结合的思路的协同工作提供一套灵活、有效的手段，实现对勘测没计全过程( 主业务) 的科学评价、质量控制和有效管理，有助于提高数据资源的深度丌发利用率和软件复用的水平、提高勘测设计工作效率和设计成果的质量。2 3 建立铁路勘察设计基础数据库的现有条件根据铁路勘察设计现状的分析可以看出，数据库技术虽然已被引入到铁路数据管理中，但主要侧重于针对某一项或某几项具体业务数据的管理，针对铁路勘察设计整个流程的勘察设计工程数据管理尚未见到全面完善的解决方案。g i s 技术被引入铁路勘察设计当中，但缺乏成型的产品支持，如何利用g i s 的特点有效管理勘察设计工程数据仍有待于进一步尝试和研究。同时，铁路勘察设计部门经过多年的信息化建设，已经具备了以下基础：( 1 ) 各部门的勘测设计手段已经实现了数字化，勘测部门已经积累了大量的数字化勘测设计数据，设计表格、文档已经实现电子化；( 2 ) 铁路勘察设计单位的各专业人员基本上都处于企业局域网内，具备了在设计单位内部进行数据共享与交换的网络基础；( 3 ) 国内外其他领域特别是国家级和省级大规模的基础地理信息数据库的建设已经积累了大量可行的经验。因此，无论是从实际业务工作需要、信息化发展趋势，还是在生产条件、技术条件、人员技术水平和设备条件等几方面，都已具备了进行数据采集和建立统一铁路勘察设计工程数据库并开始其应用的基础。第3 章铁路勘察设汁基础数据阵分析第3 章铁路勘察设计基础数据库分析本章针对铁路勘察设计协同工作模式的需要，对勘察设计工程数据的标准化、数据内容、数据格式与数据量进行分析。3 1 勘察设计工程数据的标准化铁路勘察设计中的协同设计主要体现在分布式网络环境下的数据共享与互操作。从目前现有条件来看，铁路勘察设计各专业系统之间相互封闭、相互独立，缺乏统一的标准，各个专业设计软件采用各自不同的数据格式、数据存储和数据处理方法，应用系统之间无法直接进行数据共享，给铁路各专业之间的协同设计带来很大困难。在这种情况下，数据共享成为协同设计急需解决的问题，要实现数据共享必须实现数据的标准化，数据的标准化包括以下三个方面的含义：( 1 ) 数据模型标准化铁路勘察设计中使用的应用系统种类多样，不同系统对空间对象的定义、表达方式不同，对空间对象的不同理解造成数据模型上存在的差异。数据模型的不统一使得空间数据转换时常常丢失信息或损失数据精度，同时也使得空间数据共享变得非常复杂。传统的c a d 模型由于主要目的是为了制图，其拓扑关系表示和关联属性的能力很弱，不便于复杂的空间分析应用。而基于g i s 思想，采用面向对象的空间数据模型统一表示地形地质和设计线路及其属性，有利于空问数据与其他非空间数据的复合应用和复杂的空间分析。( 2 ) 数据格式标准化要实现分布在计算机网络不同节点上的设计者之间的协同设计，必须建立能够被各专业设计者共同理解和支持的数据格式标准。任何空i 、日j 数据和互提资料的存储都应该采用统一的标准数据格式，在参照相关因家标准的基础上，结合铁路勘察设计部门现有的实际情况进行数据格式的统一。具体的数据格式标准可以根掘各单位的实际情况和现有条件由各设计专业共同商定；数据的其它标准如精度、误差等应参考围家相关标准制定。通过敏据格式的标准化，各设计专业应用系统j 要。实现对卡，j i 准数据格式的第3 章铁路勘察设计基础数据库分析读写程序接口就可以使不同的设计应用系统使用来源不同的数据，使数据在i i同系统问相互可操作。这就为其它系统或用户直接访问和调用这些数据提供了条件，实现了数据共享，增强了数据使用的灵活性。( 3 ) 数据处理标准化数据处理标准化是指从数据获取、存储管理到分发应用一系列处理流程的标准化。各专业产生的数据在入库前都要经过一定的数据整理，如数据检查与编辑修改、数据模型与数据格式转换等。数据处理流程标准化是保证数据模型标准化和数据格式标准化的前提，也是数据建库、数据更新和数据库应用服务可靠高效的根本保证。数据的标准化是解决长期以来铁路勘察设计各部门和各专业间数据流通不畅的前提。通过数据的标准化建库，在整个勘察设计各阶段各专业之间形成合理有序的数据流。3 2 数据内容分析由于铁路勘察设计过程周期长、不同专业在不同时期将产生大量不同类型的数据，对这些数据进行一体化组织与管理成为勘察设计工程数据库设计的关键。铁路勘察设计涉及的数据内容主要包括资料收集、初测和定测阶段产生的各种勘察资料，可研、初步设计和施工图设计等阶段的设计文件等。虽然每种数据都有其各自的特点和用途，但从数据管理和数据应用的角度来看，在勘察设计工程数据库中，所有数据按照生产业务属性可以分为三类：现势性最好的地形测绘数据；现势性最好的地质勘察数据；不同阶段的设计、互提数据。各类数据的数据类型及数据内容如表一所示：表一铁路勘察设计工程数据库的主要数据集数据分类数据类型数据内容1 ：5 0 0 、1 ：2 0 0 0 地形图( d l g ) ，包含控矢量数据制点坐标信息。数字高程模型( d e m ) 、正射影像( d o m )地形测绘数据栅格数据和其它扫描数据。图形关联的属性数据、多媒体数据( 文档、属性数据表格、音频、视频) 等。9第3 章铁路勘察设计琏础数据库分析矢量数掘横断面【- n 、纵断面图。栅格数据钻孔柱状图，扫描后的横、纵断面图。地质勘察数据线路的地质勘察说明文件、水文及地质资属性数据料、气象资料、工程地质报告、钻孔信息等。矢量数据各专业不同设计阶段的设计图。栅格数据各专业不同设计阶段的设计图扫描数据设计互提数据属性数据线路总说明书、各专业设计文件、互提表格、多媒体数据等。地形地质成果数据是勘察设计工程数据库系统管理的主要数据对象，向用户提供基本的数据。设计互提数据涉及到多个设计专业之间的数据交换。3 3 数据格式、数据量分析目前，铁路部门的勘测手段已经实现了数字化，勘测部门已经积累了大量的数字化勘测数据；设计部门使用c a d 进行设计，图形格式基本统一，设计文件大多采用电子文档和表格的形式。可以根据铁路勘察设计单位的实际情况和现有条件制定统一的数据格式。例如目前铁路设计各专业大都使用a u t o c a d 软件进行设计，在此基础上可以将数据库中存储的图形数据统一为a u t o c a d 的d w g 格式；文档数据可以统一为w o r d 格式；各专业互提资料报表可以统一为e x c e l 格式等等。地形测绘数据、地质勘察数据、设计互提数据除了包括不同阶段的d w g 格式图形数据、e x c e l 格式互提资料报表数据和w o r d 格式的各种工程说明文档以外，还包括许多其它格式的属性数据，如多媒体的a v i 视频图象，j p g 图象等。数据格式的统一有利于估算数据量。铁路勘察设计基础数据库管理系统的一个独立的数据库事例是以一条线路工程为单位。例如：一幅12 0 0 0d w g 地形图( 5 0 4 0 厘米标准分幅大小) 数据量平均约为2 m 字节，1 0 0 公罩的一条线路大约1 0 0 幅图，总的数据量约0 2 g 。一幅1 ：5 0 0d w g 地形图( 5 0 4 0 厘米标准分幅大小) 数据量平均约为1 s m字节，1 0 0 公里的一条线路大约4 0 0 幅图，总的数据毽约0 6 g 。1 ：2 0 0 0 正射影象图数据的空i 日j 分辨率为0 2 米，按7 0 0 4 0 0 m m 分幅的一幅彩色1 ：2 0 0 0d o m 数掘量约为8 4 m 字节。1 0 0 公罩的一条线路大约1 0 0 幅图，第3 章铁路勘察设计基础数据库分析总的数据量约0 8 g 。一幅1 ：2 0 0 0d e m ( 5 0 4 0 厘米分幅) 数据的空间分辩率为2 米，的数据量约为2 0 0 k 字节，1 0 0 公里的一条线路大约1 0 0 幅图，总的数据量约0 0 2 g 。从目前已经完成的d l g 和d e m 数据生产工作来看，由于不同图幅问要素数据、内容、覆盖范围等的不同，使最后成果的数据总量与事先用每个图幅平均数据量乘以图幅数量而得到的数据量往往有较大的差异，因此，在数据库设计阶段，很难对最后成果的数据总量做出准确地计算。然而，数据量估算的准确性并不会直接影响数据建库工作，只是需要根据数据量的不断增加，逐渐扩大磁带库的存储容量。但事先估算数据量，有助于在此基础上设计合理的数据库结构和选择恰当的软硬件平台，在整个勘测设计各阶段各专业之间形成合理有序的数据流，从而达到勘测设计中真正的数据共享目的。3 4 数据库需求分析为了满足铁路勘察设计部门不同专业对勘测设计数据的共享和使用，按照铁路勘察设计部门对勘察设计工程数据的生产与应用模式，建立勘察设计工程数据库的总统目标可以归纳为以下四点：建立完善的空间数据管理和运行机制，实现对数据的科学管理。数据库具有完善合理的结构，以全面、准确的反映已有的铁路勘察设计基础数据，实现对多源数据的录入、管理、维护、查询和输出的需要。建立数据库管理系统，初步实现多源空间数据的集成。针对各种数据源和成果数据，建立相应的子数据库并进行关联，各子数据库能够集成在一起，为铁路勘察设计一体化提供准确、全面、有效的勘察数据和互提资料。提供快捷方便的数据检索机制，实现内部局域网上数据检索和浏览。实现铁路勘察设计单位内部的多用户网络运行和信息共享。保证数据的共享性，数据库不是面向某个具体应用，而是面向铁路勘察设计整体的所有应用，因而数据库内容具备基础性和共享性。第4 章数据库软硬什平台环境设讨第4 章数据库软硬件平台环境设计软件、硬件、数据与用户是g i s 的四大组成要素，软硬件的选择对系统的成败起着关键的作用，本章主要介绍系统软硬件平台。硬件的配置应在满足系统需要的基础上尽可能利用已有的设备；软件的选择应充分考虑其运行的稳定性、安全性，同时具备先进性。合理的系统软硬件平台环境有利于实现对数据的安全有效管理和数掘高效检索的目的。4 1 软件平台环境基于上一章中对数据内容、格式及数据量的分析，考虑到对象关系数据库o r a c l e 9 i 的安全性和管理海量数据的能力，以及空间数据引擎a r c s d e 在空间数据检索效率方面的优越性，本文选用如图4 1 所示的软件平台进行铁路勘察设计工程数据的管理。i 觚s 。e a p i图4 1 软件体系结构4 1 1 对象关系型数据库o r a c l e 9 io r a c l e 9 i 县有分布数据库处理j 力能，可用以实现高生产率、大型事务处理及客户n 务器结构的应用系统。协m ，1 ：发环境具有可移植性，支持多种数据来源、雨u厨雨剧第4 章数据库软硬什平台环境设计多种图形用户界面及多媒体、多民族语言、c a s e 等协同应用系统。本文选用o r a c l e 9 i 作为存储数据库是因为它有以下突出的特点：支持大数据库、多用户的高性能的事务处理。支持大量用户同时在同一数据上执行各种数据应用，并使数据争用最小，保证数据一致性。系统维护具有高的性能，可控制数据库数据的可用性，可在数据库级或在子数据库级上控制。o r a c l e 9 i 是一个开放系统，遵守数据存取语言、操作系统、用户接口和网络通信协议的工业标准，所以它保护了用户的投资。o r a c l e 9 i 数据库服务器在软硬件平台方面为用户提供了充分的灵活性，是支持硬件平台种类最多的数据库，用户拥有选择技术环境和体系结构的充分自由度。支持分布式数据库和分布处理。o r a c l e 9 i 为了充分利用计算机系统和网络，允许将处理分为数据库服务器和客户应用程序，所有共享的数据管理由数据库管理系统的计算机处理，而运行数据库应用的工作站集中于解释和显示数据。通过网络连接的计算机环境，o r a c l e 9 i 将存放在多台计算机上的数据组合成一个逻辑数据库，可被全部网络用户存取。分布式系统像集中式数据库一样具有透明性和数据一致性。具有可移植性、可兼容性和可连接性。由于o r a c l e 9 i 软件可在许多不同的操作系统上运行，以致o r a c l e 9 i 上所开发的应用可移植到任何操作系统，只需很少修改或不需修改。o r a c l e 9 i 软件同工业标准相兼容，包括许多工业标准的操作系统，所开发应用系统可在任何操作系统上运行。可连接性是指o r a c l e 9 i 允许不同类型的计算机和操作系统通过网络可共享信息。完善的安全体系。o r a c l e 9 i 数据库提供了完善的端到端的安全体系结构，包括3 层安全体系、托管环境的安全体系、支持基于标准的公共密钥体系结构、改进的用户和安全管理策略、数据加密和标签安全掣引。4 1 2 空间数据管理引擎a r c s d e地理空间数据是连续的，一条铁路线路方案，很自然会把它当做一个连续的目标，因此我们需要连续的空问数据模型管理连续分布的地理空间数据。a r c s d e 是e s r i 公司的空间数据库引擎，从空间数据管理的角度来看，a r c s d e可看成是一个连续的空| 日j 数据模型，借助这一模型，可将空间数据加入到关系数掘库管理系统( r d b m s ) 中去，如罔4 2 所示。第4 章数据库软埂什平台环境设计a r c s d e 融入r d b m s 后，它将空间数据和与其相关的属性数据统一地放到工业标准的关系数据库中进行管理，同时采取歼放策略，提供标准的应用程序编程接口( a p i ) ，开发人员可将空j 日j 数据检索和分析功能集成到他们的应用工程中去。由于a r c s d e 采用的是c l i e n t s e r v e r 体系结构，大量用户可同时针对同一数据进行操作。这些优点使得海量空间数据的管理获得了一种较为理想的模式。因此文本采用a r c s d e 空间数据引擎实现对空间数据的快速查询和提取。腰数据项搬标数撼广， 、弋，_ j 飞一位褫焉凇图4 2 a r c s d e 允许往关系数据库中加入空间数据，提供地理要素的空间位置及形状等信息下面简要介绍一下a r c s d e 的工作原理、数据模型与a r c s d e 对地理数据的存储和组织【2 】，这些是利用a r c s d e 管理空间数据的基础。( 1 ) a r c s d e 工作原理a r c s d e 的体系结构如图4 3 所示，客户端应用是最终用户运行的软件，可以是用户为某一特定工程开发的自己的应用。与客户端应用结合的是a r c s d e 客户库( c l i e n tl i b r a r y ) ，这是一个程序设计接e 1 ，用于处理客户端应用提出的请求。靴4 章数据j ：软 匣忭平台环境蹬汁图4 3 a r c s d e 体系结构在服务器端，有a r c s d e 服务器处理程序、关系数据库管理系统和实际的数据。服务器在本地执行所有的空间搜索和数据提取工作，它仅将满足搜索条件的数据在服务器端缓冲存放并发回到客户端。缓冲处理收集大块的数据，然后将整个缓冲区中的数据发往客户端应用，而不是一次只发一条已录。在服务器端处理并缓冲的方法大大提高了效率，井使网上荷载大大降低。( 2 ) a r c s d e 数据模型a r c s d e 软件采用连续的数据模型。可将整个城市的宗地数据放到a r c s d e一个连续的层( l a y e r ) 中。每一个宗地地块作为一个完整的多边形存放，它只需一次磁盘访问即可快速提取出束。陶44j ：；被格刚f f = 加以生成空间索s i p 3 1a r c s d e 为数州j 乖i 。符联f l a y e r 】的所有要索都建矗r 粜ja r c s d e 建卒第4 章数据库软硬什平台环境设计阳j 索引是将层从逻辑上分成一个个小块，称为“c e l l ”，层中的要素则分解到各c e l l 中加以描述，并将此描述信息写到索引表中。落到多个c e l l 上的要素，将在每个c e l l 对应的索引记录中加以描述。没有数据的c e l l 不包括在索引表中。( 3 ) a r c s d e 对地理数据的存储和组织a r c s d e 存储和组织数据库中的空间要素的方法，是将空间数据类型加到关系数据库中。a r c s d e 并不改变和影响现有的数据库或应用。它只是在现有的数据表中加入图形数据项( s h a p ec o l u m n ) ，供软件管理和访问与其关联的空问数据。a r c s d e 将地理数据和空间索引放在不同的数据表中，通过关键项将其相联。将图形数据项加到一个商业数据库表后，称该表为空间可用的( s p a t i a l l ye n a b l e d ) 。a r c s d e 通过将信息存入层表( l a y e r st a b l e ) 来管理空间可用表。层表帮助管理商业表和空间数据之间的连接( 如图4 5 所示) 。lv f _ r t n ntv f r 1，m _ 啪；，鼬bp 1 】g f ，s l 甲【。e 钯v nrll滞n m 冒t r vr n tl】c ，；x y 山协，1rsa tr f f f r f n r r sx ，斑l 拿e xx y l 缸怔，图中基本表之问的关系【3 6 】对空问可用表，我们可象通常那样对表中数据进行查询、合并，也可进行图到属性或属性到图的查询。以一个图层存储数据，图层是一个逻辑的实体，它在物理上是通过一组表实现的。当图层变人时，通过管理它下面的表以提供对窀问数据的有效访问，而彳i 必将这个层在窄l h jl ：分成图块。第4 章数据库软硬竹：平台环境殴汁4 1 3g i s 组件m a p o b j e c t 2 1在实际工作中，有些应用围绕地图展开，而在其他一些应用中，地图只是其中一部分。在遇到类似铁路勘察设计基础数据库这种把地图仅作为一个大的应用的一部分的情形时，需要一种制图与g i s 功能组件，而不是最终的应用软件来定制或扩展已有的应用。基于这样的要求我们把m a p o b j e c t s 集成到铁路勘察设计基础数据库的软件平台体系结构中。m a p o b j e c t s 是一组供应用开发人员使用的制图与g i s 功能组件。利用m a p o b j e c t s ，开发人员可以在应用程序中添加制图和g i s 功能。m a p o b j e c t s 遵从m i r c r o s o f lw i n d o w s 9 8 和n t 标准、内存开销小( 8 m b ) 、支持不同规模的空间数据库，支持s d e 数据。m a p o b j e c t s 是一个提供制图与g i s 功能的o l e 控件，它包含了3 5 个可编程o l e 对象。m a p o b j e c t s 地图控件可以直接插入到许多标准开发环境的工具集中。可以通过属性页操纵地图。属性页是在诸如v b 之类的开发环境中建立的，或通过其他程序化相关对象来控制地图。m a p o b j e c t s 允许创建定制的利用制图和g i s 组件的应用程序，m a p o b j e c t s 特点包括1 2 j ：支持e s r is h a p e 文件格式，s d e ( s p a t i a ld a t a b a s ee n g i n e ) 层( l a y e r ) 以及大量栅格图像格式，如b m p ，t i f f 等。支持通过微软o d b c 标准进行的外部数据库访问。把数据作为多个图层在一张图中进行显示，当然可以进行图幅的变化。特征表示使用数理方法如数值地图、分类、个体符号以及点值图等。文字注记和放置。用一个事件跟踪层来动态显示实时数据。用标准s q l 表达式进行特征选择和查询。通过大量搜索与框架操作符进行空间选择。强大而出色的对象模型。这些为应用开发提供了有力的制图与g i s 功能支持。m a p o