淺談遼寧省應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫建設(shè)

白 冰

（遼寧省自然資源事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110034）

0.引言

當(dāng)前，正處在經(jīng)濟發(fā)展、改革開放與社會轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，各種各樣的自然災(zāi)害和突發(fā)事件，給應(yīng)急測繪工作提出了新要求，帶來了新任務(wù)，所以需要加強應(yīng)急測繪能力建設(shè)，提供完善的應(yīng)急測繪服務(wù)保障。因此，國家測繪主管部門組織實施了國家應(yīng)急測繪保障能力建設(shè)項目，遼寧省資源共享節(jié)點被確定為國家應(yīng)急測繪保障能力建設(shè)項目節(jié)點之一，其中應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫建設(shè)是資源共享節(jié)點建設(shè)的重要內(nèi)容。

1.目標和內(nèi)容

遼寧省應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫建設(shè)是利用數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)、虛擬化和并行計算等技術(shù)，完成地理信息應(yīng)急各類成果數(shù)據(jù)的對象化建模與集成建庫，并在建成數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上構(gòu)建數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)[1]，在局域內(nèi)網(wǎng)環(huán)境下，實現(xiàn)應(yīng)急數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)預(yù)處理、成果應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、安全運維管理等方面的功能。

2.總體架構(gòu)

按照國家應(yīng)急測繪保障相關(guān)規(guī)范性文件的要求，結(jié)合遼寧省實際情況，遼寧省應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫采用基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、服務(wù)平臺層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層四層架構(gòu)模式[2]，總體架構(gòu)（如圖1所示）：

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

架構(gòu)在確保實用性的同時，采用了先進的GIS數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲方案、數(shù)據(jù)管理方案、軟件開發(fā)解決方案和網(wǎng)絡(luò)集成方案，能滿足數(shù)據(jù)庫海量數(shù)據(jù)管理，時態(tài)數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計分析、變化監(jiān)測的需要，引入了數(shù)據(jù)庫集群、云計算、并行計算等技術(shù)，可以滿足大數(shù)據(jù)快速查詢和統(tǒng)計分析的要求。

3.應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

遼寧省應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在開發(fā)設(shè)計時特別關(guān)注了系統(tǒng)的開放性和可擴展性，在數(shù)據(jù)組織、存儲空間和管理軟件等方面都要求具備對需求變化的適應(yīng)能力，以適應(yīng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集成與更新數(shù)據(jù)的不斷擴展加入。系統(tǒng)采用面向服務(wù)的設(shè)計與云計算應(yīng)用架構(gòu)，方便統(tǒng)計分析模型擴充加入、調(diào)用，使系統(tǒng)具備良好的可擴展性和運行效率。開放性設(shè)計也便于系統(tǒng)以后與地理信息公共服務(wù)平臺銜接，促進地理信息資源共建共享。

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

遼寧省應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理、成果應(yīng)用、數(shù)據(jù)服務(wù)、運維管理和移動端應(yīng)用6個模塊組成（如表1所示）：

表1 模塊劃分

3.2 系統(tǒng)功能

3.2.1 數(shù)據(jù)處理工具

通過對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，包括入庫前整理、格式轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換、定義空間參考、數(shù)據(jù)拼接、數(shù)據(jù)裁剪、屬性項編輯、分層提取等操作，使成果數(shù)據(jù)在目錄組織、屬性結(jié)構(gòu)、表達形式等與數(shù)據(jù)模型保持一致，方便數(shù)據(jù)順利入庫。

3.2.2 數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

系統(tǒng)主要實現(xiàn)應(yīng)急數(shù)據(jù)庫中不同歷史階段數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、現(xiàn)時數(shù)據(jù)的更新及管理、不同類型數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。同時，系統(tǒng)提供了支持將數(shù)據(jù)庫內(nèi)滿足需求的數(shù)據(jù)按照行政區(qū)劃單元、規(guī)則格網(wǎng)或自定義范圍的輸出。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，系統(tǒng)也提供了發(fā)布成果生成等功能。

3.2.3 成果應(yīng)用子系統(tǒng)

系統(tǒng)包含四個模塊：專題圖制圖、統(tǒng)計分析、應(yīng)急標繪、數(shù)據(jù)分發(fā)（如圖2～圖5所示）：

圖2 專題圖制圖模板

圖5 數(shù)據(jù)分發(fā)

專題圖快速制圖是測繪保障的一個重要應(yīng)用，由于圖件的特點有需求時間急、圖件樣式多、涉及區(qū)域廣等特點，傳統(tǒng)制圖方法已經(jīng)無法滿足測繪應(yīng)急保障對專題圖的需求，因此需要一套以應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)庫為核心的一體化制圖的方法和流程，快速批量生產(chǎn)出符合應(yīng)急專題制圖要求的系統(tǒng)[3]。專題圖制圖解決的最大問題就是基于模板批量快速出圖，包括分級圖、餅狀圖、柱狀圖、熱點圖、插值圖、政區(qū)圖、標準分幅圖等。

統(tǒng)計分析功能是基于應(yīng)急數(shù)據(jù)庫，充分利用收集到的專題資料，基于不同的行政區(qū)劃單元或區(qū)域范圍，對各種指標進行統(tǒng)計分析。

應(yīng)急標繪模塊用于制作應(yīng)急預(yù)案并標繪。它實現(xiàn)了方案/預(yù)案的制作，同時還提供有方案/預(yù)案的協(xié)同、方案/預(yù)案的保存、歷史方案/預(yù)案的查看等功能。

數(shù)據(jù)分發(fā)模塊主要是對應(yīng)急電子地圖、專題圖、專題文檔等進行提取下載。

圖3 統(tǒng)計分析

圖4 應(yīng)急標繪

3.2.4 數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)以地圖服務(wù)的形式向用戶展示應(yīng)急數(shù)據(jù)和應(yīng)急專題成果。系統(tǒng)采用當(dāng)前最為流行的HTML5技術(shù)，完全使用JavaScript語言開發(fā)，前端采用jQuery和Bootstrap等成熟框架，后臺使用NodeJs開發(fā)文件分發(fā)服務(wù)[4]。通過ArcGIS Server 10.4將應(yīng)急專題以動態(tài)服務(wù)、要素服務(wù)、切片服務(wù)等形式發(fā)布成地圖服務(wù)后，在前端使用最新的Arcgis JavaScript API對地圖服務(wù)進行渲染展現(xiàn)并提供豐富的查詢及分析功能。

3.2.5 移動端應(yīng)用子系統(tǒng)

移動端應(yīng)用提供了全面翔實的遼寧省電子地圖，包括矢量地圖、影像地圖、暈渲地圖，提供遼寧省服務(wù)區(qū)分析，并支持省內(nèi)路線查詢、最近設(shè)施查找等，主要由功能欄和地圖顯示區(qū)兩部分組成。

3.2.6 運維管理子系統(tǒng)

運維管理子系統(tǒng)實現(xiàn)了對應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)庫7×24小時不間斷地監(jiān)控。包括系統(tǒng)登錄、系統(tǒng)退出、系統(tǒng)首頁、修改個人信息、修改密碼、監(jiān)控報警通知等。主要完成服務(wù)平臺的用戶、角色、權(quán)限、存儲等統(tǒng)一身份認證及授權(quán)分布管理。

4.應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)建庫

應(yīng)急保障數(shù)據(jù)往往具有海量、多尺度、多類型的特點，遼寧省應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫采用基于PostgreSQL+ArcSDE10.4的Geodatabase模型進行邏輯設(shè)計，使用ST_GEOMETRY類型字段存儲GIS的空間數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一在CGCS2000國家大地坐標系。從存儲角度劃分，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分為矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)等幾種形式。矢量數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)集和要素類組織，柵格數(shù)據(jù)按柵格數(shù)據(jù)集和鑲嵌數(shù)據(jù)集組織，文檔數(shù)據(jù)以文件形式組織。

為了提高數(shù)據(jù)存儲和訪問的效率，將不同種類數(shù)據(jù)分開存儲。針對不同數(shù)據(jù)劃分不同表空間，使用多個物理設(shè)備分區(qū)可提高數(shù)據(jù)訪問效率、性能和穩(wěn)定性。將數(shù)據(jù)和索引分開存儲，將空間數(shù)據(jù)索引和屬性數(shù)據(jù)索引分開存儲，提高數(shù)據(jù)檢索與瀏覽效率。

遼寧省應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫總體邏輯結(jié)構(gòu)（如圖6所示）：

圖6 遼寧省應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫總體邏輯結(jié)構(gòu)圖

4.1 數(shù)據(jù)建庫流程

遼寧省應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)建庫過程包括數(shù)據(jù)檢查處理、數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)庫運行環(huán)境構(gòu)建、數(shù)據(jù)庫檢查與測試等過程。

為確保應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)順利入庫，需要對各種類型的成果數(shù)據(jù)進行入庫前檢查和處理。檢查采用人工和軟件結(jié)合的方式，其中主要采用軟件進行批量檢查，部分內(nèi)容采用人工進行輔助檢查，對成果數(shù)據(jù)的拓撲、結(jié)構(gòu)、一致性、空間參考等進行百分之百檢查。

從各個專業(yè)部門或互聯(lián)網(wǎng)上收集過來的專題數(shù)據(jù)種類繁多、格式多樣，為了保證這些專題數(shù)據(jù)發(fā)揮效用，需要進行規(guī)范化處理。對于不同的專題數(shù)據(jù)采用不同的處理技術(shù)流程，主要包括矢量數(shù)據(jù)處理、紙質(zhì)圖件處理、文本資料處理。

為了高效存儲和管理應(yīng)急成果數(shù)據(jù)，系統(tǒng)基于PostgreSQL和ArcGIS Server建立遼寧省應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫存儲文件和表空間、設(shè)定數(shù)據(jù)存儲分區(qū)、初始化數(shù)據(jù)表。經(jīng)檢查處理后的各種成果數(shù)據(jù)，包括地形數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、“天地圖·遼寧”數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)、地理國情數(shù)據(jù)、行業(yè)專題數(shù)據(jù)等。將其快速導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲區(qū)后再上傳到數(shù)據(jù)庫中。成果數(shù)據(jù)入庫包括創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)入庫、異常分析處理和性能優(yōu)化等過程。

遼寧省應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫組織（如圖7所示）：

圖7 遼寧省應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫組織

4.2 應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

本文只介紹目前遼寧省應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)急數(shù)據(jù)內(nèi)容，每類數(shù)據(jù)的具體制作流程和方法，不同省份、不同地方的數(shù)據(jù)情況不同，可在實際研究中加以確定。

遼寧省應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)包括“天地圖·遼寧”數(shù)據(jù)、地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)、應(yīng)急專題數(shù)據(jù)、應(yīng)急電子地圖數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)等。從數(shù)據(jù)庫管理角度，數(shù)據(jù)庫中還包括元數(shù)據(jù)、相關(guān)技術(shù)文檔、法規(guī)條例、歷史數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)等。

其中地形地貌數(shù)據(jù)庫、遙感影像數(shù)據(jù)庫的存儲路徑為NAS存儲空間。其他數(shù)據(jù)庫的存儲路徑為FreeNAS存儲空間配置到本機的存儲。應(yīng)急數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)內(nèi)容及數(shù)據(jù)量（如表2所示）：

表2 應(yīng)急數(shù)據(jù)庫內(nèi)容及數(shù)據(jù)量

可以看出：遼寧省應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)種類多樣、多尺度、數(shù)據(jù)量巨大等特點。為了高效存儲和管理，采用了要素數(shù)據(jù)集存儲矢量數(shù)據(jù)，鑲嵌數(shù)據(jù)集結(jié)合元數(shù)據(jù)表存儲柵格數(shù)據(jù)。

5.結(jié)束語

應(yīng)急測繪的科學(xué)性、綜合性需整合各部門和社會各方面的信息資源，基于統(tǒng)一的地理空間框架實現(xiàn)各種應(yīng)急指揮信息的空間定位、可視化顯示、綜合查詢分析，并實現(xiàn)輔助決策，其基礎(chǔ)是建立應(yīng)急數(shù)據(jù)資源及共享能力。應(yīng)急測繪保障數(shù)據(jù)庫是應(yīng)急數(shù)據(jù)資源最重要的內(nèi)容之一，應(yīng)急數(shù)據(jù)又是應(yīng)急數(shù)據(jù)庫建設(shè)的基礎(chǔ)[5]，因此建立相對完善的應(yīng)急數(shù)據(jù)技術(shù)指標體系，加大行業(yè)專題資料收集力度，完善應(yīng)急專題數(shù)據(jù)的權(quán)威性和現(xiàn)勢性，將是在統(tǒng)一的地理空間框架基礎(chǔ)上實現(xiàn)各種應(yīng)急保障、科學(xué)決策和指揮、組織和處理應(yīng)急事件的關(guān)鍵。