數字城市中城市數據庫設計內容研究

劉媛

基礎地理信息數據作為基礎地理信息系統的數據源,具有多源性(空間數據、屬性數據和時間數據),對它進行正確、有效的組織和預處理是成功建設基礎地理信息系統的關鍵所在。城市基礎地理信息數據的數據量可用“海量”一詞來形容,面對如此龐大的數據必須建立科學的數據存儲機制完成數據的存儲與管理。為了實現基礎地理信息數據的存儲管理和分發服務,基礎地理信息數據庫的建設也是至關重要的。

1城市基礎地理信息數據類型

數據是GIS系統的“血液”。同時,GIS系統的數據主要是包含大量的圖形的空間數據,它包括柵格圖形數據、矢量數據以及關聯的屬性數據。城市基礎地理信息系統更是涉及到多種空間數據庫的管理和互操作問題,顧及空間數據本身海量數據和復雜結構的特點,基礎地理信息系統中數據組織的好壞直接關系到系統的效率。我們把城市不同部門數字化建設都要用到的基礎數據稱為城市基礎地理信息數據。

基礎地理信息數據分類有很多方法,例如按數據結構來分,有矢量數據、柵格數據、矢量柵格一體化數據;按產品形式分,有數字高程模型數據(DEM)、數字正射影像數據(DOM)、數字柵格地圖數據(DRG),數字線劃地圖數據(DLG)。狹義上,城市基礎地理信息數據庫的核心任務是4D數據庫的建立,這里簡單地介紹一下4D產品的概念。

1.1 數字高程模型

DEM是區域地形的數字表示,它由規則水平間隔處地面點的抽樣高程矩陣組成。DEM的水平間隔應隨地貌類型不同而改變。為控制地表形態,可配套提供離散高程點數據。由于格網的規則性,其X,Y或B,L的交點坐標被省略,通過對應的2值在矩陣中的行列號隱含表示。DEM數據通過一定的算法,能轉換為等高線圖、透視圖、坡度圖、斷面圖、暈渲圖,以及與其他數字產品復合形成各種專題圖產品;還可計算體積、空間距離、表面積等工程數據。

1.2 數字正射影像(DOM)

DOM是由航空攝影或其他遙感數據經糾正和消除地形影響后形成的數字圖像,是地表信息的真實反映,信息量極其豐富。數字正射影像圖疊加專題信息之后,擺脫了傳統專業線劃圖過于抽象,非專業人員不易理解的局限,使城市信息更加直觀、內容更加豐富多彩,便于政府對城市的管理。數字正射影像數據庫可以作為基礎地理信息系統建設的重要的背景,可供規劃、設計和廣大用戶直接查詢、量算使用。

1.3 數字柵格地圖(DRG)

DRG是現有模擬地形圖的數字形式。它是由模擬地圖經掃描、幾何糾正及色彩歸化后,形成在內容、幾何精度和色彩等方面與地形圖基本保持一致的柵格數據文件。可以較為方便的進行放大、漫游、查詢等。本產品可作為背景,用于數據參照或修測其他與地理相關的信息,適用于DLG的數據采集、評價和更新;也可與DOM,DEM等數據集成使用,派生新的可視信息,從而提取、更新地圖要素;還可以繪制紙質地圖,改變地圖存儲和印制的傳統方式。

1.4 數字線劃地圖(DLG)

DLG是地形圖或專題圖經過掃描后,對一種或多種地圖要素進行跟蹤矢量化,再進行矢量糾正形成的一種矢量數據文件。其數據量小、便于分層,能快速生成專題地圖。這種數據滿足GIS進行各種空間分析要求,被視為帶有智能的數據,可隨機地進行數據選取和顯示,與其它幾種產品疊加,便于分析、決策。各種以矢量為基礎的地圖均可視為DLG。

2城市基礎地理信息數據庫的邏輯設計

城市基礎地理信息數據庫必須面對不同的用戶或應用群體,系統的主要需求表現在各類數據的快速檢索查詢、數據的更新與維護以及數據的安全等等多個方面,所以我們必須對數據庫中的數據進行合理的組織和分類來滿足上述需求。

數據庫的邏輯設計主要是根據數據的不同應用對數據進行分類組織。下面以矢量地形圖為例闡述數據庫的邏輯設計。

矢量地形圖數據作為數字線劃圖的主要組成部分,用以表示城市的基本面貌并作為各種專題數據統一的空間定位載體,包括測量控制點和城市地形、交通、水系、境界、居民地、植被等核心地理要素。在基礎地理信息數據庫的邏輯設計中,可以設計如下。

(1)矢量地形圖數據子庫。

矢量地形圖數據子庫的劃分可以依據城市在建立城市基礎地理信息系統時使用的矢量地形圖數據的比例尺來進行,如有的城市有1∶500、1∶2000和1∶10000的矢量地形數據,就可劃分為3個子庫,分別為1∶500地形圖子庫、1∶2000地形圖子庫、1∶10000地形圖子庫;而有的城市可能只有1∶500和1∶10000的矢量地形數據,那其地形圖子庫就有1∶500地形圖子庫和1∶10000地形圖子庫兩種了。

(2)矢量地形圖數據大類。

根據通常應用的需要,將基礎數據庫中的矢量地形數據按地形實體的大類進行邏輯分組,每一個邏輯組就是一個矢量地形圖數據大類。矢量地形數據按照國標可以分為控制點、居民地、交通、水系等幾個大類。一個大類中的空間實體數據在邏輯上被看作屬于同一范圍,其代碼的第一位都相同,往往被同時應用。

(3)矢量地形數據圖層。

一個矢量地形圖數據大類通常包含多個空間實體類型,可以再根據實體的類型(點、線、面)和實體在數據中的意義(輔助信息、主要信息)劃分出具體的邏輯層,一個邏輯層還可以含有一個注記層。

(4)矢量地形數據實體。

矢量地形數據實體作為單個圖層中的獨立單元,包含圖形數據(幾何屬性)和非圖形數據(非幾何屬性)。圖形數據一般指實體的地理位置和形狀,非圖形數據包括標量屬性(如高程、面積、長度的數據及實體的編碼數據等)和名稱屬性(如道路名稱、河流名稱等)。地理實體按幾何形狀分為點、線、面三種基本類型,這種分類法對于地理實體的特征描述和編碼表示很合適。例如點類有控制點、獨立地物點等,線類有道路、地類分界線、管線等,而面類有行政區域、建筑物、綠化帶等。

3城市基礎地理信息數據庫的詳細設計

3.1 控制成果數據庫

3.1.1 控制成果庫系統設計

建立控制成果庫主要是對測區基礎控制點、像片控制點、空三加密成果、控制概況資料、空三加密概況資料等進行有效組織與管理?？刂瞥晒麕煜到y由控制點成果錄入、查詢兩個主要模塊組成。

(1)控制點成果錄入。

控制點成果數據錄入模塊是對測區的概況資料、基礎控制點成果、像片控制點成果、空三加密成果組織入庫。

(2)控制點成果檢索查詢。

對于基礎控制成果、像片控制成果,通過點號進行查詢;根據攝區代號對像片控制概況資料、加密成果等資料進行查詢。

3.1.2 控制成果數據內容

控制成果庫由基礎控制成果(內容為城市基礎控制點成果)、像片控制概況(內容為像片控制測量的基本情況)、像片控制成果(內容為像片控制點成果)、空三加密概況(內容為航測內業空三加密的基本情況)、空三加密成果組成。

3.2 正射影像庫

3.2.1 正射影像庫系統設計

正射影像數據庫系統由數據入庫、數據查詢兩個主要模塊組成。

(1)數據入庫模塊。

正射影像數據入庫模塊是要把TIFF格式的正射影像導入數據庫;二是要把正射影像對應的元數據錄入數據庫。

(2)正射影像數據檢索查詢。

正射影像數據檢索查詢模塊主要是根據圖幅號對正射影像元數據進行檢索查詢。

3.2.2 正射影像庫數據內容

正射影像庫包括正射影像庫成果(內容為正射影像成果)和正射影像元數據。

3.3 數字高程模型庫

3.3.1 數字高程模型庫系統設計

DEM數據庫系統由數據入庫、數據查詢兩個模塊組成。

(1)DEM數據入庫:數字高程模型的入庫包括BLI格式的數據入庫及元數據入庫兩部分。

(2)數據查詢:數據查詢模塊指對DEM元數據信息進行查詢。

3.3.2 數字高程模型數據內容

數字高程模型數據為拼成一體的城市DEM數據。

3.4 基本要素數據庫

3.4.1 基本要素數據庫系統設計

基本要素數據庫包括境界、道路、水系、地名及土地利用等五大類基礎的空間數據。系統由數據入庫、數據查詢兩個模塊組成。

(1)基本要素數據入庫模塊。

由數據庫軟件提供的矢量數據入庫工具把Arc/Info的E00數據導入到數據庫中,并用開發的元數據錄入模塊完成元數據錄入。

(2)基本要素數據的檢索查詢。

建立以圖號為索引的數據查詢機制,根據圖號對元數據進行查詢。

3.4.2 基本要素數據內容

基本要素數據庫主要包括境界、道路、水系、地名及土地利用五大類基礎數據及元數據信息。根據具體的入庫需求,在境界、道路、水系、地名及土地利用五類數據中,按照不同的內容進一步細化,共分為12層數據,表1。

4城市基礎地理信息數據庫的存儲管理

目前,在空間數據存儲和管理方面應用最為廣泛的是支持空間數據存儲的數據庫技術和能夠實現在關系數據庫中存儲和管理空間數據的中間件技術。能夠支持空間幾何對象存儲和操作的對象關系型數據庫管理系統主要有oracle,Microsoft SQL Server,Informix,IBMDBZ等,其中oracle是國際上許多地理信息系統用來管理海量空間對象數據的首選數據庫管理系統。在大型地理信息系統的應用中,通常是通過ESRI公司(Environmental systems Research Institute,ESRI)的空間數據引擎ArcSDE結合大型關系數據庫(例如oracle,SQL Server)或者Oracle公司針對oracle數據庫開發的Oracle Spatial來存放和處理空間數據。

參考文獻

[1] 鮑英華.GIS基礎地理信息數據獲取方法及相關問題的探討[J].科技資訊,1998(2).

[2] 王厚之.城市基礎GIS數據組織與獲取方法探討[J].湖北測繪,2002(2).

[3] 盤燕林.城市基礎地理信息數據庫系統設計研究[J].科技資訊,2010(9).