國土資源“一張圖”數據庫構建關鍵技術探索

趙國平

摘 要：國土資源“一張圖”數據庫是國土資源信息監管的核心，通過對數據庫的建設.可以實現數據查詢、統計、共享等功能，為公眾需求、國家土地宏觀調控提供數據支持。

關鍵詞：GIS；ArcSDE；Oracle；國土資源數據庫

1 背景及意義

在第二次全國土地調查領導小組全體會議上，李克強總理強調指出：第二次全國土地調查是一次重大的國情國力調查，具有很強的客觀性，應用價值高，要充分利用土地調查成果，為提高土地管理水平提供數據支撐，為民政、建設、水利、農業、統計等部門提供調查成果的共享和應用，為制定經濟社會發展規劃和政策提供科學依據。為此，國家于2008年在全國啟動了“一張圖”工程，2009年全面推開。

“一張圖”綜合數據庫平臺是指按照《國土資源部關于加強建設用地動態監督管理的通知》（國土資發[2008]192號）要求，建立“一張圖”國土資源核心數據庫，在全面、快速和準確地掌握土地資源數量、質量、結構和空間布局的基礎上，結合國土資源管理各項業務信息，將遙感影像和監測信息集成化系統管理，準確記錄資源開發利用生命周期中各個階段的信息，并在此基礎上實施“批、供、用、補、查”的全面監管，推進資源監管方式的改革，提高國土資源監管的質量和效率。

國土資源“一張圖”系統的功能最終體現在應用與服務上，如：提供全國土地、礦產等資源狀況的查詢、瀏覽；為土地等行政審批過程的應用程序提供數據服務；為政府部門、相關行業和社會需求提供數據下載等多元化信息服務。另外，還有技術上的服務方式，如：圖片快速瀏覽、數據查詢瀏覽與展示、數據調用接口、數據分發與產品定制服務等。而這些服務內容的實現都是基于對不同類型海量空間數據的管理工具——國土資源數據庫的建立。

在上述背景下，論文從當前國土管理部門管理及宏觀決策的需求出發，對GIS支持下的國土資源數據數據庫建設關鍵技術進行了探索。

2 國土資源數據庫總體框架

圖1 國土資源數據庫總體框架

國土資源數據庫是集測繪技術、土地信息與管理、網絡信息技術、GIS數據處理技術、大型數據庫技術與一體的綜合型系統工程，是在地理信息基礎數據庫、測繪信息數據庫、土地信息數據庫等為基礎，結合GIS技術、數據庫技術、軟件工程設計原理等，構建出可動態更新數據的綜合性國土資源數據庫。

3 關鍵技術

3.1 空間海量數據管理技術

國土資源數據庫建設涉及到的數據量巨大，并且數據量還將隨著數據更新將不斷增長。為此，需要研究海量空間數據存儲管理關鍵技術，采取有效策略和方法，對數據物理存儲、數據索引、數據壓縮、空間數據引擎、數據提取、數據緩存以及顯示等一系列關鍵技術進行優化創新，提高海量空間數據的查詢、瀏覽和調用速度。論文選用ArcSDE、Oracle來實現空間海量數據的管理。

3.2 海量數據瀏覽展示技術

國土資源數據量的持續增大使如何快速瀏覽圖形數據成為當前“一張圖”建設迫切需要解決的問題。針對該情況，采取使用圖片切片和高速緩存技術來達到快速瀏覽全省圖形數據的目的，即預先對海量數據進行預處理（主要是瓦片金字塔：圖像切割并建立索引），同時結合高速緩存技術（利用靜態圖片快速提供地圖），這樣可以大大提高響應速度。其操作時可按經緯度方式顯示全省數據，實現數據的快速瀏覽、查看。

3.3 對外數據服務技術

國土資源核心數據庫需要對外提供各種各樣的數據服務，良好的服務模式，可以保障國土資源核心數據庫對外服務的高質量、通過性。基于上述考慮，本方案在WEB通用服務關鍵技術上選用Web Service作為主要服務模式。Web Service是一個可互操作的分布式應用程序的新平臺，它定義了應用程序如何在Web上實現互操作性。用任何的語言，在任何平臺上寫Web Service，只要通過Web Service標準就可以對這些服務進行查詢和訪問，形成一個開放的共享體系，使系統具有良好的可擴展性[1]。

3.4 GIS與WebGIS技術

隨著Internet技術的飛速發展，GIS系統以其豐富的空間查詢、空間分析及屬性管理功能，逐步成為Internet或Intranet的一個重要內容，促使WebGIS成為GIS目前一個重要的發展方向。充分發揮GIS系統與網絡技術各自優勢，利用Internet在Web上發布空間數據，為用戶提供空間數據瀏覽、查詢和分析的功能，形成一個網絡化的地理空間集成平臺，已經成為GIS系統發展的必然趨勢[2]。

與傳統的GIS相比，Web GIS具有以下特點：訪問范圍更大；平臺之間相互獨立；系統成本大大降低；用戶操作程序簡化。

3.5 多源異構數據整合技術

國土資源數據的多源、異構、多態和海量等特征表明了數據高度的復雜性，由此決定了數據的整合與整理是一項巨大、艱巨而又繁重的工作任務。在制定統一的數據整合、整理以及數據建庫的標準規范前提下，以最大限度地滿足資源監管、宏觀調控和輔助決策等的需求，確定國土資源數據庫所需的數據內容和整理工作內容。從數據來源、業務內容、空間參數、存儲格式、數學基礎、標準化程度、數據規模、存儲介質、應用需求、工作程度、數據更新等方面調研分析各類數據源的現狀。在此基礎上，選擇和開發有關數據整理軟件，對數據進行完整性檢查、標準化處理，數據項補充、數據格式轉換、坐標轉換、拓撲重建、數據入庫、構建數據索引等工作。

4 核心數據庫設計

4.1 設計思路

通常將系統數據庫中需管理與維護的數據分為兩類，即：空間數據和非空間屬性數據。

空間數據是指具有公共地理定位基礎的數據，主要分為兩類：基礎空間數據和業務型空間數據，二者聯系緊密，基礎空間數據是系統的空間定位核心，業務型空間數據在不同的專題應用中具有不同的側重點，是專題信息管理的基礎，是子系統專題的核心。

非空間屬性數據是實現系統各項基本功能的必要基礎，按數據性質分類，包括表格型數據與多媒體數據等；按邏輯結構分類，包括結構化數據與非結構化數據。結構化數據是指以表格形式表達的具有一定結構并可劃出固定基本組成要素的數據；非結構化數據主要是指文檔或多媒體數據，是不能劃分出固定基本要素的無明顯結構的數據。

在Oracle9i + ArcSDE系統應用框架下，國土資源數據庫的組織邏輯如下：

1）Oracle系統管理表空間主要有System 表空間、Users表空間等，負責基本數據管理功能的數據庫基本邏輯單位結構；

2）SDE表空間用來完成空間數據的索引管理。SDE表空間可根據系統需要，建立包括數據管理等表內容進行空間數據管理，并將該信息保存到SDE表空間中；

3）空間圖形信息表空間：建立專門的空間數據存儲表空間存儲空間圖形數據，主要是為減少數據檢索等操作，提高系統性能；

4）非空間業務屬性數據表空間：主要用來管理和記錄各種專題應用的空間數據信息，與空間圖形相關時可以和圖形數據建立對應關系，對屬性數據和圖形數據進行關聯。

4.2 數據庫邏輯結構

國土資源核心數據庫邏輯結構劃分成5個層次：總庫、邏輯分庫、子庫、邏輯層、物理層。以分庫存儲基礎地理數據庫、耕地數據庫、礦產資源數據庫、地質災害數據庫、土地資源管理數據庫等，以要素數據集、柵格目錄作為邏輯層，實現對各類數據物理層的存儲。

4.3 數據庫物理存儲結構

在數據建庫前，需要為各數據庫分配用戶和存儲空間。數據庫物理存儲結構創建包括數據庫表空間創建、數據文件創建和用戶創建。由于國土資源核心數據庫涉及的數據量巨大，數據種類多，各數據庫圖層數量也較多。

4.4 元數據庫設計

（1）數據內容。元數據文件內容主要由兩種數據文件的元數據內容：矢量和柵格數據文件，用來存儲有關數據源、數據分層、產品歸屬、空間參考關系等方面的信息。

（2）元數據結構。礦產資源與地質環境基礎數據庫的元數據文件存放有關數據源、數據分層、產品歸屬、空間參考關系等信息，這些數據集由主表、單位與發行情況表、關鍵詞表、坐標范圍表、數據更新記錄表、空間數據表、圖層數據表和非空間數據表這8個數據表進行描述，數據集中的空間數據與非空間數據特征主要由其中的空間數據表、圖層數據表和非空間數據表進行描述 [3]。

5 數據處理與整合

5.1 矢量數據入庫

針對國土資源數據庫的數據內容，按統一的要求進行數據整理。在國土資源數據庫數據調用時，根據數據服務的內容不同可進行不同程度的數據處理。矢量數據整理主要包括完整性檢查、標準化處理、數據項補充、數據格式轉換、坐標轉換、拓撲重建、數據入庫、構建數據索引、建立數據字典、符號和詞表等工作。

5.2 影像數據入庫

衛星影像處理是指采用遙感圖像處理軟件，對原始遙感影像進行影像融合、幾何校正、影像重采樣、圖像鑲嵌與分割等處理過程，使其能與其他數據進行疊加應用。

衛星影像的處理軟件有很多種，可以選擇支持海量數據的美國ERDAS IMAGINE專業遙感圖像處理系統。該軟件由基本模塊+Virtual GIS模塊組成，具備影像瀏覽、編輯、影像融合、幾何校正、正射糾正與矢量數據疊加、3D景觀表現、輸出各種比例尺影像圖集與各種景觀圖、飛行效果動畫等基本功能。ERDAS IMAGINE8.7還擴充了IKONOS、QuickBird等衛星數據的嚴格軌道模型的正射糾正模型。

數據的處理需要收集校正圖像區域的數字地圖、或經過校正的圖像、或注記圖層，作為地理參考。GPS測量、或攝影測量等途徑獲得的控制點的坐標數據，將其轉換為ERDAS IMAGINE的控制點文件格式或ASCⅡ數據文件后可用于糾正遙感圖像。如果是地形圖圖紙，還應進行地形圖掃描糾正處理。

6 結束語

國土資源管理是—個復雜的、綜合性的業務管理過程，需要對其各因素進行有機組合，并梳理調順各業務間銜接關系才能真正滿足管理的需求。論文結合國土資源管理的特點，國土資源“一張圖”建設背景下，對基于GIS的國土資源數據庫構建的關鍵技術進行了探索，通過綜合應用計算機網絡技術、數據庫技術、GIS技術，提供數據查詢、統計、共享等功能，為公眾需求提供數據支持。

參考文獻

[1]鄭小元.基于GPS技術的土地變更調查GIS設計及應用[D].東南大學，2004

[2]楊陽 等.網絡電子地圖的設計與應用[J].《測繪科學》，2007

[3]王正廠 等.國土資源數據庫設計方案——以土地管理數據庫為例[J].《市場論壇》，2008