江蘇省基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張麗靜 武海嬌

(江蘇天地圖地理信息工程技術(shù)公司，江蘇 南京 210013)

1 概述

基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)是國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是國家信息化權(quán)威、統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)和空間載體，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、國家安全和國防等方面發(fā)揮著十分重要的作用。“基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)更新與維護(hù)”是《江蘇省“十三五”省級(jí)基礎(chǔ)測繪規(guī)劃》中明確完成的八大任務(wù)之一，要求持續(xù)整合、完善、更新全省多尺度、多分辨率基礎(chǔ)地理信息，建設(shè)全省1∶10 000等多尺度DOM，DLG，DEM數(shù)據(jù)庫以及影像、地名地址、地理實(shí)體等地理空間數(shù)據(jù)庫[1，2]。

在以往的基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)更新入庫與成果管理存在幾方面的問題：

1)新制定的《江蘇省1∶10 000基礎(chǔ)地理信息地形要素?cái)?shù)據(jù)規(guī)則》，對(duì)數(shù)據(jù)組織、要素分類、符號(hào)表達(dá)等做出了新的規(guī)定，原有的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)需要隨之改變，以便適應(yīng)新數(shù)據(jù)的入庫和管理。

2)數(shù)據(jù)庫更新周期相對(duì)較長，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性跟不上應(yīng)用要求，需要建立數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)更新機(jī)制。

3)前期開發(fā)的基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)基本滿足了數(shù)據(jù)的入庫和管理要求，但缺乏對(duì)數(shù)據(jù)庫的動(dòng)態(tài)更新以及多時(shí)期數(shù)據(jù)庫的管理等功能，而且隨著數(shù)據(jù)量的增加系統(tǒng)運(yùn)行處理效率不高，需要進(jìn)行升級(jí)完善。

因此，迫切需要根據(jù)“十三五”基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)生產(chǎn)和更新的特點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的更新及管理技術(shù)流程，并開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，大力提高數(shù)據(jù)庫的更新維護(hù)效率和數(shù)據(jù)庫管理水平。

2 建設(shè)內(nèi)容

圍繞目前省級(jí)基礎(chǔ)測繪1∶10 000 DLG增量更新數(shù)據(jù)入庫、快速更新需求，結(jié)合前期數(shù)據(jù)入庫工作中的經(jīng)驗(yàn)得失，此次系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面：

1)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)匯交、質(zhì)檢、更新建庫、數(shù)據(jù)管理等各流程的技術(shù)方案，對(duì)基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)匯交要求及數(shù)據(jù)更新方式進(jìn)行規(guī)定。

2)開發(fā)滿足基礎(chǔ)測繪全域更新和快速更新數(shù)據(jù)高效入庫需求的基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)庫入庫子系統(tǒng)。

3)開發(fā)包括歷史數(shù)據(jù)回溯、數(shù)據(jù)分發(fā)、查詢?yōu)g覽、數(shù)據(jù)變化檢測、快速制圖等功能的數(shù)據(jù)庫成果管理子系統(tǒng)。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

江蘇省基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)庫建設(shè)主要面向省級(jí)基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)更新與集成管理的需求，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。因此，整個(gè)建庫應(yīng)按照統(tǒng)一規(guī)范、分步實(shí)施、嚴(yán)控質(zhì)量的原則。江蘇省基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)遵循了以下原則：

1)實(shí)用性原則。

基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，主要服務(wù)于基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)全域更新和重要要素快速更新的規(guī)范化、高效率入庫，并實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)回溯與管理。為實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)測繪成果數(shù)據(jù)的一體化集成和歷史數(shù)據(jù)管理，針對(duì)該數(shù)據(jù)特點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2)先進(jìn)性原則。

為滿足江蘇省基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對(duì)海量的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)管理的需要，針對(duì)復(fù)雜空間查詢、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查、更新變化檢測等方面采用了數(shù)據(jù)庫集群、并行計(jì)算等技術(shù)，滿足數(shù)據(jù)快速計(jì)算與分析處理的要求。

3)可擴(kuò)展性原則。

為適應(yīng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集成后基礎(chǔ)測繪更新數(shù)據(jù)的不斷擴(kuò)展加入、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理能力擴(kuò)展的需求，該系統(tǒng)采用了面向服務(wù)的設(shè)計(jì)，使數(shù)據(jù)的管理、組織、存儲(chǔ)和硬件設(shè)備等方面在對(duì)需求發(fā)生變化時(shí)具有擴(kuò)展能力。

3.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

江蘇省基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)由應(yīng)用層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層和運(yùn)行支撐層構(gòu)成，該系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

1)運(yùn)行支撐層：由硬件環(huán)境、軟件環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和安全保障措施組成，以保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2)數(shù)據(jù)層：系統(tǒng)數(shù)據(jù)層包括匯交庫、現(xiàn)勢庫、工作庫、歷史庫等，采用混合數(shù)據(jù)庫管理模式，堅(jiān)持?jǐn)?shù)據(jù)與應(yīng)用分離原則。匯交數(shù)據(jù)庫采用Geodatabase格式存儲(chǔ)，基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)庫通過Spatial，ADO，JDBC等接口來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與訪問。數(shù)據(jù)質(zhì)檢和數(shù)據(jù)變化檢測等工作數(shù)據(jù)，以Hadoop分布式架構(gòu)組織存儲(chǔ)。

3)服務(wù)層：通過高性能計(jì)算引擎等，提供批量數(shù)據(jù)質(zhì)檢服務(wù)、數(shù)據(jù)變化檢測服務(wù)、數(shù)據(jù)回溯服務(wù)、制圖輸出服務(wù)等。

4)應(yīng)用層：在數(shù)據(jù)層和服務(wù)層的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫檢查和預(yù)處理、數(shù)據(jù)入庫與管理、統(tǒng)計(jì)分析、制圖輸出等。

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

4.1 采用身份標(biāo)識(shí)碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全生命周期管理

基礎(chǔ)測繪DLG數(shù)據(jù)更新是一個(gè)動(dòng)態(tài)持續(xù)的過程。DLG中要素的新增、變化、刪除等信息都必須記錄下來，以便于數(shù)據(jù)庫的管理、回溯與分析。身份標(biāo)識(shí)碼技術(shù)，可以有效實(shí)現(xiàn)DLG數(shù)據(jù)的全生命周期管理。系統(tǒng)通過對(duì)每個(gè)要素賦予統(tǒng)一的身份標(biāo)識(shí)碼(GUID)對(duì)該要素進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)在各作業(yè)單位的狀態(tài)傳遞和生命狀態(tài)信息記錄。首先，系統(tǒng)對(duì)基礎(chǔ)測繪現(xiàn)勢庫的所有要素統(tǒng)一賦予GUID，待開展基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)更新時(shí)，將相關(guān)更新區(qū)域的帶有GUID信息的數(shù)據(jù)下發(fā)至作業(yè)單位，由數(shù)據(jù)更新作業(yè)人員根據(jù)數(shù)據(jù)更新情況，動(dòng)態(tài)維護(hù)(增加或刪除)各類要素的GUID。作業(yè)單位匯交更新數(shù)據(jù)時(shí)，需統(tǒng)一提交帶有GUID信息的基礎(chǔ)測繪更新數(shù)據(jù)。

4.2 采用增量更新模式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高效入庫和動(dòng)態(tài)可溯

對(duì)于DLG全域更新和快速更新等兩種更新模式，均采用增量更新入庫的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫。一方面，相較于傳統(tǒng)基礎(chǔ)測繪入庫方式需要對(duì)數(shù)據(jù)庫所有數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)檢和入庫，增量更新入庫方式僅需對(duì)增量數(shù)據(jù)包進(jìn)行檢查和處理，能夠大大提高數(shù)據(jù)質(zhì)檢和入庫效率；另一方面，采用增量更新入庫，能夠突破傳統(tǒng)基礎(chǔ)測繪采用版本建庫模式無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可回溯的制約，建立可動(dòng)態(tài)維護(hù)的基礎(chǔ)測繪時(shí)空數(shù)據(jù)庫，滿足對(duì)不同時(shí)期基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)的時(shí)空回溯、分析挖掘等需求。

4.3 基于高性能空間數(shù)據(jù)引擎實(shí)現(xiàn)快速質(zhì)檢和變化檢測

由于基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)量巨大，數(shù)據(jù)入庫的質(zhì)檢需要進(jìn)行海量的空間計(jì)算?，F(xiàn)行的基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)入庫質(zhì)檢工作，因缺少高效的質(zhì)檢平臺(tái)，耗時(shí)費(fèi)力，嚴(yán)重影響了基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)入庫效率。同樣，在數(shù)據(jù)更新包提取時(shí)的更新變化檢測也涉及海量的空間計(jì)算?；谏鲜鰡栴}，系統(tǒng)采用了Hadoop分布式基礎(chǔ)架構(gòu)高效存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)，同時(shí)采用虛擬化、彈性管理以及動(dòng)態(tài)調(diào)度等云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建并行計(jì)算的云GIS加速引擎，實(shí)現(xiàn)高效的空間數(shù)據(jù)快速質(zhì)檢和更新變化檢測。

4.4 采用工作流程控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)范化質(zhì)檢和處理

以往的基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)質(zhì)檢工作，只有少量質(zhì)檢小工具的支撐，大部分工作需要人工檢查，存在不規(guī)范、易返工等現(xiàn)象。另外，在數(shù)據(jù)入庫工作組織方面，因缺少專業(yè)化工具，無法實(shí)現(xiàn)工作任務(wù)的科學(xué)分配與建庫人員的工作績效考核。系統(tǒng)將采用工作流程控制技術(shù)，分別將數(shù)據(jù)質(zhì)檢、數(shù)據(jù)處理等工作規(guī)則化，通過流程定制、工作回溯等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)檢工作的規(guī)范化、流程化，以及入庫前數(shù)據(jù)處理任務(wù)的合理分配與工作績效評(píng)定。

4.5 基于模板定制技術(shù)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)測繪快速出圖

系統(tǒng)針對(duì)不同的制圖產(chǎn)品，通過制圖模板定制技術(shù)和復(fù)雜要素自動(dòng)注記與符號(hào)化技術(shù)等，針對(duì)不同的上圖要素，定制了不同的制圖規(guī)則、符號(hào)表現(xiàn)、標(biāo)注規(guī)則和整飾參數(shù)，支持基于基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)地形圖的快速批量生成，滿足基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)成果的快速應(yīng)用需求。此外，系統(tǒng)提供對(duì)注記信息的“記憶功能”，通過智能標(biāo)注方式從標(biāo)注位置、放置策略、沖突處理三個(gè)方面解決點(diǎn)、線、面對(duì)象的自動(dòng)標(biāo)注問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)注放置策略及標(biāo)注沖突處理等高級(jí)需求的控制，滿足諸如標(biāo)注大小根據(jù)面要素面積大小自動(dòng)進(jìn)行縮放等高級(jí)制圖需求，并將標(biāo)注轉(zhuǎn)換為注記保存在數(shù)據(jù)庫中，便于后期出圖時(shí)的再次利用。

5 結(jié)語

通過基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能對(duì)基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的管理，能滿足新型基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)增量更新、快速出圖和數(shù)據(jù)全生命周期管理的需求。后續(xù)工作中將對(duì)該系統(tǒng)功能進(jìn)一步優(yōu)化，使其能滿足全省基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)的管理需求。