地理信息系统的数据库设计.doc

中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 1 原创性声明原创性声明 本人呈交毕业论文 是在导师指导下 独立进行研究工作所取得成果 所有数 据 图片资料真实可靠 尽我所知 除文中已经注明引用内容外 本毕业论文研究 成果不包含他人享有著作权内容 对本论文所涉及研究工作做出贡献其他个人与集 体 均已在文中以明确方式标明 本毕业论文知识产权归属于培养单位 本人签名 日期 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 2 摘摘 要要 地理信息作为信息时代地球空间信息基础与其它信息空间载体与框架 基础地 理信息不仅仅是经济可持续发展科学化决策依据以及政府信息化重要信息源 同时 也是经济社会发展中各行必不可少重要信息 当前 全国多数省级基础地理信息数 据库处于起步阶段 基础地理信息数据库是省级空间数据基础 伴随信息产业发展 建立省级基础地理信息数据库已成为衡量一个省信息化程度重要指标之一 作为国 家基础地理信息系统组成部分 省级地理信息数据库在政府信息化建设与社会经济 可持续发展中发挥着日益重要作用 本文对 河北省基础地理信息数据库系统 进行设计 该系统优越性 数据库 设计是基于 Geodatabase 数据模型 ArcSDE 将数据汇集于关系数据库进行统一管理 该方案有利于提高访问速度与数据量数据存储能力 基于这一方案建立省级基础地 理信息数据库 经实践检验 系统运行稳定可靠 证明了数据库系统框架结构与技 术路线的正确性与可实践性 关键词 关键词 地理信息 数据库 Geodatabase ArcSDE 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 3 ABSTRACT Fundamental geographic information is the basic of earth spatial information in the information age It is also the space carrier and frame of other information Fundamental geographic information is not only the basis of national economy sustained development and scientific basis for decision making It is also the important information source of government information and network Also in the process of economic and social development it is the important and indispensable information of various vocations Hebei provincial committee and provincial government attach great importance to development of my province basic geographic information industry At present the most provincial basic geographic information database building still at the starting stage Provincial basic geographic information database is the basis of the provincial spatial data With the rapid development of the information industry the establishment of provincial basic geographic information database has become a measure of the information degree as an important indicator The provincial basic geographic information database is playing an increasingly important role to meet the information projects and socio economic sustainable development In this paper first I introduced the background and purpose of the Hebei basic geographic information database system Next I explained the key technologies of the establishment of the spatial database Which gave detailed descriptions of the patial data model Geodatabase and spatial databases engine ArcSDE Finally Conjunction with the construction of Hebei basic geographic information database system I showed the design of the spatial database system and the realization of the database function Key Words Spatial database Geodatabase ArcSDE 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 4 目目 录录 1 1 引言引言 6 6 1 1 概述 6 1 2 本文研究内容国内外研究现状 6 1 2 1 本文研究内容 6 1 2 2 国内外研究现状 7 1 3 基础地理信息数据库特征 7 1 4 现阶段基础地理信息数据库建设存在问题 8 1 5 进行基础地理信息数据库设计研究背景与意义 8 2 2 基础地理信息数据库建库标准设计基础地理信息数据库建库标准设计 1010 2 1 基础地理要素分类编码标准编制思路 10 2 1 1 基础地理要素分层 10 2 1 2 基础地理要素分层方案 10 2 2 基础地理信息元数据标准编制思路 10 2 2 1 基础地理信息元数据标准 10 2 2 2 地理要素元数据说明 11 3 3 基础地理信息数据库结构设计基础地理信息数据库结构设计 1111 3 1 基础地理信息数据库设计总体目标 11 3 2 基础地理信息数据组织模型 11 3 2 1 基础地理信息数据组成 11 3 2 2 基础地理信息数据模型 12 3 3 基础地理信息数据库数据模型 13 3 4 基础地理信息数据库结构 14 3 4 1 设计思想 14 3 4 2 基础地理信息数据库结构设计 15 3 5 基础地理信息元数据库设计 15 3 5 1 元数据存储结构 15 3 5 2 元数据管理模式 15 3 6 空间数据存储及索引 16 3 6 1 空间数据存储模型 16 3 6 2 空间索引方法 17 4 4 基础地理信息数据库系统实例基础地理信息数据库系统实例 1818 4 1 配置要求 18 4 2 系统运行实例 18 结束语结束语 2121 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 5 致谢致谢 2222 参考文献参考文献 2323 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 6 1 引言引言 1 1 概述概述 地理信息作为信息时代地球空间信息的基础与其它信息的空间载体与框架 基 础地理信息不仅仅是经济可持续发展科学化的决策依据以及政府信息化的重要信息 源 同时也是经济社会发展中必不可少的重要信息来源 当前 全国大多数省级基 础地理信息数据库刚刚处于起步阶段 但是基础地理信息数据库是各省级空间数据 基础 伴随信息产业不断发展 建立省级基础地理信息数据库已成为衡量一个省的 信息化程度的重要指标之一 同时作为国家基础地理信息系统组成部分 省级地理 信息数据库在政府信息化建设 社会和经济可持续发展中发挥着日益重要的作用 伴随空间信息技术的发展 地理信息数据量不断扩大 有必要结合新技术 尽快完 成建设覆盖全省范围的多尺度基础地理信息数据库 实现多级 多元 海量数据存 储 集成化管理 促使地理数据分发与发布更好地满足社会需求 当今 各种地理信息系统建设呈现繁荣景象 统一基础地理信息作为建设基础 是十分必要的 地理信息数据库的作用是将基础地理数据的获取 管理 处理 维 护等环节连成一个整体 本文从地理信息数据库建设的各环节设计入手 解决当前 基础地理信息数据建设过程的存在问题 1 2 本文研究内容国内外研究现状本文研究内容国内外研究现状 1 2 1 本文研究内容本文研究内容 本文主要内容是研究 设计地理信息数据库建设各环节 包含地理信息数据标 准编制 数据库结构设计 对多元数据集成管理 最后结合河北省省级基础地理信 息数据库做进一步扩展 给出系统实例 1 2 2 国内外研究现状国内外研究现状 本文主要对基础地理信息数据库各环节进行研究 设计 在中国期刊全文数据 库 万方数字化期刊数据库与维普全文期刊数据库中进行检索 查阅大量文献 对 基础地理信息数据库中各环节关键技术国内外的学者都进行了类似或相近研究 为 本文的研究工作展开打下理论基础 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 7 董连续等在 地理信息标准化实现机制之一 一致性测试 中提及在地理信息 系统领域可以采用一致性测试 作为标准化的评价方法或检测手段 对地理信息一 致性测试涉及的概念 过程 对象 方法进行综述 刘若梅等在 地理信息分类原 则与方法研究 以基础地理信息数据分类为例 中主要论述地理信息分类的原则与 方法 分析 基础地理信息数据分类与代码 国家标准 所存在问题 并以科学性 实用性 先进性与可操作性为原则 尝试修订 改进国家标准可行性 田樱 田鹏进行了空间数据库的研究 并在 海量空间信息存储技术 基于多 比例尺空间信息单精度空间数据库研究 中提出了以可扩展关系对象型数据库为基 础 建立多比例尺的空间信息系统单精度数据库 解决海量空间信息存储的问题 并给出系统框架 桂润堂等对空间信息数据库的集成过程中 数据模式制约问题进 行了研究 在 湖北省水土流失动态监测网络系统 中 应用研究成果构建了综合 数据库 陈军等数据更新方面的研究 在 基础地理数据库持续更新问题 中 分析了 基础地理数据库的研究现状以及更新需求 归纳持续更新过程与 初始建库 过程 的不同理论 方法与关键技术 建议加强对主数据库中增量数据的建模方法 研究 了多源遥感影像及矢量地图数据自动配准等方面技术 对多尺度地图数据库级联更 新自动方法 客户数据库更新方法 以及 GPS 集成条件下重要基础地理要素信息变 化时如何提取做了详细研究 邹进贵 潘正风在 城市基础地理信息系统数据更新 方法研究 中对地理信息系统数据更新方法及更新过程问题进行深入探讨 1 3 基础地理信息数据库特征基础地理信息数据库特征 基础地理信息是最具有基础性 普适性及共享性地理信息 主要描述地物 地 形 境界等空间分布 相互关系及随时间变化 是信息空间定位与分析基础 基础 地理信息为地理空间数据一部分 具有地理空间数据特征 属性特征 除空间位置外 地理空间数据包含地物自然或人文属性指标成分 如 表述一个城镇居民点 若仅有位置坐标 那只是一个几何点 要构成居民点地 理空间数据 需社会 经济 资源与环境等属性数据 空间位置特征 地理空间数据包含指明地物在空间中位置成分 地物本身地理 位置 位置通常用某种地理坐标或经纬度 高程 或者其组合 也可用相对其它参 照物位置来描述 多个地物之间位置相互关系 或者空间关系 如地物之间距离 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 8 相邻 相连与包含关系等 时态特征 指地理现象发生或数据采集的时刻或时段 同一地点的多时段数据 可以动态地表现该发展变化 时态数据可以按时间尺度划分为短期 中期 长期与 超长期类型 1 4 现阶段基础地理信息数据库建设存在问题现阶段基础地理信息数据库建设存在问题 当今 我国地方省市都在开展基础地理信息数据库的建设 而且已经取得了一 定成效 基础地理信息数据库作为数字化建设的重要部分 应当受到专家学者的关 注 但是数据库建设面临一系列无法回避的问题 地物要素编码标准 地物要素的编码标准是实现基础地理信息共享的基础 是 支撑地理信息发展与应用的重要技术规范 国家己经颁布了部分标准 例如基础地 理信息相关的国家标准 1 5001 10001 2000 地形图要素分类与代码 不同地 区的标准之间不相协调 不同比例尺分类的编码标准无法兼容 如何将国家标准作 为基础 平衡兼顾各种需求 是要研究解决的重要问题 数据更新问题 以前人们的注意力主要集中于 初始建库 数据库更新的理论 与技术研究研究相对较浅 没有一个较为成熟的方案 现在普遍采取方法就是 删 除旧 加载新 对数据更新模式 历史数据维护 历史回溯等问题没形成一套成熟 理论与技术 元数据 元数据是关于数据描述性数据的信息 也就是描述数据的数据 国家 颁布 国家空间信息基础设施空间元数据内容标准草案 内容极其复杂 对所有空 间信息应用来说具有非常重要的指导作用 须使用更具实际应用意义的方法来修改 建立元数据标准 同时进一步研究元数据维护 更新 发布问题 数据库设计 中小城市的基础地理信息数据库总体水平不高 大部分采用的是 文件与数据库混合的方式 当采用大型关系数据库时 由于技术等各方面原因 无 法全面地兼顾数据达成统一标准 多源空间数据集成 数据更新 元数据维护 应 用拓展等方面存在弊端 因此 要对数据库做进一步改进 保证基础地理信息数据 库 基础性 的特征 1 5 进行基础地理信息数据库设计研究背景与意义进行基础地理信息数据库设计研究背景与意义 基础地理信息数据库同各级地理信息系统紧密联系 是专题地理信息系统的前 提与基础 一个完善的地理信息数据库对于各地理信息上层建设具有重要作用 基 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 9 础地理信息数据库的目的与意义概括如下 完善测绘 提高测绘质量 伴随信息技术应用的日益广范 传统图纸已无法满 足生产与工作的要求 许多部门进行信息系统建设时 需要数字地形图等相关资料 测绘部门生产方式已发生转变 传统生产方式被数字化测图所取代 此外社会信息 化建设需要数字化地理信息 地理信息数据库可以代替测绘产品及服务体系 满足 社会的各种需求 保持基础地理信息的现势性 当代社会经济发展飞速 对数据更新速度提出了 更高要求 应建立实用的和先进的基础地理信息数据库 对基础测绘资料进行科学 和高效的管理 提高空间数据维护与服务效率 保证空间数据现势性 通过地理信 息数据库建设进而改进基础地理信息数据更新 缩短更新周期 同时维护历史数据 促使基础地理信息保持现势性与准确性 保证了基础地理信息一致性 基础地理信息数据库是统一地理信息的方法 一 些应用领域尤其是政府部门各自采集城市的数据 由于需求标准不同 技术存在差 异 财力投入也不同 因此各部门采集基础地理信息存在不一致情况 甚至是矛盾 导致了各系统的数据共享能力不足 标准化 规范化的要求是建立基础地理信息数 据库保证基础地理信息一致 可以有效解决以上问题 基础地理信息的共享可以减少重复投入 基础地理信息数据库可以实现对基础 数据统一管理 实现规范化 标准化 与网络联系之后可以实现基础地理信息的共 享 各部门可以根据部门特点对基础地理信息进行筛选 不同的用户根据自己情况 可以选择使用基础地理信息中的特定内容 将工作重点放到专业信息上 不需花费 精力采集基础地理数据 促进社会与经济可持续发展 社会与经济的建设发展需要合理决策与支持 基 础地理信息数据库为基础的办公自动化 专家系统等辅助决策系统可以进行决策 当今 我国许多省市开展了基础地理信息数据库建设 并取得了一定的社会经 济效益与研究成果 但是许多问题还需做进一步研究 例如多源数据库组织与建设 问题 多种专题数据叠加时 如何保证数据唯一性问题 如何将其他数据采集方式 与城市基础地理信息系统有机结合等问题 其中 基础地理信息数据库系统的设计 对解决现阶段存在问题 实现其 基础性 作用 充分发挥综合社会和经济效益 显得尤为重要 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 10 2 基础地理信息数据库建库标准设计基础地理信息数据库建库标准设计 2 1 基础地理要素分类编码标准编制思路基础地理要素分类编码标准编制思路 2 1 1 基础地理要素分层基础地理要素分层 依据 1 500 1 1000 1 2000 地形图数字化规范 GB T17160 1997 与基础 地理要素分类编码占用要素分类 基础地理要素以及图层名称由英文名称缩写与几 何要素类型英文名称缩写组成 2 1 2 基础地理要素分层方案基础地理要素分层方案 基础地理信息都是通过层来管理空间数据 如何设计合理层体系对系统开发与 管理十分重要 较粗分层影响数据使用 比如侧重以几何特征进行分层 包含点 线 面三层 及注记与辅助层共分为 5 层 这一分层方法大大减少数据采集与编辑难度与工作量 基础地理信息数据库设计时在考虑充分利用已有地形图丰富信息同时 又考虑地形 图通用性 按该观点 结合 GIS 中对空间数据几何划分 通过对地形图进行数字化 所建立基础空间数据库方案 2 2 基础地理信息元数据标准编制思路基础地理信息元数据标准编制思路 2 2 1 基础地理信息元数据标准基础地理信息元数据标准 元数据是关于数据描述性数据信息 即描述数据数据 它应尽可能多地反映数 据集自身特征规律 以便于用户对数据集准确 高效与充分开发与利用 不同领域 数据库 其元数据内容有很大差异 通过元数据可以检索 访问数据库 可以有效 利用计算机系统资源 可以对数据进行加工处理和二次开发等 元数据内容包括 对数据集进行描述 对数据集中的数据来源 数据项 数据 所有者及数据生产历史等说明 对数据质量进行描述 如精度 逻辑一致性 完整 性 分辨率等 比例尺等 对数据处理信息进行说明 如量纲的转换 对数据转换 方法进行描述 对数据库更新 集成等进行说明 一个元素包括元定义 素名 类型 域名 值域缩写 树状结构的根节点是复 合元素 该复合元素由其他表示数据集不同方面特征的复合元素组成 根据基础地 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 11 理信息应用情况以及开发经验 删除 添加和修改 国家空间信息基础设施空间元 数据内容标准草案 形成本设计的元数据标准方案 元数据结构具体如图 2 1 所示 图图 2 12 1 元数据结构图元数据结构图 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 12 3 基础地理信息数据库结构设计基础地理信息数据库结构设计 3 1 基础地理信息数据库设计总体目标基础地理信息数据库设计总体目标 数据库的设计建设应充分利用现有的基础地理信息 才能实现数据高效转换和 高效管理 应在满足各类型地理信息系统用户需求的同时 嵌入国家制图标准以满 足各单位需求 应具有一套成体系的数据标准 满足各专业的地理信息系统用户需 要 应建立完善数据库 更新维护结构体系 保证现势可靠 应保证系统以及数据 的开放 应具备完整的时态信息管理能力 最后 应具有完备的质量控制和数据安 全发布的系统 3 2 基础地理信息数据组织模型基础地理信息数据组织模型 3 2 1 基础地理信息数据组成基础地理信息数据组成 基础地理信息的通用性是最强的 共享需求量是最大的 几乎能被所有与空间 信息有关的行业利用 地理单元作为空间定位和空间分析的基础 主要构成为地貌 水系 植被 居民地 境界 交通 特殊地物 地名等要素构成 此外 还有用于 信息定位的坐标系格网 其具体内容也和所采用的地图比例尺相关 比例尺增大之 后 基础地理信息覆盖范围更加广泛 基础地理信息的表现形式也是多种多样的 可以是数据 航空像片 卫星像片 不同比例尺的地图 甚至可以是声像资料 基 础地理信息数据可以分为以下几种 数字线划图 测绘部门数字成果 主要组成为矢量要素数据 包括管理境界 水文数据 道路交通交通信息 植被等基础信息 以及综合管线等专题信息 数字正射影像 提供经过位置纠正过的栅格影像 可以作为背景 将应用结果 表现在景观上 包括各种分辨率图像 精度定位 高分辨率数据对于框架要素编排 是很重要的 尤其支持那些局部数据需求 高程数据 提供地形信息 有许多不同应用 可用于用户可能需要地形表示的 场合 如点高程 等值线图 三维透视 也用于建立模型 如道路规划 剖面计算 水流等 在应用中 高程数据通常同其他数据结合使用 大地测量控制 为所有地理数据提供一个坐标参考系 将所有地理要素联 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 13 3 2 2 基础地理信息数据模型基础地理信息数据模型 数据模型是表示 抽象和模拟现实世界中的数据和信息 空间的数据模型就是 寻找一种描述地理实体的有效的数据表达方法 根据应用要求 建立实体数据结构 以及表现实体之间的关系 以便于应用 目前 在地理信息系统的研究领域 已经 提出的空间数据模型有矢量模型 栅格模型 栅格和面向对象的模型 矢量模型 建立在二维平面上的矢量数据模型 是目前地理信息系统应用最广 泛并且与传统地图表达方式最为接近的空间数据模型 矢量模型采用类似线条画表 达的方式 用点 线和多边形刻画关注空间的对象轮廓 位置及几何关系 同时将 属性数据组织好 与空间特征数据一起描述地理事物和他们之间的相互联系 栅格数据模型是一种最直观且最简单的空间数据模型 它把地面划分为均匀网 状格 根据行列号确定每个网格单元的位置 并且这一数据模型具有能够表示编码 值或实体属性类型的特点 地理信息系统的遥感数据 扫描数字化数据和地面高程 数据都属于栅格数据 因为栅格数据中行列阵很容易被计算机操作 存储或显示 这一有点给空间数据处理带来了极大方便 受到人们普遍欢迎 面向对象数据模型 面向对象方法起源于面向对象编程语言 它以对象为最基 本元素来分析问题 解决问题 计算机实现对象与真实世界具有一对一对应关系 不需作任何转换 这样使方法更易于为人们所理解 接受和掌握 所以 面向对象 方法有着广泛应用前景 3 3 基础地理信息数据库数据模型基础地理信息数据库数据模型 地理数据模型是一个现实世界地理实体及其相互间联系的概念 可以为描述地 理数据组织以及设计地理数据库模式提供基本思路与方法 是数据管理重要内容 基础地理信息数据库的数据模型是数据模型在数据库中的表达 数据库数据模型如 何选取 直接影响着地理数据的定义 查询 存储 更新模式 进而影响地理分析 辅助决策等功能 数据模型主要有两种模型 Geodatabase 数据模型 Oracle Spatial 数据模型 本文的设计是基于 Geodatabase 数据模型 因此这里对其做详细 剖析 Geodatabase 作为 ArcGIS8 中引入的一个全新的空间数据模型 是建立在 DBMS 上的统一 智能的空间数据库 前者是指 Geodatabase 模型将地理信息系统通常所处 理和表达的地理空间要素汇集在同一模型框架之下 通过面向对象技术 现实空间 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 14 地理要素可以抽象为若干对象类组成的数据模型 以数矢量要素类 据集 栅格 网络 三维表面 地理编码等进行统一地描述 智能 是在 Geodatabase 模型中 地理空间要素的表达比以往模型更接近人对现实地理要素的认知模式 地理空间要 素行为 规则与关系被引入之后 再对地理空间要素进行客户化的定义 使不同地 理空间要素的一致性得到正确维护 Geodatabase 数据模型是标准化空间对象模型 采用面向对象技术 定义并描述空间实体或现象显式 可以使其更接近人对地理空 间对象的认识模式 Geodatabase 模型体系结构的组成 要素数据集 栅 域值 关系类 规则 表 几何网络等要素组成 Geodatabase 数据模型核心元素的描述 对象类 Geodatabase 中一般为对象类 存储包含地理对象以及非地理对象的描述信息 要素类 含有几何字段的对象类统 称为要素类 是包含同一种几何类型空间对象的集合 关联类 定义两个不同要素 类或者对象类之间的关系 要素数据集 是具有相同空间参考系的要素类的集合 域 定义属性有效的取值范围 是连续变化区间或者离散取值集合 规则 对要素 类行为 取值的约束规则 用来验证属性 3 4 基础地理信息数据库结构基础地理信息数据库结构 3 4 1 设计思想设计思想 基础地理信息数据库系统要能够进行空间信息管理与维护 以直观图形或者图 像数据为搜索引擎 用户可以直观地对空间数据进行检索 管理 分析 查询与应 用 提供可视化的 多元空间的信息服务 基础地理信息数据库的构成 数字正射影像数据 基础地形图数据 综合管线 数据 整个系统具备自身扩展机制 当用户和应用不断变化时 数据库的内容也会 随之变化 主导思想是利用 ArcGIS8 技术提供 Geodatabase 模型 汇集复杂空间数 据 建立一个开放的和灵活的基础地理信息数据库 3 4 2 基础地理信息数据库结构设计基础地理信息数据库结构设计 同一个空间数据库是有着共同空间参考 带有空间分幅描述信息一些要素类的 集合 本文设计的模型数据逻辑组织方式为纵向逻辑分层 横向逻辑分幅 空间数 据库按照基础地理要素进行分类 编码的标准划分为不同要素层 同一要素层物理 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 15 存储为一张表 同一个空间数据库的图幅信息以特定分幅索引表进行描述 这样为 实际的应用提供了良好的存储机制及管理机制 保证同种地物类型数据可以实现无 缝存储 但又能保存不同的图幅水平划分 本文设计涉及的空间分区是根据不同特征类 在图库整体范围内 按照空间数 据分布的均衡度以及密集度的不同 将其划分为不同的块 每一个块都有唯一的标 识 值得注意的是 不能跨分区进行分幅 要求同一个图幅落于同一个分区 横向 空间的合理分区可以大幅度提升系统响应效率 纵向分层是面向空间实体进行的 同一种类的空间实体应划分到同一个图层 如道路 河流等 一种特征类可以用点 线 面表示 也可以用它们的组合表示 为方便海量空间数据的管理工作 将其按一定方法 划分区域为多个分块 每个分 块称作为一个图幅 严格地来说 一个图幅含有多个层类的信息 可以说是一定区 域内多层专题信息的综合 对于本文研究的海量空间数据库 按基础地理要素的分类标准对数据分层进行 分类 例如控制点层 面状水体层 居民地层 境界面层等 同一个图层的所有空 间目标具有相同属性的结构 在逻辑上把同一种地理要素大类的图层组合在一起 作为一个层集 本文设计的地理信息数据库总体逻辑组织结构如图 3 1 所示 图图 3 13 1 总体逻辑组织结构总体逻辑组织结构 3 5 基础地理信息元数据库设计基础地理信息元数据库设计 3 5 1 元数据存储结构元数据存储结构 本文设计的地理信息系统数据库的元数据存储结构 以第二章所述的元数据标 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 16 准为依据 采用以下 7 个数据表描述数据集 主表 描述数据集整体概要情况 坐标范围表 表述数据集所覆盖的坐标范围 单位与发行情况表 多重角度表述数据集的负责人 负责单位以及发行情况 数据更新记录表 显示元数据以及数据集的更新历史 图层数据表 深入描述空间数据图层的数据信息 空间数据表 数据集所包含空间数据的详细描述 非空间数据表 数据集包含非空间属性数据的详细描述 3 5 2 元数据管理模式元数据管理模式 为解决元数据与数据集管理上相对独立问题 可以在元数据管理与数据集管理 面上提供统一综合管理层 以该来协调元数据服务与数据集服务一致性与同步行 同时元数据与数据集本身可以进行分布式管理 其基本模型体系结构如图 3 2 所示 图图 3 23 2 元数据管理模型结构元数据管理模型结构 中心服务器存储着总空间的元数据库 描述本站上所有空间数据库的情况 空 间数据服务器上分别有一个空间元数据库 分站点上空间元数据的和等于中心服务 器上数据库 一般用关系型的数据库来建立空间元数据库 站点上空间数据库有变 化时 应具有自动修改本站空间元数据库的能力 同时向中心服务器传送信息 及 时更新总库 因此 解决总空间元数据库与各站的协调管理问题是重要问题 才能 正常运行 这主要是通过代理程序来实现 也就是在所有服务器上都实时运行着代 理程序 当空间元数据库内容发生变化时 通过网络向中心服务器及本身发送消息 服务器上代理程序在接受消息以后 就会执行有关空间元数据管理方面操作 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 17 3 6 空间数据存储及索引空间数据存储及索引 3 6 1 空间数据存储模型空间数据存储模型 空间数据库引擎的本质是利用与扩展符合工业技术标准的 RDBMS 数据类型功 能 以完成空间数据在数据库之中物理存储 为了支持平台间的访问与互操作 每 种几何类型都应遵循 OGC 等国际标准 RDBMS 强大的功能可以帮助数据库引擎的 数据完整性与一致性维护 提供严格的规则和有效性的检查 同时支持日长事务处 理以及版本管理 实现分布式存储 分布式数据库操作 ArcSDE 是利用数据库所 提供的标准数据类型组织存储空间的数据 具体存储类型如下 ArcSDE 压缩二进制 ArcSDE 有自己独特的存储方案 支持 Oracle 与 SQLServer Oracle 中以 long row 类型完成存储 SQLServer 中以 image 类型 完成存储 ArcSDE 将 Feature Class 空间信息存储于 RDBMS 表中 RDBMS 表通过 唯一的要素识别符连接 由 ArcSDE 维护该连接 RDBMS 表中含有表示地理特征 几何的坐标信息 所有特征的几何坐标 几何度量属性 同时边界都以二进制压缩 存储 RDBMS 属性表存储地理特征的属性信息 ArcSDE 的客户端通过 RDBMS 表 与图层实现交互 对 ArcSDE 客户端的图层是无缝的 空间索引表必须存储格网单 元的序号 要素程度封装边以及要素的标志码 大对象块 BLOB 类型存储 用于数据复制 支持 Oracle Oracle Spatial 标准化方案 仅能在 Oracle 中使用 地理特征得几何数据以数值 形式存储在单独的 Geometry 表中 数据获取通过外键 GID 得以实现 实体可能占 据多行 这主要取决于该地理实体包含点的个数 几何数据类型 通过平台提供的空间数据存储的几何对象 例如 DB2 OracleSDO Geometry 以及 Imformix 提供 ST Geometry 类型 客户选取多种存储方案 存取空间数据 例如在 Oracle 中 用 ArcSDE 二进制 压缩存储点特征层 用 Oracle Spatial SDO Gcometry 类型存储多边形特征层 3 6 2 空间索引方法空间索引方法 ArcSDE 采用的空间索引是经过优化格网的空间索引 建立空间索引表 通过 对 Shape 进行过滤 可以减少磁盘 I O 操作 ArcSDE 的空间索引表包括 要素封装 边界 要素 Shape ID 含格网单元 一个格网单元只包含一个要素的封装边界是理 想情况 如果封装边界变化较大 则可以采用多级格网的索引方法 ArcSDE 最多 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 18 只能提供三级格网单元 建立空间索引目录 减少 Shape 与 Shape 比较次数 从而 达到减少空间查询时间的目的 工作原理如下 空间过滤器格网单元确定空间索引表中格网单元 空间过滤器 封装边界与空间索引表中 Shape 封装边界进行比较 空间过滤器 shape 与空间索引 表中 Shape 封装边界进行比较 空间过滤器 shape 与空间索引表中 Shape 进行比较 重益记录结果 返回客户端 对空间数据区域性 层次性认识 符合 以大化小 以繁化简 人类长期以 来处理复杂事务的规律 这样图幅空间数据的采集以及随后数据的编辑与处理 实 现起来比较合理且方便 ArcSDE 建立图层的空间索引表 可以减少磁盘 I O 操作 降低空间查询时间 通过减少检索数据记录数量避免对整个表进行检索 空间索引组成如下 格网单元 要素封装边界以及要素 shape ID 其中 一个 格网单元仅含一个要素封装边界是理想情况 格网单元是覆盖在图层空间区域上的 正方形 是空间索引的第一步 初始化要素选取 要素封装边界由包围 shape 最小边界框的坐标确定 用于在第二步 搜索时进 一步减少选择要素的数量 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 19 4 基础地理信息数据库系统实例基础地理信息数据库系统实例 在前三章理论研究着重论述符合基础地理信息数据库设计要求的要素分类编码 标准 元数据标准 设计了数据库结构 元数据库 相关的数据库管理方法 本章 将在理论研究的基础之上 给出应用实例 河北省基础地理信息数据库管理系统 进一步证明方案的可行性及合理性 4 1 配置要求配置要求 操作系统 任何可以运行 Oracle 数据库服务器操作系统 如 WindowsNT4 0 Windows2000 Solaris Linux 等 数据库管理系统 Oracle9i GIS 系统平台 ArcSDE9 1 4 2 系统运行实例系统运行实例 系统主界面 信息维护及管理 如图 4 1 所示 图图 4 14 1 系统主界面系统主界面 用户登录 用户进行交互接口与交互平台 如图 4 2 所示 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 20 图图 4 24 2 用户登录界面用户登录界面 用户管理 添加 删除用户 修改用户信息 如图 4 3 所示 图图 4 34 3 用户管理界面用户管理界面 元数据入库 用户在此可以将现有元数据文件进行单个或者批处理入库 如 图 4 4 所示 图图 4 44 4 元数据入库界面元数据入库界面 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 21 元数据查询 根据不同比例尺不同类型 查询指定图幅元数据 如图 4 5 所示 图图 4 54 5 元数据查询界面元数据查询界面 按属性查询 用户用鼠标绘制几何图形查询该几何图形范围内要素属性 如 图 4 6 所示 图图 4 64 6 属性查询界面属性查询界面 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 中国地质大学江城学院毕业设计 论文 22 结束语结束语 基础地理信息系统是对地理空间数据实施安全 高效 有序的管理的有力工具 深度挖掘数据资源价值 充分发挥空间数据在城建 管理等方面信息服务的功能 作为国家基础地理信息系统组成部分 省级地理信息数据库在政府信息化建设与社 会经济可持续发展中发挥着日益重要作用 本项研究在这一方面进行了尝试和探索 取得了一些成果 1 研究工作总结 通过理论研究 本文提出了符合建设要求的基础地理要素分类编码标准 以及 地理信息元数据标准 设计了数据库结构以及元数据库 本次论文是基于 河北省基础地理信息数据库系统 建设来完成 该系统优越 性表现在 本文数据库设计是基于 Geodatabase 数据模型 ArcSDE 将数据统一于关 系数据库中进行管理 有利于提高数据访问速度与大数据量数据存储与管理 基于 这一设计建立省级基础地理信息数据库系统 经过实践检验 系统运行稳定可靠 充分证明数据库系统框架结构与技术路线正确性与可实践性 2 不足与展望 本文设计依旧存在部分问题与不足 主要表现为 对于数据更新 历史数据维 护没有形成成熟完整的方法和技术 数据库安全性应加以重视 缺少支持信息机密 性的措施 在多用户环境里这是不能够接受的 因此安全性管理还需深入研究 地 图符号化处理时 存在部分要素无法符号化 这一部分还应开展后续研究 伴随数据库技术的不断进步与发展 上述问题将会得到解决 最终形成用户满 意度高的数据更新 管理以及维护机制 空间数据分发服务体系和共享机制也会日 益成