基于ArcSDE的广州市基础地理空间数据库建库
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【摘要】：城市基础地理空间数据库是支撑城市社会经济发展的重要基础性和战略性资源。目前，城市基础测绘部门在建库过程中普遍存在着很多技术难题。为此，本文基于arcsde地理信息工作站平台，以广州市城市基础空间数据库建设为例，主要介绍其建库技术方法。空间数据库是目前地理信息系统应用的一个很重要的部分，其中空间数据库引擎(SDE)作为中间件连接GIS应用程序和关系数据库系统，较好地解决了空间数据和属性数据统一存储和管理的问题。
【关键词】:ArcSDE技术空间基础地理数据库数据建库动态更新
引言
城市基础地理空间数据库作为支撑城市社会经济发展的重要基础性和战略性资源，越来越广泛地应用于国民经济、社会发展、数字城市建设和公众生活的各个方面。快速增长的需求使得城市基础测绘和基础地理空间数据库建设面临新的挑战和机遇。加快城市测绘的信息化建设、构建信息化测绘服务体系，实现由测绘产品生产到面向地理信息数据库建设的战略转变，从而更好地实践“服务政府、服务社会”的理念，已经成为新时期城市测绘工作的战略方向和制高点。
随着城市建设和社会的发展，城市在不断地改变着面貌，我们必须准确、及时地跟踪这种变化，并及时地反映到空间基础数据库中。目前，广州市已建立起基础地形图“1235”的动态更新机制，城市系列比例尺的基础地图数据按照固定的时间进行修测更新，从数据源头上保证了空间基础数据库的现势性。
一、空间数据库技术
1、数据存储的三个阶段
空间数据库中数据存储经历的三个阶段是：拓扑关系数据存储模式，Oracle Spatial模式和ArcSde模式。拓扑关系数据存储模式将空间数据存在文件中，而将属性数据存在数据库系统中，二者以一个关键字相连。这样分离存储的方式存在数据的管理和维护困难、数据访问速度慢、多用户数据并发共享冲突等问题。广州市基础地理空间数据库的前身广州市城市勘测信息系统就采用以上的数据管理方式。ArcSDE解决了这些问题，并利用空间索引机制来提高查询速度，利用长事务和版本机制来实现多用户同时操纵同一类型数据，利用特殊的表结构来实现空间数据和属性数据的无缝集成等等。
2、数据存取的中间件――ArcSDE
所谓中间件是一个软件，它允许应用元素通过网络连接进行互操作，屏蔽其下的通讯协议、系统结构、操作系统、数据库和其他应用服务。中间件位于客户机/服务器的操作系统之上，管理计算资源和网络通讯，并营造出一个相对稳定的高层应用环境，使开发人员可以集中精力于系统的上层开发，而不用过多考虑系统分布式环境下的移植性和通讯能力。此时，客户机的应用程序中负责寻找数据的部分只需要访问一个数据访问中间件，由该中间件完成网络中数据或服务的查找，然后将查找的信息返回给客户端。在本数据库系统的设计中， 就是采用了ESRI 的ArcSDE数据访问中间件进行数据的交换。
图1 中的客户端可以是ArcGIS、ArcView 或者是用户自己利用VC、VB、MapObject 等开发的应用程序。与客户端结合的是ArcSDE 的客户库，用于处理客户端的请求。服务器端处理客户端提出的请求，在本地执行所有的空间搜索和数据提取工作，将满足搜索条件的数据在服务器端缓冲存储，然后将整个缓冲区中的数据发往客户端应用程序[ 3 ] 。ArcSDE充当了客户端和服务器端的中间件，可以屏蔽不同操作系统和数据库系统的差异，使面向特定领域(如空间数据管理及应用) 所需的技术得以实现，供不同的客户端高效地共享和互操作。基于ArcSDE 的这些特点，本数据库系统的设计采用ArcSDE 模式，将空间数据和属性数据集成在一个关系数据库系统(Oracle10g)中。
二、空间数据库建立
1、空间数据的获取
广州市基础地理空间数据库中主要包含以下空间数据：矢量地理信息数据，包括广州市1:500、1:2000、1:5000比例尺地形图等；图像数据，包括1:2000数字正射影像图DOM、1:2000数字高程模型DEM等。
2、空间数据的分类
在空间数据库的物理设计中主要考虑的是空间数据以怎样的表现方式存储到一个数据库系统中。现在主流的都是基于面向对象技术的空间数据模型――Geodatabase来表现空间实体。Geodatabase按层次将地理数据组织成数据对象，并存储在要素类，对象类和要素集中。在Geodatabase中，要素对象是存储空间数据的表，要素类是具有相同几何类型与属性要素的集合，要素集是空间实体(要素)和非空间实体(对象)以及它们之间的相互关系的容器，是共享相同空间引用的要素类的集合。在数据入库之前根据Geodatabase所定义的点、线、面等类对数据集合进行分类，目前广州市基础地理空间数据库中基础地形图由控制点、居民地、交通、植被、水系等9大类集合要素与点、线、面、注记等地物要素实体分类相结合，形成总共55个数据要素分类。
3、空间数据的入库
使用Oracle10g数据库管理向导建立一个数据库，为了提高数据库的运行速度，把数据库的临时表空间与索引表空间置于两个不同驱动器中，并增大表空间容量。装载、启动数据库，安装ArcSDE，并创建空间数据引擎的运行实例。在服务器端的ArcSDE 连接到Oracle 以后，采用ArcCatalog提供的向导来导入空间数据。在本系统中，采用Oracle10g + ArcSde9.2的模式，除了存储以上矢量数据外，还存储了正射影像数据DOM和数字高程模型DEM，其中DOM以栅格数据集来进行存储，而DEM 就以TIN数据集来存储。
三、空间数据库的更新
为保证基础地理空间数据库的现势性，满足城市管理建设的日常需要，必须建立起数据更新的机制。目前，广州市已建立起基础地形图“1235”的动态更新机制，即建成区800平方公里区域1:500地形图1年一更新，非建成区域约400平方公里范围2年一更新；十区范围内的1:2000地形图通过航测修测、1:500地形图编绘的方法每3年进行一次更新；全市范围的1:5000地形图每5年进行一次更新。城市系列比例尺基础地图数据的定期更新，从数据源头上保证了空间基础数据库的现势性、实用性、可用性。
在SDE中，每年度的基础地形数据入库后，可按年份设置保存一个版本(Version)，多个版本的数据集可以保存在同一个数据库中，方便对历史数据的对比、回溯。通过SDE提供的版本管理，可方便的将历史地形图进行入库组织，满足空间数据库对历史地形图数据更新及管理的需要。
四、本数据库管理系统特点
1、海量数据管理
由于采用了Oracle和ArcSDE进行数据的存储，可以实现对几百万甚至上亿的海量数据的管理。另外，由于采用的金字塔结构，访问影像数据的速度和效率极大的提高。
2、建库与制图一体化
本系统开发了基于ActiveX的ArcGIS符号化插件，可让用户在Arcgis平台中浏览基础地形图时，获得与传统CAD地形图一样的符号化地图效果，实现了数据库数据与制图数据一体化。
3、数据分发功能
通过使用系统提供的数据分发工具可以方便地为用户提供数据库中存储的任意范围、任意图层或分辨率的矢量和影像数据。
4、数据版本功能
通过SDE提供的版本管理，可以方便的为用户提供数据库中存储的历年基础地图数据和影像数据，减少数据查询与搜索的工作量。
5、多用户存取和数据安全
广州市基础地理空间数据库采用的是服务器／客户端结构，所有数据通过ArcSDE空间数据引擎存储于Oracle数据库中，多个客户端的用户可以同时浏览、访问同一片区域的地图，只有有权限的用户才具有数据的裁切、分发功能。另外，用户对系统操作的主要动作都记录在系统日志信息中，这些都保证了数据的安全。
【结束语】：基于ArcSDE的广州市基础地理空间数据库的建设，是由传统城市基础测绘向信息化测绘转变过程中进行的一次有益的技术改造，较好地解决了目前城市基础测绘部门在建库过程中存在的若干技术难题。 结合Geodatabase 这种数据模型和ArcSDE 数据库引擎技术在建立空间数据库时有如下优点：
1) 有效地利用了ArcSDE 的多级空间索引机制，可以快速调入各类图像；
2) 完全实现了无缝空间数据库，大大提高了空间数据的存储和管理效率；
3) 由ArcSDE 作为一个中间件来连接客户端应用程序和服务器端关系数据库系统，实现了客户/ 服务器模式，降低了网络负荷。
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