數字城市中城市數據庫設計內容研究

摘 要:本文基于筆者多年從事數字城市的相關工作經驗，以城市基礎地理信息數據庫設計與構建為研究對象，論文首先探討了城市基礎地理信息數據的類型，而后分析了城市地理信息數據庫的內容，進而探討了城市基礎地理信息數據庫的邏輯設計思路和數據庫的詳細設計思路，最后給出了城市地理信息的存儲管理方法，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞:城市基礎地理信息數據庫 系統組成 存儲管理

中圖分類號:P2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(a)-0032-02

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庫的內容

城市基礎地理信息數據庫主要應包括以下7個數據庫:控制測量成果庫(CSP);數字線劃地形數據庫(DLG);數字正射影像數據庫(DOM);數字高程模型數據庫(DEM);數字柵格圖數據庫(DRG);地名數據庫(PN);元數據庫(MD)。基礎地理信息數據庫還可包括管線、規劃、地質等相關數據。

數字線劃地圖數據庫主要包括道路、境界、水系、土地利用等基本矢量數據，建立以影像為基底、矢量數據進行分析的城市基礎地理信息數據庫，可以直觀、方便的完成城市空間信息的查詢、分析及各種應用服務。在基本要素中加入各種專業屬性信息，使空間信息與屬性信息有機的融合，實現了空間與非空間信息的統一。對于需求基本要素之外要素的用戶，可以調用航攝影像庫及控制成果庫中的航攝影像及定向參數，快速恢復立體模型，實現其它要素的便捷提取，滿足不同用戶對空間信息的需求。

正射影像具有精度高、信息豐富、真實直觀、獲取快捷等優點，利用正射影像可以便捷提取城市所需要的各類空間地理信息、自然資源信息及其它派生信息;可以為城市的空間基礎設施建設及社會公眾提供空間信息等服務。把正射影像與數字高程模型數據進行疊加，可以真實再現城市自然景觀，并為城市規劃、建設等部門提供信息豐富的空間地理數據。

地名作為最直觀、高度概括的信息，是自然和經濟信息的特殊載體，是人們生活、交往不可缺少的工具，可為語言學、地理學、歷史學、民族學等學科的研究提供寶貴資料。地名數據庫是一個空間定位型的關系數據庫，它存儲和管理各類地名信息，包括行政區劃、居民地、河流、湖泊、風景名勝、自然保護區的名稱、行政歸屬、沿革和歷史、類別和級別、審定日期和坐標等。它是聯系社會、經濟信息和空間信息的紐帶，是空間數據基礎設施建設的重要組成部分。

元數據是關于數據的數據，即是關于數據的內容、質量、狀況和其他特性的信息，是描述數據和詮釋數據的數據，它用來組織和管理空間信息，挖掘空間信息資源，幫助數據使用者查詢所需的空間信息，提供數據轉換方面的信息。元數據庫是由各種數字產品的元數據構成的數據庫，元數據庫的建立有助于定位和理解數據，元數據的發布可以極大的提高數據共享和交換的效率。

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。控制成果庫系統由控制點成果錄入、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。

(l)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濟南市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Acr/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(如表1)。

4 城市基礎地理信息數據庫的存儲管理

城市基礎地理信息數據庫是空間型的數據庫，數據量大，數據類型復雜，必須采用大型商用的關系數據庫管理系統。根據國內現狀和類似工程的實例，推薦使用Oracle關系數據庫管理系統;一方面使用oracle關系數據庫管理空間數據庫成功的案例較多;另一方面國內在使用。Oracle關系數據庫管理空間數據庫方面積累了許多經驗，這有助于城市基礎地理信息數據庫的建庫和管理。

ArcSDE能夠與RDBMS協同工作，提供了空間數據的存儲、查詢和管理的解決方案。其中，RDBMS負責在關系表中物理地存儲數據，ArcSDE則負責為前端的GIS解釋數據表中的這些數據。因此，采用ArcSDE與oracle相結合的方式，是城市基礎地理信息數據庫存儲與管理的合適方案。用ArcSDE管理空間數據，數據庫實體存放于關系型數據庫Oracle中，由Oracle實現對數據庫的管理。在此基礎上，通過空間數據引擎ArcSDE訪問數據庫，并提供相應的客戶端應用。

參考文獻

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