安徽省地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

魏雪梅，馬衛(wèi)春，李 寶

（1.安徽省基礎(chǔ)測(cè)繪信息中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省智慧城市與地理國(guó)情監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230031）

安徽省地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

魏雪梅1,2，馬衛(wèi)春1,2，李 寶1,2

（1.安徽省基礎(chǔ)測(cè)繪信息中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省智慧城市與地理國(guó)情監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230031）

從總體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等方面，詳細(xì)介紹了安徽省地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用情況。該系統(tǒng)的建成，一方面有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)國(guó)情普查數(shù)據(jù)成果的高效管理，另一方面為國(guó)家與省級(jí)國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)更新與共享預(yù)留了數(shù)據(jù)交換接口，為后期開展常態(tài)化地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工作奠定了基礎(chǔ)。

國(guó)情普查；數(shù)據(jù)庫(kù)；地理數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)更新

根據(jù)國(guó)發(fā)[2013]9號(hào)《國(guó)務(wù)院關(guān)于開展第一次全國(guó)地理國(guó)情普查的通知》及皖政[2013]57號(hào)《安徽省人民政府關(guān)于做好第一次地理國(guó)情普查的通知》要求，為全面掌握安徽省地理國(guó)情現(xiàn)狀，滿足安徽省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的需要，安徽省于2013～2015年在全省開展了第一次地理國(guó)情普查工作。2015年7月完成了安徽省地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)工作，實(shí)現(xiàn)了全省地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)成果的集成化管理、展示和統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)為后期開展常態(tài)化地理國(guó)情監(jiān)測(cè)建立了本底數(shù)據(jù)庫(kù)。本文結(jié)合實(shí)際建設(shè)工作，從總體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建、管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行論述[1]。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

安徽省地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)由支撐層、數(shù)據(jù)資源層、組件服務(wù)層和應(yīng)用層構(gòu)成[2]，如圖1所示。

1）支撐層：保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的支撐環(huán)境，由基礎(chǔ)軟件環(huán)境、硬件環(huán)境及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境組成。

2）數(shù)據(jù)資源層：根據(jù)地理國(guó)情普查成果數(shù)據(jù)入庫(kù)要求，成果數(shù)據(jù)包括地表覆蓋、地理國(guó)情要素、元數(shù)據(jù)、路網(wǎng)和水網(wǎng)數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)、遙感影像解譯樣本、專題數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)分析成果和瓦片數(shù)據(jù)（矢量瓦片、影像瓦片）。

3）組件服務(wù)層：提供功能組件和服務(wù)接口，更加方便、靈活、高效。

4）應(yīng)用層：實(shí)現(xiàn)地理國(guó)情展示、信息查詢分析、數(shù)據(jù)更新維護(hù)及系統(tǒng)安全管理。

圖1 總體架構(gòu)圖

1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)流程設(shè)計(jì)

地理國(guó)情普查建庫(kù)流程主要包括生產(chǎn)成果數(shù)據(jù)匯交、匯交前檢查處理、成果數(shù)據(jù)匯交國(guó)務(wù)院普查辦、入庫(kù)前檢查處理、數(shù)據(jù)入庫(kù)、地理國(guó)情普查管理系統(tǒng)建設(shè)、集成展示系統(tǒng)建設(shè)、數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行環(huán)境構(gòu)建等過程。數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)流程如圖2所示。

圖2 建庫(kù)流程圖

2 關(guān)鍵技術(shù)

1）數(shù)據(jù)庫(kù)分區(qū)存儲(chǔ)技術(shù)。采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)分區(qū)技術(shù)創(chuàng)建分區(qū)表。Oracle的分區(qū)表可以包括多個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)都是一個(gè)獨(dú)立的段，可存放到不同的表空間中。本文采用分區(qū)策略來(lái)進(jìn)行大體量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，以行政區(qū)劃碼為分區(qū)字段作分區(qū)存儲(chǔ)，并作分區(qū)索引。實(shí)踐證明，采用該技術(shù)可顯著提升數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理和查詢?yōu)g覽的效率。

2）基于基態(tài)修正模型的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)增量更新技術(shù)?；鶓B(tài)修正模型只存儲(chǔ)過去某個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)狀態(tài)（基態(tài)）和基于基態(tài)的一系列變化量。對(duì)于每一次變化，它僅記錄變化的增量，數(shù)據(jù)冗余少，地物變化量表達(dá)明確，可對(duì)任意時(shí)間節(jié)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行回溯，也可追溯單個(gè)要素的歷史變化?；诨鶓B(tài)修正模型的數(shù)據(jù)庫(kù)更新，在初期建庫(kù)時(shí)用ElemSTime、ElemETime記錄對(duì)象有效時(shí)間，用唯一標(biāo)識(shí)碼對(duì)要素進(jìn)行唯一性認(rèn)定；在后續(xù)數(shù)據(jù)持續(xù)更新過程中，一方面嚴(yán)格保證待更新數(shù)據(jù)統(tǒng)一由數(shù)據(jù)庫(kù)提供，另一方面保證更新平臺(tái)能對(duì)更新要素有效時(shí)間和唯一標(biāo)識(shí)碼等進(jìn)行實(shí)時(shí)維護(hù)；更新入庫(kù)過程中，以更新包的方式與庫(kù)中原有區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行變化檢測(cè)及增量入庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的增量更新。

3）基于NoSQL的瓦片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。NoSQL 是一種非關(guān)系型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式，基于Key-Value 的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，不需要固定的表結(jié)構(gòu)，具有模式自由的特點(diǎn)。MongoDB是一個(gè)開源的NoSQL 文檔型數(shù)據(jù)庫(kù)。本文使用一種類似json 的bson 格式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，由于該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式的松散性可存儲(chǔ)多種復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，其自帶一個(gè)分布式文件系統(tǒng)支持海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。MongoDB 作為一種存儲(chǔ)json 格式的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)存儲(chǔ)地圖瓦片優(yōu)勢(shì)明顯。通過為每張瓦片建立索引“_id”（如瓦片的行列號(hào)及級(jí)別），可基于Key-Value 鍵值對(duì)需要讀取的瓦片進(jìn)行快速定位。實(shí)踐證明，采用MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)大量影像和矢量瓦片，可顯著提升在線地圖服務(wù)的響應(yīng)速度。

4）Oracle Goldengate在線雙機(jī)熱備技術(shù)。該技術(shù)通過解析源數(shù)據(jù)庫(kù)在線日志或歸檔日志，獲得數(shù)據(jù)的增量變化，再將這些變化應(yīng)用到目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)源數(shù)據(jù)庫(kù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)的同步，在遇到災(zāi)難性故障時(shí)，可進(jìn)行快速容災(zāi)切換。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容

安徽省地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)內(nèi)容主要包括普查成果數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)計(jì)成果數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)[3]。地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)內(nèi)容邏輯構(gòu)成如圖3所示。

圖3 建庫(kù)內(nèi)容邏輯構(gòu)成圖

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)流程

將經(jīng)過預(yù)處理和入庫(kù)檢查后的地形地貌、遙感影像、遙感影像解譯樣本、地表覆蓋、地理國(guó)情要素、統(tǒng)計(jì)分析成果、專題數(shù)據(jù)等地理國(guó)情普查成果數(shù)據(jù)，快速導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)，然后再上載到數(shù)據(jù)庫(kù)中。為使成果數(shù)據(jù)能批量入庫(kù)，需要設(shè)計(jì)和開發(fā)入庫(kù)輔助工具。普查成果數(shù)據(jù)入庫(kù)包括創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)導(dǎo)入和數(shù)據(jù)批量入庫(kù)等過程，如圖4所示。

3.2.1 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)流程包括：創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例和表空間（表1），創(chuàng)建矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、表格數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)的庫(kù)結(jié)構(gòu)。

圖4 普查成果數(shù)據(jù)入庫(kù)流程圖

表1 數(shù)據(jù)庫(kù)表空間

3.2.2 數(shù)據(jù)快速導(dǎo)入

為提高數(shù)據(jù)入庫(kù)的速度，需要預(yù)先將各類普查成果數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的存儲(chǔ)區(qū)中，通過數(shù)據(jù)導(dǎo)入服務(wù)器將數(shù)據(jù)分類復(fù)制到NAS存儲(chǔ)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。

3.2.3 數(shù)據(jù)入庫(kù)

利用開發(fā)的數(shù)據(jù)入庫(kù)工具，將已導(dǎo)入存儲(chǔ)區(qū)中的遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)、地表覆蓋、地理國(guó)情要素、地理單元等數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)入庫(kù)時(shí)可采用多個(gè)終端并行、批量入庫(kù)。

1）矢量數(shù)據(jù)入庫(kù)。不分區(qū)的地理國(guó)情要素?cái)?shù)據(jù)層、規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)層、1∶50 000分幅10 m格網(wǎng)DEM元數(shù)據(jù)層、專題數(shù)據(jù)要素層等為非分幅或分區(qū)數(shù)據(jù)，按數(shù)據(jù)層直接導(dǎo)入到相應(yīng)數(shù)據(jù)集中。地表覆蓋數(shù)據(jù)集、道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集、水系網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集、構(gòu)筑物要素?cái)?shù)據(jù)集、地理單元數(shù)據(jù)集（規(guī)則格網(wǎng)除外）、元數(shù)據(jù)集（除10 m格網(wǎng)DEM元數(shù)據(jù)外）為分幅或分區(qū)數(shù)據(jù)，需按數(shù)據(jù)層拼接入庫(kù)到相應(yīng)數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)層中。對(duì)于拼接入庫(kù)的數(shù)據(jù)層，在數(shù)據(jù)大批量入庫(kù)前，首先應(yīng)將索引刪除，并設(shè)置大數(shù)據(jù)批量裝載的表為Nologging模式，以提升數(shù)據(jù)入庫(kù)的速度[4]。

2）柵格數(shù)據(jù)入庫(kù)。將DEM數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)、坡向數(shù)據(jù)、地表覆蓋柵格數(shù)據(jù)、正射影像分幅數(shù)據(jù)等分幅導(dǎo)入相應(yīng)的鑲嵌數(shù)據(jù)集中；將整景影像按原分幅（景）導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。分幅柵格數(shù)據(jù)入庫(kù)時(shí)，應(yīng)將索引刪除，以提高數(shù)據(jù)入庫(kù)速度。

3）表格數(shù)據(jù)入庫(kù)。單個(gè)表格數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入，分區(qū)域相同表格文件在入庫(kù)時(shí)需合并記錄到一個(gè)表中。

4）文檔數(shù)據(jù)入庫(kù)。按照數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)定目錄，將文檔數(shù)據(jù)組織上載到服務(wù)器存儲(chǔ)目錄中。

5）瓦片數(shù)據(jù)入庫(kù)。支持多種瓦片數(shù)據(jù)類型，多種圖片格式，多種源數(shù)據(jù)類型地理切片數(shù)據(jù)入庫(kù)。支持同一數(shù)據(jù)同一級(jí)別多次入庫(kù)更新，并提供了數(shù)據(jù)版本信息設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了同一套瓦片數(shù)據(jù)不同時(shí)期版本的多重存儲(chǔ)。

4 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)按照SOA思路開發(fā)各類基礎(chǔ)組件、業(yè)務(wù)組件和服務(wù)接口；采用Web Services技術(shù)封裝各類信息、功能組件和服務(wù)接口；面向業(yè)務(wù)應(yīng)用特點(diǎn)，采用C/S與B/S混合架構(gòu)，通過搭建、配置和少量定制，快速構(gòu)建系統(tǒng)應(yīng)用功能；用于高效瀏覽和集成展示的數(shù)據(jù)，采用切片處理，并以O(shè)GC服務(wù)方式發(fā)布，切片處理規(guī)范參照天地圖標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)包含地理國(guó)情展示模塊、信息查詢分析模塊、數(shù)據(jù)提取模塊、數(shù)據(jù)更新維護(hù)模塊以及系統(tǒng)安全管理模塊[5]，如圖5所示。

4.1 地理國(guó)情展示模塊

該模塊主要提供基本地理國(guó)情普查成果集成管理與可視化、統(tǒng)計(jì)分析成果和地理國(guó)情專題圖等的展示功能。其主要包括對(duì)建庫(kù)后的地形地貌數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)、地表覆蓋數(shù)據(jù)、地理國(guó)情要素?cái)?shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)以及地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析成果數(shù)據(jù)、專題圖等的集成顯示和成果演示，系統(tǒng)主界面如圖6所示。

4.2 信息查詢分析模塊

該模塊主要提供地理國(guó)情要素信息的查詢檢索和對(duì)比分析等功能，可滿足用戶快速查詢各類信息的需求，如圖7所示。

圖5 地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)功能模塊圖

圖6 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)主界面

圖7 地理國(guó)情要素查詢功能示例

4.3 數(shù)據(jù)提取模塊

該模塊提供矢量數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)、正射影像數(shù)據(jù)、解譯樣本數(shù)據(jù)和表格數(shù)據(jù)等的提取功能。其主要包括按行政區(qū)范圍提取、按要素范圍提取、按標(biāo)線范圍提取、分幅提取等，如圖8所示。

4.4 數(shù)據(jù)更新維護(hù)模塊

該模塊提供數(shù)據(jù)入庫(kù)檢查、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)入庫(kù)、路網(wǎng)水網(wǎng)構(gòu)建、數(shù)據(jù)交換與更新、歷史數(shù)據(jù)管理、瓦片數(shù)據(jù)制作維護(hù)等功能。

4.5 系統(tǒng)安全管理模塊

該模塊提供保障系統(tǒng)運(yùn)行安全方面的功能，包括用戶管理、系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控、日志管理、數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)等，如圖9所示。

圖8 按范圍提取DOM要素示意圖

圖9 系統(tǒng)安全管理模塊界面

5 結(jié) 語(yǔ)

安徽省地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的建成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全省地形地貌、遙感影像、遙感影像解譯樣本、地表覆蓋、地理國(guó)情要素、專題數(shù)據(jù)、地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析等7大類成果的高效管理，為地理國(guó)情基本統(tǒng)計(jì)以及應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)分發(fā)和信息發(fā)布等提供了有利條件。系統(tǒng)建立的數(shù)據(jù)交換接口可滿足從省級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)到國(guó)家級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)更新和共享。

與此同時(shí)，地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)既是地理國(guó)情普查工作的成果庫(kù)，又是地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的本底庫(kù)。有了地理國(guó)情本底庫(kù)，地理國(guó)情監(jiān)測(cè)才有動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)，才更有利于發(fā)現(xiàn)和分析變化，認(rèn)識(shí)地理國(guó)情發(fā)展的規(guī)律，從而成為后期常態(tài)化的地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的重要基礎(chǔ)。

[1] 馬婉婷.遼寧省地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的設(shè)計(jì)思路[J].測(cè)繪與空間地理信息,2016,39(1)：165-166

[2] 廖芳,羅海燕.地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)管理及服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)設(shè)計(jì)[J].測(cè)繪地理信息,2016,41(4)：77-79

[3] 雷瑛,鮑立尚.甘肅省第一次全國(guó)地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)[J].測(cè)繪與空間地理信息,2016,39(2)：161-163

[4] 王堃昊.應(yīng)急制圖數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：以遼寧省為例[J].測(cè)繪通報(bào),2016(5)：123-125

[5] 李彬彬,周衛(wèi).基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)屬性脫密系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪通報(bào),2015(增刊1)：238-240

[6] 丁春雨,晏明,張曉嬌,等.ArcGIS支持下的土地利用時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪通報(bào),2015(10)：110-113

[7] 周鵬,丁明濤,佘濤,等.基于GIS的岷江上游聚落易損性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].西南科技大學(xué)學(xué)報(bào),2016,31(2)：44-51

[8] 趙彥榮,陳永立,陳剛.省級(jí)地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)矢量數(shù)據(jù)更新模式的探討[J]. 測(cè)繪與空間地理信息,2016,39(8)：153-155

P208

：B

：1672-4623（2016）11-0014-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.006

魏雪梅，碩士，高級(jí)工程師，主要從事基礎(chǔ)測(cè)繪與國(guó)情普查數(shù)據(jù)的生產(chǎn)、管理與信息化建設(shè)工作。

2016-08-31。