多源空間數(shù)據(jù)集成關(guān)鍵技術(shù)研究

楊超

機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院 陜西西安 710043

摘要：伴隨著GIS技術(shù)發(fā)展與地理信息共享要求，多源空間數(shù)據(jù)的集成研究既是亮點(diǎn)也是難點(diǎn)。多源空間數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多語(yǔ)義、多尺度、多格式等顯著特征，對(duì)數(shù)據(jù)的綜合利用和信息共享帶來(lái)不便。文章針對(duì)多源空間數(shù)據(jù)特征，探討空間數(shù)據(jù)多源性的產(chǎn)生和表現(xiàn)，指出多數(shù)據(jù)格式是多源空間數(shù)據(jù)集成的瓶頸，對(duì)其集成過(guò)程中的格式交換、互操作及共享等三種主要技術(shù)進(jìn)行了探索，并解決了其中的一些關(guān)鍵問(wèn)題，為特定條件下的多源數(shù)據(jù)有效集成摸索出一條實(shí)用途徑。

關(guān)鍵詞：空間數(shù)據(jù)集成；互操作；共享

引言

地理空間數(shù)據(jù)不同于一般的事務(wù)管理的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)由于內(nèi)容和來(lái)源的多樣性、空間數(shù)據(jù)模型和GIS軟件平臺(tái)的差異性，造成了GIS系統(tǒng)之間空間數(shù)據(jù)集成的極大困難?？臻g數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)和平臺(tái)研制的基礎(chǔ)，為GIS進(jìn)一步研究工作提供支撐。但是空間數(shù)據(jù)的來(lái)源多樣性，不同數(shù)據(jù)分散在不同地點(diǎn)和部門，使用不同的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)，共享和有效利用也存在一定的困難。因此，本文旨在探究多源數(shù)據(jù)集成關(guān)鍵技術(shù)，把不同來(lái)源、格式、比例尺、多投影方式或大地坐標(biāo)系統(tǒng)的地理空間數(shù)據(jù)在邏輯上或物理上的有機(jī)集中，從而實(shí)現(xiàn)地理信息的共享。

1 多源空間數(shù)據(jù)產(chǎn)生特性

1.1 空間數(shù)據(jù)多樣性

目前，隨著IT和GIS的緊密結(jié)合，3S技術(shù)集成的不斷完善，使得GIS獲取的空間數(shù)據(jù)資源獲得急劇膨脹。同樣，空間數(shù)據(jù)的獲取途徑多種多樣，既可以繼承現(xiàn)有空間數(shù)據(jù)，也可通過(guò)遙感或通過(guò)全站儀、GPS等工具實(shí)地測(cè)量，還有描述性文字、各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表、與地理實(shí)體相關(guān)的屬性信息等。另外，數(shù)據(jù)來(lái)源的多樣性還表現(xiàn)在數(shù)據(jù)載體的多樣性，如：傳統(tǒng)的紙質(zhì)地圖、紙質(zhì)表格等；存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)硬盤或者移動(dòng)存儲(chǔ)器上的各種電子數(shù)據(jù)。

1.2 空間數(shù)據(jù)尺度差異性

在GIS領(lǐng)域尺度是一個(gè)無(wú)法回避的問(wèn)題?？臻g數(shù)據(jù)根據(jù)尺度可以分為空間尺度和時(shí)間尺度，空間尺度我們可以通過(guò)比例尺的大小來(lái)確定，時(shí)間尺度是根據(jù)數(shù)據(jù)的采集時(shí)間來(lái)確定，不同的數(shù)據(jù)尺度會(huì)產(chǎn)生不同的數(shù)據(jù)類型。

1.3 GIS軟件平臺(tái)的差異性

現(xiàn)在隨著GIS技術(shù)不斷普及，國(guó)內(nèi)外主流GIS工具軟件蓬勃發(fā)展，由于不同的GIS軟件的制作數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)不同，產(chǎn)生不同的數(shù)據(jù)格式和不同的存儲(chǔ)方式。同時(shí)對(duì)于使用不同軟件的操作人員也造成不便。

2. 多源數(shù)據(jù)集成途徑

目前GIS多源空間數(shù)據(jù)集成主要有三種模式：一是：空間數(shù)據(jù)集成格式的交換，二是：空間數(shù)據(jù)的互操作，三是：空間數(shù)據(jù)的共享訪問(wèn)。

2.1 空間數(shù)據(jù)集成格式的交換

為了有效的組織各類空間數(shù)據(jù)、提高數(shù)據(jù)的傳輸和利用效率以及達(dá)到空間數(shù)據(jù)共享的目的，對(duì)相關(guān)空間數(shù)據(jù)按一定的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，是空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的基礎(chǔ)和前提。目前，GIS行業(yè)公認(rèn)的幾種空間數(shù)據(jù)交換格式是數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化組織負(fù)責(zé)提出的明碼交換格式。本文主要以MapGIS和ArcGIS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行介紹。MapGIS到ArcGIS之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換有兩種途徑。途徑一：首先，從MapGIS獲得的點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)圖形處理輸出為明碼中間格式E00，其次，利用ArcGIS提供的轉(zhuǎn)換工具“Import71”將E00轉(zhuǎn)換為ArcGIS識(shí)別的Coverage文件。最后，通過(guò)Export轉(zhuǎn)化為Feature class。途徑二：從MapGIS得到的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為shape格式的數(shù)據(jù)通過(guò)Export轉(zhuǎn)化為Feature class。途徑二簡(jiǎn)單便捷線轉(zhuǎn)換較為適合，途徑一步驟相對(duì)復(fù)雜但是其基本保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的完整性。

2.2 空間數(shù)據(jù)的互操作

數(shù)據(jù)互操作模式是OpenGIS Consortium（OGC）制定的數(shù)據(jù)共享規(guī)范，GIS互操作是指在異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)和分布計(jì)算情況下GIS用戶在相互理解的基礎(chǔ)上，能透明的操作獲取所需信息。伴隨著IT技術(shù)的迅猛發(fā)展，空間數(shù)據(jù)引擎技術(shù)以及大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)日趨成熟和完善，不僅為多來(lái)源、多格式、多時(shí)相、多區(qū)域的海量地理空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、檢索及共享提供了成熟的解決方案，而且也為多用戶并發(fā)訪問(wèn)等技術(shù)難題奠定了基礎(chǔ)。Oracle是目前最為流行的大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，因?yàn)槠湓跀?shù)據(jù)安全性與數(shù)據(jù)完整性控制方面的優(yōu)越性，以及跨平臺(tái)進(jìn)行互操作的特點(diǎn)被廣泛使用。在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行多源數(shù)據(jù)互操作，首先，數(shù)據(jù)庫(kù)管理員設(shè)置用戶的資源文件PROFILE以確定用戶的存取限制，創(chuàng)建操作用戶為其設(shè)置初始口令，用戶登錄可以自行修改，口令在數(shù)據(jù)庫(kù)中加密存儲(chǔ)。以便數(shù)據(jù)庫(kù)管理員監(jiān)督與管理。其次，數(shù)據(jù)庫(kù)管理員為用戶分配一定的角色，對(duì)用戶的權(quán)限進(jìn)行設(shè)置。然后，以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle 10g為后臺(tái)存儲(chǔ)中心對(duì)空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和管理，以ArcCatalog和ArcMap為客戶端，通過(guò)空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎（ArcSDE）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和互操作。

2.3 空間數(shù)據(jù)的共享

2.3.1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)共享訪問(wèn)

不同的生產(chǎn)實(shí)踐部門對(duì)數(shù)據(jù)的關(guān)注度不同，因而各部門擁有各自獨(dú)立的業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)的共享與利用難度增強(qiáng)，隨著當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展，為空間數(shù)據(jù)共享提供了多種可選方案。ESRI在2008年底推出的ArcGIS 9.3版本時(shí)，同時(shí)發(fā)布了ArcGIS Server REST API，提供REST風(fēng)格的開發(fā)接口；面向ArcGIS Server發(fā)布的服務(wù)的簡(jiǎn)單開發(fā)接口。REST暴露的所有資源的操作都可以通過(guò)對(duì)應(yīng)的GIS服務(wù)的端點(diǎn)或URL獲得。通過(guò)URL，REST使發(fā)現(xiàn)工作和查找所需的信息更加容易。利用服務(wù)瀏覽器，用戶可以瀏覽服務(wù)器內(nèi)容，查看可用的地理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，也可獲取開發(fā)過(guò)程中的有用信息。

2.3.2空間數(shù)據(jù)的上傳下載

多源空間數(shù)據(jù)海量性特征，使得一些用戶采用分布式數(shù)據(jù)管理方法，這樣對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理來(lái)帶一定的困難，從而使空間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)修改和更新發(fā)布不能快速有效進(jìn)行。ArcGIS Server 9.3產(chǎn)品為空間數(shù)據(jù)共享作出一定的成績(jī)。ArcGIS Server 9.3中可以通過(guò)發(fā)布GeoData Service服務(wù)將空間數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)布在局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)中。數(shù)據(jù)管理員可以通過(guò)設(shè)置用戶的不同權(quán)限選擇性的為用戶提供數(shù)據(jù)上傳下載服務(wù)。GeoData Service提供創(chuàng)建本地?cái)?shù)據(jù)復(fù)制移動(dòng)；執(zhí)行數(shù)據(jù)空間查詢；同步編輯數(shù)據(jù)庫(kù)等的數(shù)據(jù)連接。ArcGIS Server 9.3在發(fā)布GeoData Service數(shù)據(jù)庫(kù)過(guò)程中可以提供三種操作方法：提取、空間查詢、復(fù)制。在提取方法中不會(huì)影響原數(shù)據(jù)，復(fù)制方法選擇過(guò)程會(huì)影響原數(shù)據(jù)。

通過(guò)GeoData Service發(fā)布的空間數(shù)據(jù)庫(kù)備份類型可分為三種情況：Checkout/Checkin、One-way、Tow-way。Checkout指可以從Utilities本源數(shù)據(jù)庫(kù)備份并創(chuàng)建本地組，管理員直接在本地組修改不需要連接服務(wù)；Checkin管理員修改完成后傳遞給Utilities本源數(shù)據(jù)庫(kù)，不會(huì)發(fā)生人為與自動(dòng)傳輸?shù)臎_突。One-way方式首先數(shù)據(jù)下載到本地的工作geodatabase同時(shí)必須其經(jīng)常保持與本源數(shù)據(jù)庫(kù)連通，其次通過(guò)工作geodatabase創(chuàng)建備份geodatabase，管理員僅通過(guò)一次編輯工作geodatabase來(lái)改變備份geodatabase數(shù)據(jù)的編輯。Tow-way兩個(gè)不同的編輯組同時(shí)訪問(wèn)編輯同步傳輸均不發(fā)生沖突。

3. 結(jié)束語(yǔ)

空間多源數(shù)據(jù)集成是數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)和管理信息系統(tǒng)進(jìn)一步研究的基石，本文針對(duì)地理信息空間數(shù)據(jù)格式的交換、互操作、以及數(shù)據(jù)共享訪問(wèn)三大關(guān)鍵技術(shù)對(duì)多源數(shù)據(jù)集成問(wèn)題進(jìn)行了探討。有效地解決了不同格式數(shù)據(jù)資源的綜合利用，提供了互操作性的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，探究了多源數(shù)據(jù)共享并發(fā)訪問(wèn)，增強(qiáng)了GIS技術(shù)的應(yīng)用范圍。

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