測繪成果數據庫的設計與入庫

殷 敏 王式太 徐丹丹

隨著全球定位系統、遙感等測繪技術的不斷進步,測繪工作者已能夠快速高效地獲取空間數據,而日益快速增長的空間數據也給測繪工作者帶來了新的問題:在測繪成果管理過程中,往往會出現資料類型多樣、版本不一的狀況,使得資料共享困難,工作重復進行,從而造成人力物力的極大浪費。如何建立基于統一標準的測繪成果數據庫、加快和加強與各相關部門數據的共建共享,如何把空間數據與屬性數據有機地結合起來,實現不同格式的地理信息數據的入庫,都是測繪成果數據建庫過程中應該關注并不斷完善和解決的問題。

1 數據類型

根據服務對象和內容,測繪可以分為基礎測繪、專業測繪、軍事測繪、地籍測繪、工程測量、海洋大地測量等。綜合各類測繪的成果數據,其涵蓋了圖形、表格、文檔等形式。其中,圖形類數據主要包括4D產品(數字線劃圖(Digital Line Graphie,縮寫DLG)、數字正射影像圖(Digital Orthophoto Map,縮寫 DOM),數字柵格地圖(Digital Raster Graphie,縮寫DRG)和數字高程模型(Digital Elevation Model,縮寫 DEM))、圖像數據(.bmp,.jpg,.tif等格式);表格類數據主要包括測量點位數據、屬性信息、報表數據等;文檔數據主要包括數據更改歷史文件、成果報告等。此外,還有其他相關電子資料[1-3]。

2 數據庫設計

根據測繪成果數據類型,將測繪成果數據庫分為空間數據庫、圖像數據庫、屬性數據庫和元數據庫。

2.1 空間數據庫

空間數據庫主要存儲各種比例尺的數字地圖,即4D產品。根據空間數據位置信息記錄方式的不同,可將4D產品劃歸為兩大類:一類是采用空間點位的坐標數據記錄空間數據的位置信息,即矢量數據模型,如數字線劃圖DLG;另一類是采用規則格網數據記錄空間數據的位置信息,即柵格數據模型,如數字柵格圖DRG、數字正射影像圖DOM和數字高程模型DEM。

2.1.1 矢量數據的組織方式

矢量數據的組織方式可分為基于圖幅的組織和基于要素的組織兩種方式。基于圖幅組織方法遵循數據分類分層的原則,把具有相同實體意義和空間特征的同類圖形要素存放在同一個圖層,對于跨圖幅要素物理上不進行任何處理。基于要素的組織方法在空間地理數據入庫時將跨圖幅要素合并為一個要素。該方法嚴格保持了地物的完整性、連續性和一致性。

根據測繪成果數據管理和應用的需求,本文采用后一種管理方式對數字線劃數據進行組織。即入庫前先將同一個比例尺同一分帶中的數字線劃分幅數據進行拼接處理。首先,依據數字線劃圖的比例尺分類;其次,再按地形實體的大類進行邏輯分層,每一個邏輯層就是一個要素集。

2.1.2 柵格數據的組織方式

柵格數據(DOM,DRG,DEM)按照Geodatabase數據模型中的柵格數據集(Raster Dataset)進行組織和存儲。

為了加快柵格數據的顯示速度和網上傳輸速度,柵格數據采用金字塔的存儲方式存儲數據,即分級分塊的存儲策略。對于較小比例尺顯示時只顯示上級的粗略的柵格信息,而當放大到較大比例尺時,把下一級較詳細的信息顯示出來。可用不同的方法構建金字塔,相鄰采樣法用于名義數據或者彩色地圖類(宗地數據、掃描地圖、偽彩色影像)的柵格數據;雙線性采樣法和立方采樣法用于衛星影像和航空影像等連續數據。構建數據金字塔是在服務器端完成的。數據如果被壓縮,服務器首先解壓縮數據,然后構建數據金字塔,最后再次壓縮并將該數據插入柵格數據塊表。

2.2 圖像數據庫

圖像數據庫用于存儲和管理測繪成果相關的圖像信息。為了節約數據庫的存儲空間,在存儲過程中,將圖像數據進行壓縮,表示成二進制文件,提取時再將相應的文件進行解壓釋放。其數據結構表見表1。

表1 圖像數據庫結構表

2.3 屬性數據庫

根據空間實體的特征建立相應的屬性表結構,如表2所示為行政區劃屬性結構表。

表2 行政區劃屬性結構表

2.4 元數據庫

測繪成果元數據庫用于記錄測繪成果數據和信息的描述性信息,它包括測繪成果數據的內容、質量、繼承關系、數據組織、參考系、發行信息、參考信息等,如表3所示。

表3 圖像數據元數據結構表

3 ArcSDE數據加載

3.1 矢量數據的加載

矢量數據的加載通常使用兩種方法:1)使用ArcCatalog或ArcToolbox中的Shapefile(covera-ge等)to Geodatabse;2)直接使用命令行shp2sde(cov2sde)。前者操作簡單,后者可實現批處理[4]。

加載中的參數問題:

1)精度問題(Precision)。ArcSDE是采用正整數坐標來存儲空間數據(32位,但坐標的最大值為231)。把連續的矢量數據存儲在這些小網格里面,但會出現變形。ArcSDE采用的解決方法是在存儲前對矢量數據進行放大。隨著放大比例的增加,變形會縮小。

2)偏移問題(ShiftX,ShiftY)。數據如何存儲在ArcSDE存儲空間里面也是很有講究的。一般情況下數據的空間范圍是會變化的,比如隨著城市范圍的不斷擴大,數據也隨著擴大。這樣在加載數據時就要慎重考慮。ArcSDE推薦是將數據的中心放到ArcSDE坐標空間中心點進行存儲。實現的方法就是將坐標系統進行平移。這就是加載數據時的ShiftX和ShiftY。

3)索引網格大小(Gridsize)。在加載數據時,還需要給數據指定索引網格的大小,選擇合適的索引網格可以提高工作效率。具體選擇多大的網格,理論上是使得一個索引網格里面只有一個要素。經驗值是所研究要素平均值的1.5倍～3倍。此外,索引網格的大小在加載后仍可以根據實際需要進行修改。

3.2 柵格數據的加載

柵格數據的加載亦有兩種:1)使用ArcCatalog向SDE中加載;2)使用SDERASTER向SDE中加載。柵格數據存儲到ArcSDE數據庫時,被轉換成許多小的二進制對象(BLOB)或片(tile)。通過這種存儲方式,在檢索柵格數據時,只會影響并且返回需要的片,而不是整個柵格數據集。

3.2.1 柵格數據的壓縮方式

柵格數據加載時需要經過壓縮。常用的有兩種壓縮方法,即LZ77和JPEG。LZ77是一種無損壓縮算法,壓縮可以節省存儲空間,產生較小的數據文件,從而可以提高應用程序的顯示性能;但對于那些像元值很重要的數據如分類數據(或用于分析的數據)來說,應該采用無損壓縮,對于提取有效像元不是很重要的數據,則可以采用有損壓縮。

3.2.2 加載柵格數據參數設置

1)Pyramid:為輸出的數據建造ArcSDE地理數據庫的金字塔。當選擇要建造時,還要選擇構建金字塔時重采樣的方法,有最鄰近法(nearest)、雙線性內插(bilinear)最緊以及立方卷積(cubic)的方法。

2)Raster statistics:可以在地理數據庫中建立時生成數據的統計值。當選擇建立統計值時,需要設定統計計算的采樣間隔,即X skip和 Y skip的值。系統默認為1。

3)Compression:指定在ArcSDE中數據壓縮方式。LZ77是一種保留所有柵格數據式;JPEG是有損壓縮方式,是利用國際上通用的JPEG算法對像進行壓縮,用戶可以在下面的復選框中選擇壓縮率;JPEG2000也是有損壓縮方法,它采用小波技術對圖像進行壓縮,使圖像表面上看起來沒有什么損失,同樣用戶需要設定壓縮率;NONE指對柵格數據進行不壓縮存儲。

4)Tile size:設定ArcSDE地理數據庫中數據的大小,系統默認的寬度和高度都是128。

4 結語

本文從測繪工作的實際出發,將測繪成果進行了分類,對測繪成果數據庫進行了設計,并對數據加載過程中出現的相關參數問題進行了說明。

[1]樊文有,謝 靖,邵 隆.MAPSUV數字測繪成果管理系統的設計[J].地球科學——中國地質大學學報,2006,31(5):715-718.

[2]梅樹紅.基于GIS控件開發測繪成果目錄檢索系統[J].鐵道勘察,2006(4):20-22.

[3]江春發,廖寶勇.廈門市測繪成果的GIS方式管理[J].城市勘測,2001(1):44-47.

[4]桂潤堂,鐘霞薛,重 生.基于ArcSDE空間數據庫引擎技術的應用研究[J].微機發展,2003(3):13-15.