農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要:為了實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)地質(zhì)和生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查的多種來源、多種類型的大量數(shù)據(jù)的有效管理和利用,文章在全面分析調(diào)查數(shù)據(jù)的情況和各層次的功能需求的基礎(chǔ)上,按照有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)原則,綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)、地理信息系統(tǒng)、遙感和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),采用規(guī)范化的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)流程,設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)。

關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)地質(zhì);生態(tài)地球化學(xué);調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù);數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào):P208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-2374(2009)18-0102-02

近年來,各地紛紛組織實(shí)施了農(nóng)業(yè)地質(zhì)和生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查。農(nóng)業(yè)地質(zhì)和生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查綜合運(yùn)用地質(zhì)、地球化學(xué)、遙感等調(diào)查方法技術(shù),開展農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查,將為區(qū)域國(guó)土資源規(guī)劃、管理、保護(hù)與合理開發(fā),農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)和污染整治、人居環(huán)境的改善和優(yōu)化,生態(tài)環(huán)境建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查的多種來源、不同類型、海量數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)管理,要綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)、GIS、RS和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),建立農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)。

一、需求分析

(一)數(shù)據(jù)分析

農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查,主要包括區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查、區(qū)域地球化學(xué)評(píng)價(jià)、局部地球化學(xué)評(píng)價(jià)、綜合評(píng)價(jià)等不同層次的專題調(diào)查。每個(gè)專題又可以細(xì)分為不同的子專題,對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)的不同地質(zhì)現(xiàn)象和情況進(jìn)行調(diào)查和勘查,形成大量不同類型的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、遙感影像三類背景數(shù)據(jù)和各個(gè)專題的子專題的數(shù)據(jù)等。按照數(shù)據(jù)類型,可以分為矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)等。

具體的數(shù)據(jù)情況如下:

1.基礎(chǔ)地理:各種比例尺的地理底圖數(shù)據(jù),MapGis格式。

2.基礎(chǔ)地質(zhì):各種比例尺的基礎(chǔ)地質(zhì)圖,MapGis格式。

3.遙感影像:各種比例尺的遙感影像,SPOT和ETM等格式。

4.生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)數(shù)據(jù):包括區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查、區(qū)域地球化學(xué)評(píng)價(jià)、局部地球化學(xué)評(píng)價(jià)、綜合評(píng)價(jià)的各個(gè)子專題的數(shù)據(jù),主要數(shù)據(jù)類型是野外調(diào)查數(shù)據(jù)和成果圖件數(shù)據(jù)。野外調(diào)查數(shù)據(jù)為Excel或Access表格形式,包括對(duì)土壤、近岸海域、水系、農(nóng)田、城市等領(lǐng)域的調(diào)查樣本及分析測(cè)試數(shù)據(jù);成果圖件為MapGis格式,包括土壤地球化學(xué)背景系列圖件、土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)系列圖件、各類污染物分布圖件等。

5.文檔數(shù)據(jù):包括立項(xiàng)、總體設(shè)計(jì)、專題設(shè)計(jì)、實(shí)施、成果應(yīng)用等各階段的文件、文檔(報(bào)告)、照片、多媒體及相關(guān)參照標(biāo)準(zhǔn)和政策法規(guī)等,格式主要是Word、Excel、Txt、JPEG、MPEG等。

(二)功能分析

農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù),要滿足以下幾個(gè)方面功能需求:

1.依據(jù)項(xiàng)目的專業(yè)特點(diǎn),結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整合,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)和有效管理。

2.為農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查各個(gè)調(diào)查評(píng)價(jià)專題和信息系統(tǒng)的研究、開發(fā)和應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。

3.為各種相關(guān)分析評(píng)價(jià)軟件提供數(shù)據(jù)支持。

4.為國(guó)土、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等部門的規(guī)劃決策、科研機(jī)構(gòu)的研究應(yīng)用、社會(huì)公眾的信息查詢提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

二、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

(一)總體結(jié)構(gòu)

農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè),基于大型國(guó)產(chǎn)地理信息平臺(tái)MapGis和大型商業(yè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)Oracle進(jìn)行。在MapGis的GeoDatabase空間數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下,利用Oracle提供的嚴(yán)格的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和操作的關(guān)系數(shù)據(jù)模型,將海量的農(nóng)業(yè)地質(zhì)和生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)管理。

由于系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)來源廣、類型多、數(shù)據(jù)量大,要想有效地存儲(chǔ)、管理和使用數(shù)據(jù),必須進(jìn)行分類。按照數(shù)據(jù)來源的不同,將數(shù)據(jù)庫(kù)劃分為基礎(chǔ)地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、遙感影像區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查等十多個(gè)不同的子數(shù)據(jù)庫(kù)。

整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的層次結(jié)構(gòu)如下圖所示:

(二)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

1.數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)步驟。農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè),按照數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范設(shè)計(jì)方法,綜合考慮農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)及特點(diǎn),將數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)大致劃分為以下六個(gè)階段:需求分析、概要設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施、數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行和維護(hù)。

2.概念設(shè)計(jì)。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),是將現(xiàn)實(shí)世界的用戶需求轉(zhuǎn)化為概念模型。通常采用P.P.S.Chen于1976年提出的實(shí)體-關(guān)系聯(lián)系方法,用ER圖表示概念模型。概念設(shè)計(jì)通常有自頂向下,自底向上,逐步擴(kuò)張和混合策略四種方法。

決定采用自底向上的設(shè)計(jì)方法,經(jīng)過局部ER模型設(shè)計(jì)和全局ER模型設(shè)計(jì)兩個(gè)步驟將各個(gè)專題的需求轉(zhuǎn)化為ER模型。

3.邏輯設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)所得的概念模型,獨(dú)立于任何DBMS,與實(shí)現(xiàn)無關(guān)。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是將概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)的ER模型,轉(zhuǎn)化為具體DBMS支持的數(shù)據(jù)模型相符的邏輯模型。通過概念模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型、關(guān)系模型的優(yōu)化、設(shè)計(jì)用戶子模式三個(gè)步驟,將ER模型轉(zhuǎn)換為Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)模型。

4.物理設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫(kù)在物理設(shè)備上的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方法稱為數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)(內(nèi)模式)。物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的,一是要提高數(shù)據(jù)庫(kù)的性能,滿足用戶的性能需求,二是有效的利用存儲(chǔ)空間。總之,就是為使數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在時(shí)間和空間上最優(yōu)。(1)確定數(shù)據(jù)的存放位置。將遙感影像數(shù)據(jù)庫(kù)建立為固定大小,平均放置在Raid5的各個(gè)磁盤上,在讀取時(shí)通過多個(gè)磁盤同時(shí)讀取,提高物理I/O讀寫的效率及響應(yīng)速度。其它的數(shù)據(jù),如圖形數(shù)據(jù)、表格數(shù)據(jù)、索引數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)分別建立不同數(shù)據(jù)庫(kù),并存儲(chǔ)于不同的磁盤空間中。(2)系統(tǒng)配置及優(yōu)化。系統(tǒng)配置及優(yōu)化工作一般在軟件系統(tǒng)開發(fā)完成后,根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步配置,并在后期用戶使用中,根據(jù)用戶對(duì)數(shù)據(jù)的調(diào)用頻率、系統(tǒng)瓶頸等參數(shù)進(jìn)行。主要方法及過程如下:1)通過操作系統(tǒng)的一些工具檢查系統(tǒng)的狀態(tài),采用更換高性能硬件設(shè)備、優(yōu)化操作系統(tǒng)設(shè)置等方法來改進(jìn)性能。2)編寫Oracle腳本,查找性能差的sql語(yǔ)句。占用系統(tǒng)資源特別大的Oracle的session及其執(zhí)行的語(yǔ)句,并根據(jù)情況對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。3)對(duì)Oracle中訪問量頻繁的表,除建立索引外,還需把這些表分表空間存放以免訪問上產(chǎn)生熱點(diǎn)。4)改進(jìn)存取方法,采取快速存取技術(shù)。把相同專題的數(shù)據(jù)集中存放在連續(xù)的物理塊中,以提高訪問速度。

(三)數(shù)據(jù)編碼

數(shù)據(jù)的分類編碼是對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行有效管理的重要一環(huán),目的是節(jié)省計(jì)算機(jī)內(nèi)存空間,便于用戶理解使用。地理屬性進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)之前進(jìn)行編碼是必要的,只有進(jìn)行了正確的編碼,才能實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)與屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的正確連接。

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采用三級(jí)分類,按照?qǐng)D形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等不同的類型,分別對(duì)圖層、圖元、數(shù)據(jù)表和數(shù)據(jù)庫(kù)等進(jìn)行編碼。

三、實(shí)現(xiàn)方案

農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)工作,需要按照數(shù)據(jù)類型的不同,分別進(jìn)行。

1.矢量數(shù)據(jù)。依次經(jīng)過資料收集、資料數(shù)字化、內(nèi)容正確性檢查、符號(hào)庫(kù)統(tǒng)一、分層正確性查檢、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)檢查、坐標(biāo)系與投影方式的統(tǒng)一、數(shù)據(jù)入庫(kù)、數(shù)據(jù)測(cè)試等步驟,完成基礎(chǔ)和成果圖件數(shù)據(jù)的建庫(kù)工作。

2.屬性數(shù)據(jù)。依次經(jīng)過資料收集、資料數(shù)字化、資料檢查、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)入庫(kù)、數(shù)據(jù)測(cè)試等步驟,完成屬性數(shù)據(jù)的建庫(kù)工作。

3.柵格數(shù)據(jù)。柵格數(shù)據(jù)經(jīng)過影像解譯和圖像融合,然后入庫(kù)。

4.文檔數(shù)據(jù)。各類文檔資料,經(jīng)過專題技術(shù)人員確認(rèn),建立起文檔對(duì)照表,然后入庫(kù)。

5.元數(shù)據(jù)。根據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布的《地質(zhì)調(diào)查元數(shù)據(jù)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)》,結(jié)合各個(gè)專題的實(shí)際情況,專題技術(shù)人員填寫好8個(gè)元數(shù)據(jù)子集后,交由數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)人員入庫(kù)。

四、結(jié)語(yǔ)

農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè),按照國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo),依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化設(shè)計(jì)流程進(jìn)行,力爭(zhēng)滿足政府決策、專題研究、社會(huì)信息服務(wù)等多個(gè)層次的要求。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介:黃鐵蘭(1981-),男,湖南湘潭人,廣東省地質(zhì)調(diào)查院助理工程師,碩士,研究方向:地質(zhì)、礦產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)、GIS應(yīng)用系統(tǒng)。