安徽省地理國情普查數據庫系統的設計與實現

魏雪梅，馬衛春，李 寶

（1.安徽省基礎測繪信息中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省智慧城市與地理國情監測重點實驗室，安徽 合肥 230031）

安徽省地理國情普查數據庫系統的設計與實現

魏雪梅1,2，馬衛春1,2，李 寶1,2

（1.安徽省基礎測繪信息中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省智慧城市與地理國情監測重點實驗室，安徽 合肥 230031）

從總體設計、關鍵技術、數據庫構建、數據庫管理系統設計與實現等方面，詳細介紹了安徽省地理國情普查數據庫系統的建設與應用情況。該系統的建成，一方面有效地實現了對國情普查數據成果的高效管理，另一方面為國家與省級國情普查數據庫之間的數據更新與共享預留了數據交換接口，為后期開展常態化地理國情監測工作奠定了基礎。

國情普查；數據庫；地理數據；數據更新

根據國發[2013]9號《國務院關于開展第一次全國地理國情普查的通知》及皖政[2013]57號《安徽省人民政府關于做好第一次地理國情普查的通知》要求，為全面掌握安徽省地理國情現狀，滿足安徽省經濟社會發展和生態文明建設的需要，安徽省于2013～2015年在全省開展了第一次地理國情普查工作。2015年7月完成了安徽省地理國情普查數據庫系統的設計與建設工作，實現了全省地理國情普查數據成果的集成化管理、展示和統計分析，同時為后期開展常態化地理國情監測建立了本底數據庫。本文結合實際建設工作，從總體設計、關鍵技術、數據庫的構建、管理系統的設計與實現等方面進行論述[1]。

1 總體設計

1.1 總體架構設計

安徽省地理國情普查數據庫系統由支撐層、數據資源層、組件服務層和應用層構成[2]，如圖1所示。

1）支撐層：保障系統正常運行的支撐環境，由基礎軟件環境、硬件環境及網絡環境組成。

2）數據資源層：根據地理國情普查成果數據入庫要求，成果數據包括地表覆蓋、地理國情要素、元數據、路網和水網數據、遙感影像數據、地形地貌數據、遙感影像解譯樣本、專題數據、統計分析成果和瓦片數據（矢量瓦片、影像瓦片）。

3）組件服務層：提供功能組件和服務接口，更加方便、靈活、高效。

4）應用層：實現地理國情展示、信息查詢分析、數據更新維護及系統安全管理。

圖1 總體架構圖

1.2 數據庫建庫流程設計

地理國情普查建庫流程主要包括生產成果數據匯交、匯交前檢查處理、成果數據匯交國務院普查辦、入庫前檢查處理、數據入庫、地理國情普查管理系統建設、集成展示系統建設、數據庫運行環境構建等過程。數據庫建庫流程如圖2所示。

圖2 建庫流程圖

2 關鍵技術

1）數據庫分區存儲技術。采用Oracle數據庫分區技術創建分區表。Oracle的分區表可以包括多個分區，每個分區都是一個獨立的段，可存放到不同的表空間中。本文采用分區策略來進行大體量數據的存儲，以行政區劃碼為分區字段作分區存儲，并作分區索引。實踐證明，采用該技術可顯著提升數據存儲管理和查詢瀏覽的效率。

2）基于基態修正模型的時態數據庫增量更新技術。基態修正模型只存儲過去某個時刻的數據狀態（基態）和基于基態的一系列變化量。對于每一次變化，它僅記錄變化的增量，數據冗余少，地物變化量表達明確，可對任意時間節點的歷史數據進行回溯，也可追溯單個要素的歷史變化。基于基態修正模型的數據庫更新，在初期建庫時用ElemSTime、ElemETime記錄對象有效時間，用唯一標識碼對要素進行唯一性認定；在后續數據持續更新過程中，一方面嚴格保證待更新數據統一由數據庫提供，另一方面保證更新平臺能對更新要素有效時間和唯一標識碼等進行實時維護；更新入庫過程中，以更新包的方式與庫中原有區域數據進行變化檢測及增量入庫，從而實現數據庫的增量更新。

3）基于NoSQL的瓦片數據存儲技術。NoSQL 是一種非關系型的數據存儲模式，基于Key-Value 的形式進行存儲，不需要固定的表結構，具有模式自由的特點。MongoDB是一個開源的NoSQL 文檔型數據庫。本文使用一種類似json 的bson 格式進行數據存儲，由于該數據存儲格式的松散性可存儲多種復雜的數據類型，其自帶一個分布式文件系統支持海量數據的存儲。MongoDB 作為一種存儲json 格式的數據庫，對存儲地圖瓦片優勢明顯。通過為每張瓦片建立索引“_id”（如瓦片的行列號及級別），可基于Key-Value 鍵值對需要讀取的瓦片進行快速定位。實踐證明，采用MongoDB數據庫存儲大量影像和矢量瓦片，可顯著提升在線地圖服務的響應速度。

4）Oracle Goldengate在線雙機熱備技術。該技術通過解析源數據庫在線日志或歸檔日志，獲得數據的增量變化，再將這些變化應用到目標數據庫，從而實現源數據庫與目標數據庫的同步，在遇到災難性故障時，可進行快速容災切換。

3 數據庫的構建

3.1 數據庫內容

安徽省地理國情普查數據庫建設內容主要包括普查成果數據庫、統計成果數據庫和歷史數據庫[3]。地理國情普查數據庫建庫內容邏輯構成如圖3所示。

圖3 建庫內容邏輯構成圖

3.2 數據庫建庫流程

將經過預處理和入庫檢查后的地形地貌、遙感影像、遙感影像解譯樣本、地表覆蓋、地理國情要素、統計分析成果、專題數據等地理國情普查成果數據，快速導入到數據庫系統存儲區，然后再上載到數據庫中。為使成果數據能批量入庫，需要設計和開發入庫輔助工具。普查成果數據入庫包括創建數據庫結構、數據導入和數據批量入庫等過程，如圖4所示。

3.2.1 創建數據庫結構

創建數據庫結構流程包括：創建數據庫實例和表空間（表1），創建矢量數據、柵格數據、表格數據、文檔數據以及歷史數據的庫結構。

圖4 普查成果數據入庫流程圖

表1 數據庫表空間

3.2.2 數據快速導入

為提高數據入庫的速度，需要預先將各類普查成果數據導入到數據庫系統的存儲區中，通過數據導入服務器將數據分類復制到NAS存儲系統中的數據存儲區。

3.2.3 數據入庫

利用開發的數據入庫工具，將已導入存儲區中的遙感影像解譯樣本數據、地形地貌數據、地表覆蓋、地理國情要素、地理單元等數據批量導入數據庫中。數據入庫時可采用多個終端并行、批量入庫。

1）矢量數據入庫。不分區的地理國情要素數據層、規則格網數據層、1∶50 000分幅10 m格網DEM元數據層、專題數據要素層等為非分幅或分區數據，按數據層直接導入到相應數據集中。地表覆蓋數據集、道路網絡數據集、水系網絡數據集、構筑物要素數據集、地理單元數據集（規則格網除外）、元數據集（除10 m格網DEM元數據外）為分幅或分區數據，需按數據層拼接入庫到相應數據集的數據層中。對于拼接入庫的數據層，在數據大批量入庫前，首先應將索引刪除，并設置大數據批量裝載的表為Nologging模式，以提升數據入庫的速度[4]。

2）柵格數據入庫。將DEM數據、坡度數據、坡向數據、地表覆蓋柵格數據、正射影像分幅數據等分幅導入相應的鑲嵌數據集中；將整景影像按原分幅（景）導入到數據庫中。分幅柵格數據入庫時，應將索引刪除，以提高數據入庫速度。

3）表格數據入庫。單個表格數據直接導入，分區域相同表格文件在入庫時需合并記錄到一個表中。

4）文檔數據入庫。按照數據庫技術設計規定目錄，將文檔數據組織上載到服務器存儲目錄中。

5）瓦片數據入庫。支持多種瓦片數據類型，多種圖片格式，多種源數據類型地理切片數據入庫。支持同一數據同一級別多次入庫更新，并提供了數據版本信息設置，實現了同一套瓦片數據不同時期版本的多重存儲。

4 數據庫管理系統的設計與實現

數據庫管理系統按照SOA思路開發各類基礎組件、業務組件和服務接口；采用Web Services技術封裝各類信息、功能組件和服務接口；面向業務應用特點，采用C/S與B/S混合架構，通過搭建、配置和少量定制，快速構建系統應用功能；用于高效瀏覽和集成展示的數據，采用切片處理，并以OGC服務方式發布，切片處理規范參照天地圖標準。

數據庫管理系統包含地理國情展示模塊、信息查詢分析模塊、數據提取模塊、數據更新維護模塊以及系統安全管理模塊[5]，如圖5所示。

4.1 地理國情展示模塊

該模塊主要提供基本地理國情普查成果集成管理與可視化、統計分析成果和地理國情專題圖等的展示功能。其主要包括對建庫后的地形地貌數據、遙感影像數據、遙感影像解譯樣本數據、地表覆蓋數據、地理國情要素數據、專題數據、元數據以及地理國情統計分析成果數據、專題圖等的集成顯示和成果演示，系統主界面如圖6所示。

4.2 信息查詢分析模塊

該模塊主要提供地理國情要素信息的查詢檢索和對比分析等功能，可滿足用戶快速查詢各類信息的需求，如圖7所示。

圖5 地理國情普查數據庫管理系統功能模塊圖

圖6 數據庫管理系統主界面

圖7 地理國情要素查詢功能示例

4.3 數據提取模塊

該模塊提供矢量數據、地形地貌數據、正射影像數據、解譯樣本數據和表格數據等的提取功能。其主要包括按行政區范圍提取、按要素范圍提取、按標線范圍提取、分幅提取等，如圖8所示。

4.4 數據更新維護模塊

該模塊提供數據入庫檢查、數據預處理、數據入庫、路網水網構建、數據交換與更新、歷史數據管理、瓦片數據制作維護等功能。

4.5 系統安全管理模塊

該模塊提供保障系統運行安全方面的功能，包括用戶管理、系統運行監控、日志管理、數據備份和恢復等，如圖9所示。

圖8 按范圍提取DOM要素示意圖

圖9 系統安全管理模塊界面

5 結 語

安徽省地理國情普查數據庫系統的建成，實現了對全省地形地貌、遙感影像、遙感影像解譯樣本、地表覆蓋、地理國情要素、專題數據、地理國情統計分析等7大類成果的高效管理，為地理國情基本統計以及應用服務、數據分發和信息發布等提供了有利條件。系統建立的數據交換接口可滿足從省級數據庫到國家級數據庫的數據更新和共享。

與此同時，地理國情普查數據庫既是地理國情普查工作的成果庫，又是地理國情監測的本底庫。有了地理國情本底庫，地理國情監測才有動態分析的基礎，才更有利于發現和分析變化，認識地理國情發展的規律，從而成為后期常態化的地理國情監測的重要基礎。

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[4] 王堃昊.應急制圖數據庫的設計與實現：以遼寧省為例[J].測繪通報,2016(5)：123-125

[5] 李彬彬,周衛.基礎地理數據屬性脫密系統設計與實現[J].測繪通報,2015(增刊1)：238-240

[6] 丁春雨,晏明,張曉嬌,等.ArcGIS支持下的土地利用時空數據庫設計與功能實現[J].測繪通報,2015(10)：110-113

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P208

：B

：1672-4623（2016）11-0014-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.11.006

魏雪梅，碩士，高級工程師，主要從事基礎測繪與國情普查數據的生產、管理與信息化建設工作。

2016-08-31。