（地图学与地理信息系统专业论文）基础地理信息数据库设计与实践.pdf

浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 中文摘要 目前，各种地理信息系统的建设方兴未艾，它们的建设都需要有统一的基础地理信 息作为其基础。而基础地理信息数据库把基础地理数据获取、处理、管理、维护等各个 环节连成一个有机的整体。本研究从基础地理信息数据库建设各主要环节的研究和设计 入手，来解决目前基础地理信息数据建设中存在的问题。 本研究以国家相关的地理要素分类编码标准和元数据标准为基础，提出一套具有实 用性和普适性的基础地理要素编码标准方案和基础地理信息元数据标准方案，为多元空 间数据的集成化管理和基础地理信息应用的拓展奠定了基础。以此为基础，按照标准化 与规范化的要求设计了基础地理信息数据库的逻辑结构和物理结构，实现无缝存储。该 数据库采用g e o d a t a b a s e 模型来组织地理空间数据，并建立时态g i s 数据管理机制， 实现对历史库和现势库数据的动态统一管理。同时对数据入库、数据更新和数据库管理 做了全面的探讨，尤其对数据更新模式及实现进行了深入的研究。基于上述研究，本文 给出了基础地理信息数据库的系统实例。该系统是在v i s u a lc + + 6 0 环境下，基于 a r c e n g i n e 开发，贯彻实现了以上研究和设计思想。 该系统已在省内多个测绘部门得到应用，有效实现了对海量基础地理信息的管理和 维护，为各部门、各行业提供了高质量的空间信息服务。 关键词：基础地理信息，数据标准，空间数据库，数据更新 浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 a b s t r a c t c o n s t r u c t i o n so fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m s ，w h i c hn e e df u n d a m e n t a lg e o s p a t i a l i n f o r m a t i o n 硒t h e i rb a s e a r eo nt h e i rw a y f u n d a m e n t a lg e o s p a t i a ld a t a b a s ei n t e g r a t e st h e c o l l e c t i o n , p r o c e s s i n g m a n a g e m e n ta n dm a i n t a i no ff u n d a m e n t a lg e o - s p a t i a ld a t a n ed e s i g n o ff u n d a m e n t a lg e o - s p a t i a ld a t a b a s ei sf o c u s e do ni n t h i sd i s s e r t a t i o nw h i c ha i m st os o l v e p r o b l e m se x i s t i n gi nc u r r e n tf u n d a m e n t a lg e o - s p a t i a ld a t a b a s ec o n s t r u c t i o n a c c o r d i n gt on a t i o n a lg e o f c a t u r ee n c o d i n gs t a n d a r d sa n dm e t a d a t as t a n d a r d s as e to f p r a c t i c a la n du n i v e r s a lf u n d a m e n t a lg e o - f e a t u r ee n c o d i n gs t a n d a r ds c h e m e sa n df u n d a m e n t a l g e o - s p a t i a li n f o r m a t i o nm e t a d a t as t a n d a r ds c h e m e sa r eb r o u g h to u t w h i c hi st h eb a s eo ft h e m a n a g e m e n to fm u l t i - s o u r c 宅a n dt h ea p p l i c a t i o n so ff u n d a m e n t a lg e o - s p a t i a li n f o m m t i o n a f t e rt h a t ，t h el o g i c a la n dp h y s i c a ls t r u c t u r e so ff u n d a m e n t a lg e o - s p a t i a li n f o r m a t i o nd a t a b a s e a l ed e s i g n e da c c o r d i n gt ot h es t a n d a r d si no r d e rt os t o r ed a t as e a m l e s a l y g e o d a t a b a s em o d e l i su s e dt oo r g a n i z eg e o s p a t i a ld a t at o g e t h e rw i t hat g i sd a t am a n a g e m e n tm e c h a n i s mt o r e a l i z et h eu n i c o n t r o lo fb o t hh i s t o r i c a la n dr c a l i s t i cd a t a b a s e a l s o as t u d yo i ld a t ac o m m i t , d a t au p d a t ea n dd a t a b a s em a n a g e m e n ti st a k e ne s p e c i a l l yo nt h em e t h o d so fd a t au p d a t e f i n a l l y , a na p p l i c a t i o no f v c + + 6 。0a n da r e e n g i n ei sr e a l i z e db a s e do nt h ea b o v e r e s e a r c h t l l i sa p p l i c a t i o nh a sb e e nu s e di ns e v e r a ls u r v e yb u r e a u si nz h e j i a n gp r o v i n c ew h i c h c o u l dm a n a g em a s s i v ef u n d a m e n t a lg e o s p a t i a li n f o r m a t i o ne f f e c t i v e l ya n dp r o v i d eh i g h q u a l i t ys p a t i a li n f o r m a t i o ns e r v i c e s k e y w o r d s ：g e o - s p a t i a li n f o r m a t i o n ，d a t as t a n d a r d ，s p a t i a ld a t a b a s e ，d a t au p d a t e n - 浙江大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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，也不包含为获得浙江大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：红垒耄缎 浙江大学学位论文使用授权声明 浙江大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权浙江大学研 究生部办理。 研究生签名墨幺垒辱盈导师签名： e t 期：坦乙丞争 浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 第1 章绪论 基础地理信息数据库作为“数字省”、“数字城市”及各专题地理信息系统建设的基 础平台，正越来越收到各部门各行业的高度重视。基础地理信息数据库以基础地理信息 为管理对象，综合运用地理信息系统( 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 ，g i g ) 技术、数 据库技术、网络技术等，以数字化的基础测绘成果为主要内容的数据库系统。基础地理 信息数据库可以保证基础空间数据的一致性，可以对基础空间数据进行统一管理，实现 基础空间数据的规范化和标准化，并将其和网络联系起来实现基础地理信息的共享。 基础地理信息数据库的建立为其它专业地理信息系统的应用提供了基础地理信息， 避免基础地理数据采集和处理的重复投资，实现基础地理信息资源的共享，为基础地理 信息的更新提供了保障；同时也可促进信息化进程，为数字化建设奠定坚实的基础。 1 1基础地理信息数据库特性 1 1 1基础地理信息 基础地理信息( o e o - s p a t i a li n f o r m a t i o n ) 是指其中最具有基础性、普适性和共享性的 那部分地理信息，主要描述和表达地形、地物、境界等的空间分布、相互关系及随时间 的变化等，是各种信息的空间定位和空间分析的统一基础( 陈军，2 0 0 5 ) 。 基础地理信息作为地理空间数据的一部分，也具有地理空间数据的三个特征( 刘南 等，2 0 0 2 ) ： 1 、空间位置特征 地理空间数据包括指明地物在地理空间中的位置的成分，它有两层含义：a 地物 本身的地理位置，位置通常用某种地理坐标( x ，y ，z 或经纬度、高程等) 或其组合来 表达，也可用相对其它参照系或地物的位置来描述；b 多个地物之闻的位置相互关系， 或空间关系，如地物之间的距离、相邻、相连和包含关系等。 2 、属性特征 除空间位置以外，地理空间数据还包括描述地物自然或人文属性的定性或定量指标 的成分。例如，表述一个城镇居民点，若仅有位置坐标( x ，y ) ，那只是一个几何点， 要构成居民点的地理空间数据，还需要其经济、社会、资源和环境等属性数据。 3 、时态特征 时态特征指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。同一地物的多时段数据， 可以动态地表现该地物的发展变化。时态数据可以按时间尺度划分为短期、中期、长期 和超长期等类型。 由于基础地理信息的“基础性”作用，它对数据空间特征的精确性、属性特征的完 浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 备性和时态特征的现势性有着特别严格的要求。 1 1 2基础地理信息的作用 基础地理信息在实际应用中的作用主要体现在以下两个方面： 1 、重要的信息资源和知识储备 由于基础地理信息具有基础性、普适性等特点，其不仅准确描述了各种自然现象、 人工构筑物的空间分布、形态特征和相互关系。而且通过不同时期的数据资料真实记载 了地表的变化情况。这为人们认识和研究现实世界提供了重要的信息资源和知识储备， 成为资源调查、环境监测、生态研究、空间探索等不可或缺的重要基础，在行政管理、 经济建设、国防建设、人民生活、科学研究、文化教育等领域发挥着重要作用。 2 、地理空间相关操作的基础和载体 基础地理信息为进行各专题地理信息系统的空间定位和空间分析提供了统一的基 础，是各种信息空间定位和整合的统一空间载体和平台。首先，特定区域内基础地理信 息同一规范的平面坐标系统、高程基准、参考椭球模型和投影系统等为所有与地理空间 位置有关的信息提供了时空定位基准，是多源空间数据的无缝连接的重要保障。其次， 数字地图和影像等地理信息为各类图形、图像、文本、视频、音频信息的地理定位、嵌 入或配准提供了2 维或3 维的空间载体，使用户能够按照地理坐标或空间位置集成、检 索、展示所关心的资源、环境、生态和社会、经济信息。此外，基础地理信息还为人们 判定方位、测量距离、认识地形等提供了重要的科学工具，还为进行空间分布特征、运 行状态、变化态势等的分析模拟提供了平台。 1 1 3基础地理信息数据库的特性 目前，基础地理信息已逐步成为一个面向全社会各类用户、应用面最广的公益型地 理信息资源，成为信息资源的一个重要组成部分，成为生产要素、无形资产和社会财富， 开始在经济社会资源结构中发挥着重要的作用( 陈军，2 0 0 5 ) 。基础地理信息作为信息 资源表现出尺度性、现势性、共享性、普适性等特性。基础地理信息数据库把基础地理 数据获取、处理、管理、维护等各个环节连成一个有机的整体，为地理空间数据建模提 供了数字化建模，为基础地理信息数据的处理，为海量基础地理信息数据的集成化管理， 为人们更方便快捷地获取基础地理信息，为地表形态动态分析和定量化分析提供了基础 平台。 基础地理信息数据库需要兼顾基础地理信息的“资源”特性及本身作为基础应用平 台的“工具”特性( 陈军，2 0 0 5 ) 。这使它区别与一般的地理空间数据库，具有自身的 特性，主要有以下几点特性： l 、多类型、多尺度空间数据的集成化管理 基础地理信息在时间上是多时相的，结构上是多层次的，性质上又有“空间定位” 鱼塑坚盔兰婴主兰垡笙塞 墨型垫里堕星墼堡壁堡兰兰壅矍 和“属性”之分，既有以图形为主的矢量数据，又有以遥感为源的栅格数据，还有关系 型的统计数据，这就必须对数据模型提出特殊的设计要求。同时在服务对象方面，不同 级别的规划、建设、管理、运营、决策对地理空间实体或现象的抽象与表达提出了不同 的尺度需求，要求对地球表层各种自然和人文现象的空间形态结构进行不同尺度的抽象 表达，形成不同比例尺的系列地形图，建立相对应的基础地理数据库。而基础地理信息 数据能够在空间数据库的支持下实现多尺度、多分辨率、多类型、多时相的数字化地图、 影像及属性数据的集成，进行集中式或分布式的组织管理，把以往大量分散的数据资料 变成易于共享的海量数据资源 2 、基础地理信息的高精度和现势性 从特定角度看来，目前地理信息系统尤其使城市地理信息系统的应用是地理信息系 统在大比例尺地学中的应用。例如，它用于房产和地籍的管理，为此要采集和处理宗地 数据，其精度要求甚高。另外，由于我国经济建设和社会发展速度很快，地形、地物等 要素不断地发生变化，往往导致基础地理信息数据的现势性下降，直接制约着其使用价 值和使用范围。随着基础地理信息数据“原始积累”的逐步完成和共享应用，其精度和 现势性问题已成为广大用户关注的热点问题。基础地理信息数据库综合利用各种来源的 现势资料( 如最新航空航天影像、地面实测数据等) ，确定和测定指定区域范围内地理要 素的位置变化及属性变化，对变化要素进行增删、替换、关系协调等修改处理，完成对 数据库的动态更新，从而确保基础地理信息的高精度和现势性。 3 、共享性及服务的多层次性 于传统意义上的矿产、能源等其他资源不同的是，基础地理信息资源在消费使用上 不具有排他性，这使得其具有很强的可共享性。据不完全统计，国民经济建设和社会 发展的实践活动( 中) 大约有8 0 与地域空间分布有关，都要利用基础地理信息进行规划、 运营、监测、管理、决策等。由于其不同与一般资源的不可再生性，可重复使用而不会 耗尽，因此使用的人越多所产生的价值也越高。然而以往基础地理信息产品形式与服务 模式较为单一，近年来己难以满足多层次( 省、市、部委乃至中央) 、多类型( 政府，厅局、 专业部门，乃至社会公众和个人) 用户千差万别的应用需求，不能充分实现基础地理信 息的共享性。需要能够提供从全球小比例尺到城市大比例尺的多种比例尺、多类型、覆 盏范围广的基础地理信息；即使对于同一比例尺、同一类型的基础地理信息，也要能够 依据不同的应用目的和应用对象，提供简繁程度不同的信息。这要求基础地理信息数据 库充分考虑基础地理信息的共享及服务的多层次需求。 4 、严格的层次结构和高度统一的规范标准 利用基础地理信息数据库同时满足制图需要和g i s 用户的需要，同时满足广大g i s 用户的共同需要和各专题g i s 用户的特殊需要，是建立基础地理数据库的最基本目标。 基础地理信息数据库需要立足其“基础性”，严格把握从底层的基础地理信息数据库， 到中层的各专题g i s 系统和高层的综合g i s 系统的层次结构( 如图l - l 所示) 。同时由 于针对不同部门应用的专题系统及广大社会应用的需求很多，层次结构相对复杂，基础 地理信息数据的建设必须有一整套规范标准上，以确保信息共享和系统兼容。标准化与 3 浙江大学硕士学位论文 基础地理信息数据库设计与实践 规范化要特别注意根据国家和地方标准， 编码和属性信息指标体系等方面的标难， 结合实际情况，形成统一的基础地理要素分类 以确保数据统一和信息共享。 图1 - 1 地理信息系统的层次结构 1 2基础地理信息数据库建设现状 1 2 1基础地理信息数据库建设的发展 随着计算机技术和数据库技术的发展，基础地理信息数据库建设已经走出了传统的 文件管理模式。传统的g i s 软件往往采用文件方法管理矢量图形数据，用关系型数据库 管理属性数据。目前主流g i s 软件都采用商用关系数据库管理系统同时管理图形和属性 数据。例如：a r c l n f o 、m a p l n f o 、g e o m e d i a 、s u p e r m a p 等。与传统的文件管理方式相 比较，空间数据库技术在海量数据管理能力、图形和属性数据一体化管理、多用户并发 访问、数据访问权限控制和安全机制等方面具有很大的优势。以大型关系数据库和成熟 的g i s 软件平台为基础的基础地理信息数据库的建设已经成为主流。 现阶段应用比较多的基础地理信息数据库模式主要有以下两种： l 、空间数据库引擎( s p a t i a ld a t a b a s ee n g i n e ，s d e ) + 关系数据库 关系数据库中应用比较多的主要有o r a c l e 和s q ls e r v e r 。不过，o r a c l e 一直是大型 关系数据库领域领先的产品，它真正的群集技术、高可用性等技术优势是其他关系型数 据库，这是s q ls e r v e r 等所不及的。所以用o r a c l e 存储海量数据成为首选。但是，在 对空间数据进行分析筹功能上它并不能令人满意，因此必须对它进行扩展。对o r a c l e 扩展的g i s 软件主要是a r c s d e 和o r a c l es p a t i a l 。 2 、o i s 平台+ o r a c l es p a t i a l 现在国内外流行的g i s 平台，例如：a r c i n f o 、m a p l n f o 、g e o m e d i a 、s u p e r m a p 等 4 浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 都支持o r a c l es p a t i a l 的数据存储标准。即可以将图形数据与o r a c l es p a t i a l 数据库中的 空间部件整合在一起，实现对空间数据的存储、管理与应用。 1 2 2现阶段基础地理信息数据库建设存在的问题 目前，我国很多地方都开展了基础地理信息数据库的建设，已经取得了一定的成效。 基础地理信息数据库作为数字化建设的一个重要部分，理所应当地受到社会各方面的关 注。但是，建设工作面临的一些问题同样不容回避。 l 、地物要素编码标准 地物要素编码标准实现基础地理信息共享的重要基础，也是支撑g i s 在社会建设和 发展各领域应用的重要技术规范。国家已经颁布了部分标准，如：基础地理信息分类相 关的国家标准主要有1 ：5 0 01 ：1 0 0 01 ：2 0 0 0 地形图要素分类与代码( g b1 4 8 0 4 9 3 ) 等。 但是不同的国家标准不相协调，尤其是不同比例尺的分类编码标准兼容不好。如何以国 家标准为基础，平衡兼顾各种应用需求，这都要求在基础地理信息数据库的建设过程要 根据实际情况进行不断地改进和完善。 2 、数据的更新问题 过去人们的注意力主要集中在“初始建库”与初步应用上，对基础地理数据库更新 的理论与技术研究较为初浅。目前还没有一个较成熟的方案，现在采取的方法基本上就 是“删除旧的，加载新的”。对于数据的更新模式、历史数据的维护、历史回溯等问题 没有形成一套成熟的理论和技术。 3 、元数据 元数据是关于数据的描述性数据信息，即描述数据的数据。国家颁布了国家空间 信息基础设施空间元数据内容标准草案。其内容非常复杂具体，对于所有的空间信息 应用来说都具有很重要的指导作用，但须更具实际的应用进行一定修改来建立元数据标 准。同时对于元数据的维护、更新和发布还需进一步的研究。 4 、数据库设计 目前，尤其是中小城市的基础地理信息数据库建设的总体水平还停留在较低水平。 往往采用文件和数据库混合的方式，即使采用大型关系数据库，由于技术等各方面的现 实，不能全面兼顾数据统一标准、多源空间数据的集成、数据更新、元数据维护、应用 拓展等方面。还须对数据库设计做进一步的改进，以保证基础地理信息数据库的“基 础性”。 1 2 3进行基础地理信息数据库设计研究的背景和意义 基础地理信息数据库和各级地理信息系统之间有着紧密的联系，是各专题地理信息 系统建立的前提和基础。一个完普的基础地理信息数据库对于各地理信息上层建筑的建 设具有重要的意义。建立基础地理信息数据库有以下几个方面的目的和意义。 浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 l 、完善测绘产品、提高测绘保障 随着信息技术在各行各业的应用，传统的图纸、表格等已越来越无法满足生产和工 作的需要。很多部门在进行信息系统建设时，迫切需要数字地形图等资料。同时测绘部 门生产方式也已经发生转变，传统的生产方式已经被数字化测图所取代面，另外社会信 息化建设需要提供数字化的地理信息。建设基础地理信息数据库可以进一步完善测绘产 品体系和服务体系，以满足社会各界的需求。 2 、保持基础地理信息的现势性 现代社会经济发展日新月异，对数据更新的速度和质量提出了更高的要求。应建立 实用、先进的基础地理信息数据库，对基础测绘资料进行科学而高效的管理，提高空间 数据生产、维护和服务的效率，保证空间数据的高质量和现势性。通过地理信息数据库 的建设来改进基础地理信息数据的更新方法，缩短更新周期，有效维护历史数据，使基 础地理信息保持现势性和准确性。 3 、保证基础地理信息的一致性 没有基础地理信息数据库作为统一的地理信息基础，各应用领域尤其是各政府各部 门各自采集城市基础数据。由于各自的需求标准不一样，技术力量存在差异、财力投入 不同，各个部门采集的基础地理信息之间存在着不一致的情况，甚至存在矛盾，导致各 系统集成和数据共享能力的不足。而以标准化规范化要求建立的基础地理信息数据库可 以比较好的解决以上问题，保证基础地理信息的一致性。 4 、实现基础地理信息的共享以减少重复投入 建立基础地理信息数据库可以方便地实现对基础数据的统一管理，实现规范化和标 准化，和网络联系起来可以实现基础地理信息的共享，各个部门可以根据自己部门的特 点对基础地理信息进行使用：不同用户可以根据自己的情况选择使用基础地理信息中的 哪些内容、将自己工作的重点放到自己的专业信息上，而不需要花太多的精力进行基础 地理数据的采集。 5 、促进社会经济的建设和发展 社会经济的建设和发展需要有合理的决策和支持，以基础地理信息数据库作为基础 办公自动化、专家系统等共同辅助决策者进行决策。 目前，我国很多地方都开展了基础地理信息数据库建设，取得了一定的社会经济效 益和研究成果，但还有很多方面需要做进一步的研究。除了上文提到地在建设基础地理 信息数据库时需要注意地问题外，还有很多问题需要进行广泛和深入的研究，如多源数 据库的组织和建设闯题，多种专题数据在进行叠加时，如何保证各种数据的唯一性问题， 如何将其它的数据采集方式和城市基础地理信息的更新有机地结合起来的问题等。对基 础地理信息数据库进行系统的设计和研究，对于解决以现阶段存在的问题，实现其“基 础性”作用，充分发挥它的综合社会经济效益，显得尤为重要。 浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 1 3本文研究内容和章节安排 1 3 1本文研究内容 本研究的主要内容是研究和设计基础地理信息数据库建设的各主要环节，包括基础 地理信息数据标准的编制、数据库结构设计以及基础地理空间数据的维护于更新等内 容，以实现对多元数据的集成管理，基础地理空间数据的规范化和标准化，数据库的动 态更新；最后以金华市基础地理空间数据交换平台为基础做进一步扩展，给出系统实例。 主要的内容如下： 1 、编制基础地理信息数据标准。根据实际的开发和应用情况，以国家相关标准为 基础做进一步的扩展和修改，形成一套实用性比较强的基础地理要素编码标准和基础地 理信息元数据标准。 2 、数据库结构设计。按照数据标准的要求建立逻辑上和物理上无缝的基础地理空 间数据库，并建立时态g i s 数据管理机制以及对元数据库。 3 、数据维护与更新。包括数据入库、数据更新及数据管理。其中重点对数据的模 式及实现流程进行了论述。 4 、系统实例。以金华基础地理空间数据交换平台为基础进行扩展，结合以上研究 和设计思想，形成基础信息数据库系统。最后，通过运行实例证明这种解决方案的可行 性。 1 3 2 国内外研究现状 基础地理信息是应用g i s 、r s 、g p s 等技术构建的地理空间基础框架，是其它一切 地理数据的基础参考框架，是各类地理信息用户的统一空间载体，其面向社会，应用面 宽，具有极高的共享性和社会公益性，它为国民经济和社会信息化提供统一的空间定位 与基础地理信息公共平台( 向洪普，2 0 0 4 ) 。综合运用地理信息系统技术、数据库技术、 网络技术建设基础地理信息数据库，对基础空间数据进行管理、维护、更新、检索，作 为一种全新的理念和手段来满足城市规划、建设以及城市生活的需要；同时它也可为国 民经济发展、国防建设、人口、资源、环境和灾害等重大社会持续发展问题提供全面的 多层次的基础信息服务。 本文主要是对基础地理信息数据库建设的各主要环节进行研究和设计，以“地理信 息标准化”、“空间数据模型”、“空间数据库”、“数据更新”等关键词在中国期刊全文数 据库、万方数字化期刊数据库和维普全文期刊数据库中进行检索，查阅了大量文献，根 据查新结果发现，对于基础地理信息数据库建设中的各项关键技术国内外学者都有类似 或相近的研究，对本研究的展开打下了基础。 在地理信息标准化，董连续、李小林( 2 0 0 3 ) 在地理信息标准化实现机制之一： 一致性测试中提出在地理信息领域可采用一致性测试作为一种标准化检测手段和评价 ， 鱼塑坚查竺堕主兰竺笙塞 苎型丝里堡，旦鏊塑壁堡盐皇塞些 方法，并对地理信息一致性测试机制中所涉及的主要概念、对象、过程、方法进行了综 述。刘若梅、蒋景瞳( 2 0 0 4 ) 在地理信息的分类原则与方法研究以基础地理信息 数据分类为例中探讨了地理信息分类的一般原则与方法，分析了国家标准基础地理 信息数据分类与代码存在的问题，并以科学性、先进性、实用性和可操作性为原则， 尝试了修订改进国家标准的可行性和方法。王瑞萍、王家林( 2 0 0 4 ) 在基础地理信息 分类与代码系统设计中以国家标准为参考研究了基础地理信息分类及代码系统设计。 在空间数据模型方面，龚健雅、朱欣焰等( 2 0 0 0 ) 在 对象权限 对象权限是在纵向对数据进行控制的一种权限。在基础地理信息数据库的逻辑划分 中，每个逻辑子库都是由不同的逻辑层所构成。其中有很多图层所涵盖的信息是非常重 要的，例如：居民地层、道路中线层、水系层等等，在某些用户或角色使用目的、使用 性质比较明确稳定的时候，只需把这个用户或角色所用到的图层的合理的使用权限授予 该用户或角色即可。对象权限可具体分为不可见、读取和编辑。缺省情况下用户或角色 对一个图层的权限是读取，当在需要编辑的时候才由管理员授予编辑的权限，如果某一 用户或角色对于某一个层属于不可见的权限，那么该用户或角色在客户端调用该图层是 将有越权的提示。 区域权限 区域权限是在横向对数据进行控制的一种权限。即用户或角色获得某一图层的浏览 或编辑的权限后同样需要在水平方向对其进行控制，特别是当用户或角色是以编辑的权 限登录客户端。编辑的范围是非常明确的，没有必要把这个用户的编辑范围扩大到整个 图层的范围。为实现区域限制，管理员可以预先定义一些系统区域，再根据用户的需要 把这些区域授予不同的用户和角色，当用户和角色在客户端调用时候，系统将自动进行 过滤。 ( 2 ) 权限对象管理 系统权限对象的种类和数目比较多，如果把数据库中的每种权限对象都对一个指定 的用户或角色进行授权，会增加管理员的工作量。所以数据库的权限管理分为两个阶段： 权限的提取 权限提取主要是从系统繁杂的权限对象中提取系统日常运行中需要经常考虑的权 4 9 移浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 限对象，使这些系统权限对象处于选定状态，当然在特殊的情况下也可以提取一些不常 用的权限对象，这就主要看具体的应用情况了。当系统权限处于选定状态后，这些权限 对外表现为最小的权限。 用户授权 根据用户或角色工作的需要，就选定的权限对象对用户或角色进行适当的授权。 4 3 4 数据库的备份机制 基础地理信息数据库中的数据是独立于数据库管理系统而存在的，无论是自然错误 或人为错误，都可能有产生的错误，为了能够恢复修改前的状态和值，数据库必须具备 备份机制。一般包含以下操作： 1 、恢复：在出错时可回到修改前状态。 2 、备份：数据库修改后，原数据应有备份，这种备份分为完全备份和增量式备份。 3 、历史数据：当数据库中的数据修改后，原来的数据要保存在历史库中，供以后 用。基础地理信息数据库是一个基于实体历史回溯的数据库系统，系统能够记录历史时 期的地理信息，用户可以在服务器端或客户端调用任意时间点的地理数据，对于历史地 理数据库只能浏览显示，对当前现势库可以进行浏览显示及编辑功能。 基础地理信息数据库的备份机制完全采用o r a c l e 提供的备份机制。以a r c s d e 的表 空间为备份对象，短期( 1 个月) 对数据库做联机增量备份；在长期( 半年) 做脱机全 库备份。 浙江大学硕士学位论文 基础地理信息数据库设计与实践 第5 章基础地理信息数据库系统实例 通过以上研究，本研究提出了一套符合基础地理信息数据库建设要求的基础地理要 素分类编码标准和基础地理信息元数据标准，设计了数据库结构及元数据库，研究了空 间数据维护、数据更新的模式和实现流程及相关的数据库管理，在这一章中将给出本研 究的应用实例基础地理信息数据库管理系统( f g i d m s ，f u n d a m e n t a lg e o - s p a t i a l i n f o r m a t i o nd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) ，该系统已在多个项目种得到应用，有效 实现了对多海量基础地理信息的集成化管理。 5 1系统目标 5 1 1系统总体目标 基础地理信息数据库管理系统的目标是将传统的多源、多尺度的空间数据文件方式 转为统一的、共享的数据库格式，实现对海量空间数据库进行无缝存储和管理，并提供 相应的数据更新和管理机制。实现后台对数据库的标准规范的定义和管理。交换管理和 日常安全管理( 如数据的备份、恢复) 、性能优化调整等功能，为平台的高效、稳定运 行创造良好的环境。其总体的构架如图5 - 1 所示。 图5 - 1 系统总体构架 毯 一 一銎蠹 浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 5 1 2系统具体功能与任务 系统大体上可分为图库操作和数据字典管理两个大模块。图库操作主要实现建库、 数据入库、更新及相关操作：数据字典主要实现图库类型管理、表模版管理、属性代码 表维护等。同时还提供一些与系统性能有关的功能，比如日志管理、系统信息等。系统 日志存放日常操作信息，包括操作模块、消息级别、消息内容和消息发送人等信息。系 统信息则显示系统当前客户端机器信息以及服务器的数据库信息。系统的总体功能结构 如图5 - 2 所示。 数据更新调查 h数据采集 - 叫 数据格式转换 l h 敦撼检查 散据标准 h i u数据入库 i 。蚕龛淤， 竺乡 i 是 y 数据更新 _ 1 数据库警理卜卜窜 i0 i 空问黼觥台- l 喇啉- f 一上黼_ 5 1 , 3软硬件环境 图5 - 2 系统功能结构 拓 展 应 用 所需要的硬件和软件环境如下所示。 l 、硬件配置要求 ( 1 ) 服务器配置： 主机；任何可以运行o r a c l e 数据库管理系统的服务器( 包括s u n 服务器或p c 基础地理信息数据库 浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 服务器) c p up 4 2 4 g h z 以上 内存：5 1 2 m 以上 硬盘：s c s i 硬盘，1 0 0 g 以上 网卡：l o o m ( 2 ) 客户机配置： 主机：p c 机； c p up i i i8 0 m m 乜以上 内存：2 5 6 m 以上 硬盘：4 0 g 以上 网卡：1 0 0 m 自适应 图形加速卡：如果需要使用三维地图，则需要配置三维图形加速卡 高分辨率显示器：至少1 0 2 4 7 6 8 2 、软件配置要求 ( 1 ) 服务器： 操作系统：任何可以运行o r a c l e 数据库服务器的操作系统，如w i n d o w sn t4 0 、 w i n d o w s 2 0 0 0 、s o l a r i s 、l i n u x 等 数据库管理系统：o r a c l e 9 i g i s 系统平台：a r c s d e9 1 ( 2 ) 客户机： 操作系统：w i n d o w s2 0 0 0p r o f c s s i o n a l w i n d o w s g i s 系统平台：a r c g i s 9 1d c s k t o p 数据库：o r a c l e9 i 数据库客户端软件 5 2系统简介 5 2 1 图库 图库操作主要管理与系统数据库建立有关的一系列操作。其功能主要包括：建库、 数据导入、导出和格式转换、质量检查、预览图形及属性数据编辑、拓扑检查等。 建库完成后可以对该数据库进行操作，包括数据库改名、查看该数据库属性、数据 拓扑检查等，对于数据库下面的每一个图层可以进行数据的导入导出、属性值编辑、元 数据( 包括属性信息和空间信息) 预览、图形数据预览、表数据预览等。 数据入库后要进行数据检查。检查内容包括几何检查和属性检查以及面积逻辑性检 查。这里几何检查和面积逻辑性检查具有一定的共性。几何拓扑关系得到保证是面积逻 辑正确的前提条件。数据库需要检查的拓扑关系包括层内拓扑与层间拓扑。层内拓扑指 浙江大学硕士学位论文 基础地理信息数据库设计与实践 同一层内的几何对象无叠盖无缝隙，达到严格的剖分关系。层间拓扑能对不同层对象维 护一致的拓扑关系。拓扑验证是根据用户所设立的拓扑关系以及指定范围进行拓扑验 证。验证过程中自动处理在容差范围内的细小误差。 数据交换功能，主要用于将系统的数据进行上传、下载，增加数据的交互能力。本 系统数据导入支持的格式有：s h a p e f i l e 、c o v e r a g e 、c a d ( d w g 和d x f ) 、e 0 0 和v e t ， 数据导出支持的格式有：s h a p e f i l e 、e 0 0 、d x f 、p g d ( p e r s o n a lg e o d a t a b a s e ) 。 对入库数据进行分幅管理，虽然数据统一无缝存储，系统仍提供分幅管理的功能以 满足日常对数据的管理需要，可以根据不同比例尺建立矩形分幅、梯形分幅等标准分幅。 5 2 2数据字典 数据字典用于管理系统数据字典，实现标准与规范管理。包括图库类型的传建、图 层设置、表结构等进行定义和管理，拓扑模版创建，权属代码表和属性代码表等。 创建图库类型是可以根据数据标准中的地理要素分类来设置图层，也可以更具具体 应用的需要来设置及对各图层字段进行编辑。 拓扑模版更不同图库类型的应用需求，选择参加拓扑的图层，自定义拓扑规则，这 样可以在建库的时候进行同一类型的拓扑检查以保证数据质量。 权属代码分为乡、镇级以上权属信息( 包含乡、镇级) 和村级权属信息。权属代码 表对于数据逻辑管理是至关重要的，它有利于建立系统数据库之间的逻辑关系。 属性值代码表用于定义系统所经常使用的带有规定性的内容进行统一管理，以便在 使用时避免用户输入，从而提高系统的容错能力。地物分类以基础地理要素分类编码标 准为参照，进行要素对象的编码和符号化表示。 5 2 3 系统维护 用来管理系统用户，包括用户角色定义、用户权限定义，该模块主要是为了维护数 据的安全。系统管理模块还有一个功能是服务器连接配置，用来测试客户端程序与系统 服务器数据库的连接情况。 5 3系统运行实例 1 、系统主界面 图5 - 3 给出了系统图库，图5 - 4 给出了系统数据字典主界面。 浙江大学硕士学位论文摹础地理信息数据库设计与实践 图5 - 3 图库主界面 图5 4 数据字典主界面 2 、创建图库 创建图库可以依据不同级别的比例尺分为按矩形分幅创建图库河岸梯形分幅创建 图库。创建图库以向导方式进行，依据向导提示，依次输入图库基本信息、空间信息、 图层信息及坐标系统信息等，其界面如图5 5 所示。 浙江大学硕士学位论文 基础地理信息数据库设计与实践 图5 - 5 图厍创建向导 3 、数据交换 在图库管理予系统中，数据交换的方式主要有图库级别的数据批导入、导出，图层 的单层导入、导出。提供数据交换的格式有a u t o c a d 的d w g 和d x f 格式、s h a p e f i l e 、 c o v e r a g e 、e 0 0 、g e o d a t a b a s e 、v c t 等。 数据单层导入向导如图5 - 6 所示，设置导入的数据源、数据检查项、字段匹配、条 件过滤等。 图5 - 6 数据导入向导 数据导出如图5 7 所示，设置导出数据所在位置，如果导出数据格式能包容多个图 层，则可以选择需导出的图层。 浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 图5 - 7 数据导出向导 4 、拓扑检查 a r c e n g i n e 提供强劲的拓扑功能组件，包括层内拓扑和层间拓扑，还能将容查范围 内的数据完全修复。拓扑检查是在一个图库内根据该类型图库定义的拓扑规则进行选择 性检查和拓扑错误浏览，其界面如图5 8 所示。 图5 - 8 创建拓扑 5 、数据检查 数据检查主要是针对某一具体图层的，包括空值检查、代码规范检查和代码匹配检 查及结果显示，其界面如图5 - 9 所示。 浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 图5 - 9 数据检查 6 、图库模版 系统提供用户更具实际需求自行建立自己的图库类型，定义自己的图库内容、层集、 图层、图层字段等，其相关界面如图5 1 0 所示。 圉5 1 0 创建图库模版 7 、拓扑模版 用户可以根据某图库类型的特点及需要，制作属于该图库类型的拓扑模版，在建库 后直接套用拓扑模版对数据进行检查，其界面如图5 1 1 所示。 浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 图5 1 1 拓扑模版创建向导 8 、行政区代码表 行政区代码表存储和管理各级行政单位的代码和名称，并支持行政区代码信息的添 加、删除、编辑和导入导出，其界面如图5 1 2 所示。 图5 1 2 行政区代码表导入导出 9 、属性代码 属性代码主要是用于规定系统数据的编码规范及代码和属性信息的相互索引。系统 支持数据属性代码的新建删除，以及代码表数据的编辑和导入导出，其界面如图5 1 3 所示。 浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 图5 1 3 属性代码表创建及导入导出 1 0 、属性代码 系统管理主要包括数据库连接参数( 如图5 1 4 所示) 和分配用户权限( 如图5 1 5 所示) 。 图5 1 4 设置数据库连接参数 6 0 - 浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 图5 一1 5 分配用户权限 6 1 浙江大学硕士学位论文基础地理信息数据库设计与实践 第6 章总结与展望 基础地理信息是数字化建设的重要基础。对基础地理信息的研究、开发、利用和管 理成为社会信息化建设的基础工作和重要组成部分。随着g i s 技术应用领域的不断扩大 和所需处理数据的不断增长，迫切需要建立以标准化和规范化为基础的基础地理信息数 据库，提供海量基础空间数据的组织、建库、维护、更新、管理等一系列功能。本文作 者针对基础地理信息数据库建设，进行相关理论和关键技术的探索，并进行相应的测试 和应用系统的开发。研究工作取得了一些成果，相信对从事该领域研究的学者和开发人 员有一定的参考价值和启发。 6 1研究工作总结 本研究全面研究基础地理信息数据库建设各主要环节的基础上，提出一套兼顾实用 性和普适性的基础地理要素分类标准和基础地理信息元数据标准方案，并以此为基础设 计数据库逻辑结构、物理结构及元数据库，同时对基础地理信息数据入库、数据更新和 数据库管理做了全面的研究。最后在w i n d o w s 操作系统平台下，采用v i s u a lc + + 6 0 作 为开发环境，以组件化的方式实现，采用g e o d a t a b a s e 模型的先进思想，基于大型数据 库o r a c l e ，实现以上研究和设计思想。对基