淺談文化遺產(chǎn)保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的一些問(wèn)題

盧嵐 劉牛 劉興權(quán)

摘 要 本文給出了京杭運(yùn)河文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)的物理存儲(chǔ)設(shè)計(jì)，對(duì)安全共享原則做了強(qiáng)調(diào)。

關(guān)鍵詞 GIS 文化遺產(chǎn) 空間數(shù)據(jù)庫(kù) 安全共享

一、引言

利用“數(shù)字地球”理念，基于現(xiàn)代空間信息技術(shù)開(kāi)展歷史文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究，已經(jīng)成為當(dāng)前歷史文化遺產(chǎn)保護(hù)工作的重點(diǎn)。可以預(yù)見(jiàn)，隨著信息化的不斷深入發(fā)展，國(guó)家對(duì)歷史文化遺產(chǎn)的保護(hù)力度將不斷加大，空間信息技術(shù)的需求也將不斷增加，其應(yīng)用深度和廣度上都將有廣闊的發(fā)展空間。本文以京杭運(yùn)河為例，給出了大遺址空間數(shù)據(jù)庫(kù)物理存儲(chǔ)設(shè)計(jì)。

二、京杭運(yùn)河文化遺產(chǎn)保護(hù)物理存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

（一）空間數(shù)據(jù)庫(kù)文件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，邏輯上是以數(shù)據(jù)庫(kù)中表空間的形式實(shí)現(xiàn)，物理上是以數(shù)據(jù)文件的方式實(shí)現(xiàn)，[1]每個(gè)數(shù)據(jù)文件只能屬于一個(gè)表空間，并且數(shù)據(jù)文件一旦加入到某個(gè)表空間后就不能再?gòu)倪@個(gè)表空間中刪除，也不能和其他表空間關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有對(duì)象和數(shù)據(jù)最終都存放到了數(shù)據(jù)文件中，如表和表中的數(shù)據(jù)、視圖、存儲(chǔ)過(guò)程等。因此，數(shù)據(jù)文件的管理將直接影響數(shù)據(jù)庫(kù)的性能。

數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)文件設(shè)計(jì)時(shí)要從以下幾個(gè)方面考慮：把不同表空間的數(shù)據(jù)文件分別放在不同的磁盤(pán)上以減少I(mǎi)/O競(jìng)爭(zhēng)，必要時(shí)也要把同一表空間的不同數(shù)據(jù)文件放在不同的磁盤(pán)上；數(shù)據(jù)文件和日志文件放在不同的磁盤(pán)上，避免讀寫(xiě)數(shù)據(jù)和寫(xiě)日志文件的I/O競(jìng)爭(zhēng)；考慮數(shù)據(jù)文件的個(gè)數(shù)與大小因素：從Oracle的性能來(lái)講，少量的大數(shù)據(jù)文件要優(yōu)于大量的小數(shù)據(jù)文件，操作系統(tǒng)通常會(huì)限制每個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)打開(kāi)的文件數(shù)目，Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)也會(huì)限制每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例可打開(kāi)的數(shù)據(jù)文件的數(shù)量；把訪(fǎng)問(wèn)頻率高的數(shù)據(jù)文件放在高性能存儲(chǔ)設(shè)備上，把訪(fǎng)問(wèn)頻率較低的數(shù)據(jù)放在性能相對(duì)較低的存儲(chǔ)設(shè)備上。在保證高訪(fǎng)問(wèn)次數(shù)基礎(chǔ)上，減少整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)備的開(kāi)支。

綜合考慮上述因素，京杭運(yùn)河文化遺產(chǎn)保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)的各子庫(kù)的表空間在設(shè)置數(shù)據(jù)文件時(shí)，應(yīng)考慮到基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)子庫(kù)中可能會(huì)出現(xiàn)單個(gè)的大數(shù)據(jù)文件，如拼接的遙感影像，所以可采用大數(shù)據(jù)文件，以減少數(shù)據(jù)文件的數(shù)量。對(duì)于文化遺產(chǎn)專(zhuān)題子庫(kù)中，除了遺址矢量數(shù)據(jù)外，基本都是二維關(guān)系表，因此可人為設(shè)置多個(gè)數(shù)據(jù)文件，并根據(jù)數(shù)據(jù)量的大小設(shè)置數(shù)據(jù)文件的數(shù)量和大小，以滿(mǎn)足存儲(chǔ)需求。在物理文件的存放上，把基礎(chǔ)地理歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)地理現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù)、遺址專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)的表空間數(shù)據(jù)文件放在不同的磁盤(pán)中，同時(shí)各數(shù)據(jù)子庫(kù)的控制文件、日志文件在存放時(shí)也要避免跟數(shù)據(jù)文件放在同一磁盤(pán)中，以達(dá)到減少I(mǎi)/O沖突的目的，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速存取。其中，遺址專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)和基礎(chǔ)地理現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基礎(chǔ)地理歷史數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)頻率。因此，將遺址專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)和基礎(chǔ)地理現(xiàn)狀庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在高性能的存儲(chǔ)設(shè)備上，而基礎(chǔ)地理歷史數(shù)據(jù)庫(kù)則可存放在性能相對(duì)較差的存儲(chǔ)設(shè)備中。

（二）空間數(shù)據(jù)庫(kù)安全設(shè)計(jì)

對(duì)于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子庫(kù)而言，一旦質(zhì)檢無(wú)誤入庫(kù)之后，一般無(wú)需進(jìn)行數(shù)據(jù)修改。因此，除了超級(jí)管理員有修改、拷貝和更新的權(quán)限之外，其他的用戶(hù)都無(wú)權(quán)進(jìn)行修改、拷貝和更新，只有查看的權(quán)限。對(duì)于文化遺產(chǎn)專(zhuān)題數(shù)據(jù)，在本項(xiàng)目中，是由清華大學(xué)負(fù)責(zé)專(zhuān)題數(shù)據(jù)的處理和入庫(kù)，各省市提交各種調(diào)查資料。但考慮到日后運(yùn)河文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)的更新和維護(hù)工作，可能會(huì)下放到各省市的文物中心，所以，在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)安全考慮時(shí)，應(yīng)根據(jù)遺址所屬的省市來(lái)進(jìn)行控制，各省市的不同用戶(hù)只對(duì)自己本省市的運(yùn)河文化遺產(chǎn)有修改、更新和刪除的權(quán)限，對(duì)其他省市的文化遺產(chǎn)只有查看的權(quán)限。各省市對(duì)各數(shù)據(jù)的控制權(quán)限，主要是通過(guò)對(duì)前臺(tái)各系統(tǒng)用戶(hù)設(shè)置不同的權(quán)限來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作權(quán)限的控制。但各省市在進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)時(shí)仍保留歷史記錄，超級(jí)管理員有權(quán)限對(duì)修改錯(cuò)誤的文化遺產(chǎn)進(jìn)行恢復(fù)，保證數(shù)據(jù)在維護(hù)過(guò)程中不出現(xiàn)錯(cuò)誤。

（三）數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)

為了保證故障發(fā)生后，數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)能從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某種邏輯一致的狀態(tài)，可利用ArcSDE提供的管理功能和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中的備份/恢復(fù)子系統(tǒng)來(lái)共同實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多目的備份。按照備份的對(duì)象來(lái)分，備份可分為重點(diǎn)備份和整體備份；按照備份的時(shí)間方式來(lái)分，又可分為實(shí)時(shí)備份和定時(shí)備份。前者可以通過(guò)ArcSDE提供的備份恢復(fù)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：指定空間數(shù)據(jù)對(duì)象的備份恢復(fù)和整體空間數(shù)據(jù)庫(kù)的備份恢復(fù)。后者則可利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle10g提供的備份和恢復(fù)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于京杭運(yùn)河文化遺產(chǎn)基礎(chǔ)地理歷史和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)子庫(kù)，由于數(shù)據(jù)的變動(dòng)不大，可采用定時(shí)整體備份的方式。同時(shí)，可以將數(shù)據(jù)備份到離線(xiàn)的磁帶上。且備份的數(shù)據(jù)跟正在使用的數(shù)據(jù)放在不同的磁盤(pán)中。這樣，即使發(fā)生任何不可抗力，整個(gè)在線(xiàn)數(shù)據(jù)都被破壞的情況下，也能夠有安全的備份數(shù)據(jù)，不至于失去所有數(shù)據(jù)。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的整體備份大都可以分為靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)兩個(gè)類(lèi)型。靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)是在系統(tǒng)中無(wú)事務(wù)處理時(shí)進(jìn)行的轉(zhuǎn)儲(chǔ)操作，因而這種方式得到的一定是一個(gè)數(shù)據(jù)一致性的副本。靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，保證數(shù)據(jù)一致性，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)儲(chǔ)操作必須等待用戶(hù)事務(wù)結(jié)束才能進(jìn)行，而新的事務(wù)必須等待轉(zhuǎn)儲(chǔ)操作結(jié)束才能執(zhí)行，所以會(huì)降低數(shù)據(jù)庫(kù)的可用性。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)，是指轉(zhuǎn)儲(chǔ)操作與用戶(hù)事務(wù)并發(fā)進(jìn)行，轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間允許數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存取和修改操作，它不必等待所有運(yùn)行的事務(wù)結(jié)束，也不會(huì)影響新事務(wù)的運(yùn)行，但是無(wú)法保證副本中的數(shù)據(jù)正確、有效、完整。所以在動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)期間，往往會(huì)建立日志文件。后備文件加上日志文件就可以把數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到正常狀態(tài)。對(duì)于京杭運(yùn)河文化遺產(chǎn)保護(hù)基礎(chǔ)地理歷史數(shù)據(jù)子庫(kù)而言，訪(fǎng)問(wèn)相對(duì)較少，而其變更也不大，不需經(jīng)常備份，因此可以采用靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的方式進(jìn)行備份，以保證備份數(shù)據(jù)的正確性、有效性和完整性。對(duì)于京杭運(yùn)河文化遺產(chǎn)保護(hù)基礎(chǔ)地理現(xiàn)狀子庫(kù)，則可采用靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)相結(jié)合的方式，按照一定的時(shí)間間隔。比如2年進(jìn)行一次靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)，每半年再進(jìn)行一次動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)。

對(duì)于京杭運(yùn)河專(zhuān)題數(shù)據(jù)，在采用整體備份的同時(shí)，對(duì)某些特別重要的數(shù)據(jù)或變更后的數(shù)據(jù)要重點(diǎn)備份。在進(jìn)行重點(diǎn)備份時(shí)，可指定要備份的數(shù)據(jù)對(duì)象，如某個(gè)圖層要素類(lèi)、某些滿(mǎn)足特定條件的記錄，甚至特定的版本。實(shí)現(xiàn)這種備份方式的方法主要是利用ArcSDE提供的管理工具：sdexport和sdeimport命令。其中，sdeexport用于將空間數(shù)據(jù)從ArcSDE Server上備份為單獨(dú)的數(shù)據(jù)文件，而sdeimport用于將經(jīng)由sdeexport備份的數(shù)據(jù)文件恢復(fù)到ArcSDE中。

三、結(jié)語(yǔ)

本文給出了京杭運(yùn)河文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)的物理存儲(chǔ)設(shè)計(jì)，具體談了文件設(shè)計(jì)、安全設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)等問(wèn)題，希望能為日后大遺址空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)提供參考。

（盧嵐單位為長(zhǎng)沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院；劉牛單位為長(zhǎng)沙市規(guī)劃信息服務(wù)中心；劉興權(quán)單位為中南大學(xué)地學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院）

[作者簡(jiǎn)介：盧嵐（1983—），女，湖南城步人，碩士研究生，畢業(yè)于中南大學(xué)，講師，研究方向：地理信息系統(tǒng)。劉牛（1987—），男，湖南長(zhǎng)沙人，本科，畢業(yè)于中南大學(xué)，助理工程師，主要從事信息技術(shù)在城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應(yīng)用工作。劉興權(quán)（1962—），男，湖北天門(mén)人，碩士研究生，畢業(yè)于中南工業(yè)大學(xué)，教授，主要從事GIS專(zhuān)業(yè)教學(xué)及GIS工程與應(yīng)用方面的工作?；痦?xiàng)目：本文系國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“空間信息技術(shù)在大遺址保護(hù)中的應(yīng)用研究——以京杭大運(yùn)河為例”，編號(hào)：2006BAK30B01。]

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