国土资源“一张图”数据库构建关键技术探索

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摘 要：国土资源“一张图”数据库是国土资源信息监管的核心，通过对数据库的建设.可以实现数据查询、统计、共享等功能，为公众需求、国家土地宏观调控提供数据支持。

关键词：GIS；ArcSDE；Oracle；国土资源数据库

1 背景及意义

在第二次全国土地调查领导小组全体会议上，总理强调指出：第二次全国土地调查是一次重大的国情国力调查，具有很强的客观性，应用价值高，要充分利用土地调查成果，为提高土地管理水平提供数据支撑，为民政、建设、水利、农业、统计等部门提供调查成果的共享和应用，为制定经济社会发展规划和政策提供科学依据。为此，国家于2008年在全国启动了“一张图”工程，2009年全面推开。

“一张图”综合数据库平台是指按照《国土资源部关于加强建设用地动态监督管理的通知》（国土资发[2008]192号）要求，建立“一张图”国土资源核心数据库，在全面、快速和准确地掌握土地资源数量、质量、结构和空间布局的基础上，结合国土资源管理各项业务信息，将遥感影像和监测信息集成化系统管理，准确记录资源开发利用生命周期中各个阶段的信息，并在此基础上实施“批、供、用、补、查”的全面监管，推进资源监管方式的改革，提高国土资源监管的质量和效率。

国土资源“一张图”系统的功能最终体现在应用与服务上，如：提供全国土地、矿产等资源状况的查询、浏览；为土地等行政审批过程的应用程序提供数据服务；为政府部门、相关行业和社会需求提供数据下载等多元化信息服务。另外，还有技术上的服务方式，如：图片快速浏览、数据查询浏览与展示、数据调用接口、数据分发与产品定制服务等。而这些服务内容的实现都是基于对不同类型海量空间数据的管理工具——国土资源数据库的建立。

在上述背景下，论文从当前国土管理部门管理及宏观决策的需求出发，对GIS支持下的国土资源数据数据库建设关键技术进行了探索。

2 国土资源数据库总体框架

图1 国土资源数据库总体框架

国土资源数据库是集测绘技术、土地信息与管理、网络信息技术、GIS数据处理技术、大型数据库技术与一体的综合型系统工程，是在地理信息基础数据库、测绘信息数据库、土地信息数据库等为基础，结合GIS技术、数据库技术、软件工程设计原理等，构建出可动态更新数据的综合性国土资源数据库。

3 关键技术

3.1 空间海量数据管理技术

国土资源数据库建设涉及到的数据量巨大，并且数据量还将随着数据更新将不断增长。为此，需要研究海量空间数据存储管理关键技术，采取有效策略和方法，对数据物理存储、数据索引、数据压缩、空间数据引擎、数据提取、数据缓存以及显示等一系列关键技术进行优化创新，提高海量空间数据的查询、浏览和调用速度。论文选用ArcSDE、Oracle来实现空间海量数据的管理。

3.2 海量数据浏览展示技术

国土资源数据量的持续增大使如何快速浏览图形数据成为当前“一张图”建设迫切需要解决的问题。针对该情况，采取使用图片切片和高速缓存技术来达到快速浏览全省图形数据的目的，即预先对海量数据进行预处理（主要是瓦片金字塔：图像切割并建立索引），同时结合高速缓存技术（利用静态图片快速提供地图），这样可以大大提高响应速度。其操作时可按经纬度方式显示全省数据，实现数据的快速浏览、查看。

3.3 对外数据服务技术

国土资源核心数据库需要对外提供各种各样的数据服务，良好的服务模式，可以保障国土资源核心数据库对外服务的高质量、通过性。基于上述考虑，本方案在WEB通用服务关键技术上选用Web Service作为主要服务模式。Web Service是一个可互操作的分布式应用程序的新平台，它定义了应用程序如何在Web上实现互操作性。用任何的语言，在任何平台上写Web Service，只要通过Web Service标准就可以对这些服务进行查询和访问，形成一个开放的共享体系，使系统具有良好的可扩展性[1]。

3.4 GIS与WebGIS技术

随着Internet技术的飞速发展，GIS系统以其丰富的空间查询、空间分析及属性管理功能，逐步成为Internet或Intranet的一个重要内容，促使WebGIS成为GIS目前一个重要的发展方向。充分发挥GIS系统与网络技术各自优势，利用Internet在Web上空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，形成一个网络化的地理空间集成平台，已经成为GIS系统发展的必然趋势[2]。

与传统的GIS相比，Web GIS具有以下特点：访问范围更大；平台之间相互独立；系统成本大大降低；用户操作程序简化。

3.5 多源异构数据整合技术

国土资源数据的多源、异构、多态和海量等特征表明了数据高度的复杂性，由此决定了数据的整合与整理是一项巨大、艰巨而又繁重的工作任务。在制定统一的数据整合、整理以及数据建库的标准规范前提下，以最大限度地满足资源监管、宏观调控和辅助决策等的需求，确定国土资源数据库所需的数据内容和整理工作内容。从数据来源、业务内容、空间参数、存储格式、数学基础、标准化程度、数据规模、存储介质、应用需求、工作程度、数据更新等方面调研分析各类数据源的现状。在此基础上，选择和开发有关数据整理软件，对数据进行完整性检查、标准化处理，数据项补充、数据格式转换、坐标转换、拓扑重建、数据入库、构建数据索引等工作。

4 核心数据库设计

4.1 设计思路

通常将系统数据库中需管理与维护的数据分为两类，即：空间数据和非空间属性数据。

空间数据是指具有公共地理定位基础的数据，主要分为两类：基础空间数据和业务型空间数据，二者联系紧密，基础空间数据是系统的空间定位核心，业务型空间数据在不同的专题应用中具有不同的侧重点，是专题信息管理的基础，是子系统专题的核心。

非空间属性数据是实现系统各项基本功能的必要基础，按数据性质分类，包括表格型数据与多媒体数据等；按逻辑结构分类，包括结构化数据与非结构化数据。结构化数据是指以表格形式表达的具有一定结构并可划出固定基本组成要素的数据；非结构化数据主要是指文档或多媒体数据，是不能划分出固定基本要素的无明显结构的数据。

在Oracle9i + ArcSDE系统应用框架下，国土资源数据库的组织逻辑如下：

1）Oracle系统管理表空间主要有System 表空间、Users表空间等，负责基本数据管理功能的数据库基本逻辑单位结构；

2）SDE表空间用来完成空间数据的索引管理。SDE表空间可根据系统需要，建立包括数据管理等表内容进行空间数据管理，并将该信息保存到SDE表空间中；

3）空间图形信息表空间：建立专门的空间数据存储表空间存储空间图形数据，主要是为减少数据检索等操作，提高系统性能；

4）非空间业务属性数据表空间：主要用来管理和记录各种专题应用的空间数据信息，与空间图形相关时可以和图形数据建立对应关系，对属性数据和图形数据进行关联。

4.2 数据库逻辑结构

国土资源核心数据库逻辑结构划分成5个层次：总库、逻辑分库、子库、逻辑层、物理层。以分库存储基础地理数据库、耕地数据库、矿产资源数据库、地质灾害数据库、土地资源管理数据库等，以要素数据集、栅格目录作为逻辑层，实现对各类数据物理层的存储。

4.3 数据库物理存储结构

在数据建库前，需要为各数据库分配用户和存储空间。数据库物理存储结构创建包括数据库表空间创建、数据文件创建和用户创建。由于国土资源核心数据库涉及的数据量巨大，数据种类多，各数据库图层数量也较多。

4.4 元数据库设计

（1）数据内容。元数据文件内容主要由两种数据文件的元数据内容：矢量和栅格数据文件，用来存储有关数据源、数据分层、产品归属、空间参考关系等方面的信息。

（2）元数据结构。矿产资源与地质环境基础数据库的元数据文件存放有关数据源、数据分层、产品归属、空间参考关系等信息，这些数据集由主表、单位与发行情况表、关键词表、坐标范围表、数据更新记录表、空间数据表、图层数据表和非空间数据表这8个数据表进行描述，数据集中的空间数据与非空间数据特征主要由其中的空间数据表、图层数据表和非空间数据表进行描述 [3]。

5 数据处理与整合

5.1 矢量数据入库

针对国土资源数据库的数据内容，按统一的要求进行数据整理。在国土资源数据库数据调用时，根据数据服务的内容不同可进行不同程度的数据处理。矢量数据整理主要包括完整性检查、标准化处理、数据项补充、数据格式转换、坐标转换、拓扑重建、数据入库、构建数据索引、建立数据字典、符号和词表等工作。

5.2 影像数据入库

卫星影像处理是指采用遥感图像处理软件，对原始遥感影像进行影像融合、几何校正、影像重采样、图像镶嵌与分割等处理过程，使其能与其他数据进行叠加应用。

卫星影像的处理软件有很多种，可以选择支持海量数据的美国ERDAS IMAGINE专业遥感图像处理系统。该软件由基本模块+Virtual GIS模块组成，具备影像浏览、编辑、影像融合、几何校正、正射纠正与矢量数据叠加、3D景观表现、输出各种比例尺影像图集与各种景观图、飞行效果动画等基本功能。ERDAS IMAGINE8.7还扩充了IKONOS、QuickBird等卫星数据的严格轨道模型的正射纠正模型。

数据的处理需要收集校正图像区域的数字地图、或经过校正的图像、或注记图层，作为地理参考。GPS测量、或摄影测量等途径获得的控制点的坐标数据，将其转换为ERDAS IMAGINE的控制点文件格式或ASCⅡ数据文件后可用于纠正遥感图像。如果是地形图图纸，还应进行地形图扫描纠正处理。

6 结束语

国土资源管理是—个复杂的、综合性的业务管理过程，需要对其各因素进行有机组合，并梳理调顺各业务间衔接关系才能真正满足管理的需求。论文结合国土资源管理的特点，国土资源“一张图”建设背景下，对基于GIS的国土资源数据库构建的关键技术进行了探索，通过综合应用计算机网络技术、数据库技术、GIS技术，提供数据查询、统计、共享等功能，为公众需求提供数据支持。

参考文献

[1]郑小元.基于GPS技术的土地变更调查GIS设计及应用[D].东南大学，2004

[2]杨阳 等.网络电子地图的设计与应用[J].《测绘科学》，2007

[3]王正厂 等.国土资源数据库设计方案——以土地管理数据库为例[J].《市场论坛》，2008