規(guī)劃測繪數據庫設計研究

李伙友

摘 要：以龍巖規(guī)劃測繪數據庫設計需求為例，總結了規(guī)劃測繪數據庫設計的原則和分類，深入研究了規(guī)劃測繪數據的基本要素和數據結構的模型。基于ArcGIS平臺和AutoCAD二次開發(fā)環(huán)境，提出了規(guī)劃測繪數據庫設計的技術路線、模型設計方法和注意事項，開發(fā)并實現了龍巖地理信息演示系統(tǒng)。

關鍵詞：ArcGIS；規(guī)劃測繪數據；數據庫設計

1 引言

城市現有規(guī)劃測繪數據資源存在以下六個方面的問題：一是數據資源分散、未能有效利用；二是數據內容單一；三是數據格式標準不統(tǒng)一；四是更新機制無法建立；五是組織管理機構不健全；六是投資渠道單一而不穩(wěn)定，重復建設嚴重。龍巖市城鄉(xiāng)規(guī)劃局測繪服務站在城市信息化建設過程中，碰到以上一樣的問題。為此，龍巖學院數學與計算機科學學院和龍巖市城鄉(xiāng)規(guī)劃局測繪服務站共同合作完成基于ArcGIS龍巖規(guī)劃測繪數據庫建設研究項目（福建省教育廳項目JB12209）。通過該項目建設，基本上解決了龍巖規(guī)劃測繪數據統(tǒng)一格式采集、AutoCAD數據格式和ArcGIS平臺數據庫統(tǒng)一建庫問題。

本文針對項目建設過程中規(guī)劃測繪數據庫設計問題進行研究，詳細分析了規(guī)劃測繪數據組成要素，把幾何網絡模型和邏輯網絡模型相結合構建了數據庫模型，基于ArcGIS平臺和AutoCAD二次開發(fā)環(huán)境，對規(guī)劃測繪數據庫進行了設計。

本項目建設采用ArcSDE（ArcGIS的空間數據引擎）+MySQL（Oracle公司開放源代碼數據庫管理系統(tǒng)）存儲空間及其屬性數據，基于ArcGIS平臺和AutoCAD2010二次開發(fā)，研究了規(guī)劃測繪數據庫設計的技術路線、模型設計方法和注意事項。[1]

2 規(guī)劃測繪數據庫設計的原則和分類

2.1 規(guī)劃測繪數據庫設計的原則

對城市建設各部門建立統(tǒng)一有效的管理制度，按統(tǒng)一的標準收集、整理和分析各部門在行政辦公過程中產生的各種空間信息，建成一個內容涵蓋從空中到地表，再到地下包括地形、地貌、地下綜合管線、工程地質、建筑物紋理、道路紋理等全方位的，多比例尺、多分辨率、多時相、多種數據來源的城市三維立體空間數據庫，并建立有效的數據更新機制。主要原則總結為以下六點：1）標準化原則，2）數據共享原則3）先進性原則，4）實用性原則，5）安全性原則，6）可擴展性原則。

2.2 規(guī)劃測繪數據庫設計的分類

規(guī)劃測繪數據庫和城市基礎空間數據庫一樣，也分為基本空間數據庫和外延空間數據庫兩個部分。[2]

1）基本空間數據庫設計

基本空間數據庫設計是規(guī)劃測繪應用系統(tǒng)的空間定位參考基準，目標是建成一個多種表現形式、多數據源、多種比例尺、多分辨率、多時相、多種數據組織形式的綜合數據庫。其內容包括數字線劃地形數據庫、數字高程模型數據庫、數字正射影像數據庫和數字柵格數據庫等。基本空間數據庫的建設投資巨大，最佳方案分期逐步建設。

2）外延空間數據庫設計

外延空間數據庫是基本空間數據庫的補充，如果說基本空間數據庫是城市空間信息的骨架，外延空間數據庫則是城市信息化建設的靈魂。以基本空間數據庫為基礎，從城市建設部門（特別是城市規(guī)劃部門）的行政審批流程中收集和整理現狀建筑、土地利用、房地產、地下綜合管線和工程地質等空間信息，作為基本空間數據庫的補充。外延空間數據庫設計的主要內容包括現狀建筑數據庫、地名數據庫、現狀路網數據庫、工程地質數據庫和地下綜合管網數據庫等。

3 規(guī)劃測繪數據基本要素和數據結構模型分析

3.1 規(guī)劃測繪數據基本要素分析

基于AutoCAD平臺DWG格式數據信息主要是通過矢量圖來表示，其屬性只能通過標注表示，不能夠進行空間分析；基于ArcGIS平臺SHP數據格式信息屬性能夠以屬性表的形式存儲，圖形對應屬性，能夠通過空間數據庫對規(guī)劃測繪數據進行管理、操作和GIS空間分析等。

上述兩種數據本質上的區(qū)別在于：DWG數據格式主要是以圖面的形式表現規(guī)劃測繪數據名稱、層數、面積等屬性數據，不利于對圖形進行查詢和分析，而SHP格式數據是把AutoCAD原圖面上的規(guī)劃測繪各屬性數據轉變?yōu)橥ㄟ^空間數據庫管理和查詢。AutoCAD支持的DWG格式數據信息主要用作規(guī)劃測繪數據成果的表現，而規(guī)劃測繪管理信息系統(tǒng)中數據不僅可以表現城市規(guī)劃測繪成果，還可以支持疊加分析及統(tǒng)計分析等GIS功能分析 。因此，建設數據庫之前需要對DWG格式支持的數據進行必要的取舍和處理。

3.2 規(guī)劃測繪數據結構模型分析

規(guī)劃測繪數據可以從地理角度和網絡角度兩個方面認識。從地理角度看，應能使規(guī)劃測繪數據本身符合空間實體要素表現和數據庫管理的需求；從網絡角度看，則需要明確各數據之間的連通關系。若按原有AutoCAD格式中的表現方式，規(guī)劃信息易產生邏輯上的混亂。

一個幾何網絡總是與一個邏輯網絡相聯系，在編輯幾何網絡要素的同時，相應的邏輯網絡元素會自動更新。在幾何網絡中的網絡要素和邏輯網絡的元素間有一對一和一對多的關聯關系。一個網絡要素類是以下四種網絡要素類型之一的集合：簡單交匯點要素、復雜交匯點要素、簡單邊線要素、復雜邊線要素。幾何網絡中的簡單邊線要素與邏輯網絡中的一條邊元素相聯系，幾何網絡中的復雜邊線要素與邏輯網絡中多個邊元素相對應，同時，這些邊必須是一個鏈狀結構。當對一個幾何網絡要素進行添加或刪除時，系統(tǒng)也會自動添加或刪除相應的網絡元素。在進行網絡分析時，系統(tǒng)會向邏輯網絡傳遞分析方案，幾何網絡和邏輯網絡是密不可分的。

4 規(guī)劃測繪數據庫設計的技術路線、模型設計方法

4.1 技術路線

基于ArcGIS平臺設計規(guī)劃測繪數據庫同樣也遵循普通數據庫設計的三個階段， 即概念模型、邏輯模型和物理模型的設計。

1） 概念模型設計階段應根據規(guī)劃測繪數據庫的特點和ArcGIS平臺的內部結構， 確定各地圖要素所屬的專題圖層， 并對要素的類型、屬性、相互之間的聯系和約束行為進行簡單描述[6]。可利用實體- 關系模型或添加了象形圖的擴展E-R模型表示要素類的組織結構及其關聯關系。

2） 邏輯模型設計應根據概念設計階段定義的數據類型、屬性及其關系和行為， 確定各地理要素的描述方式。①將離散的矢量數據組織到要素數據集、要素類或關系類中， 影像數據和表面數據組織到柵格數據集或柵格目錄中， 地圖說明信息組織到注記類中；②定義要素類和表格應包含屬性字段， 并指定各字段的屬性域、缺省值、精度和范圍等特性；③根據地理要素編碼標準恰當應用子類控制要素的行為， 設定要素間的關聯規(guī)則以增強要素的空間一致性。在邏輯模型設計階段， 可利用面向對象的工業(yè)化標準建模語言UML， 將E-R模型中的實體、屬性和聯系分別映射成UML的類、對象和關系， 組成UML靜態(tài)結構圖。

3） 物理模型設計可利用現有的軟件工程技術，借助Case工具將數據庫的邏輯模型直接轉換成物理模型， 從而避免物理模型設計階段手工建模的差錯， 提高數據庫的設計效率。

4.2 模型設計方法

1） 借助Microsoft Visio、Rational Rose或Oracle Designer 2000等Case工具設計UML類圖。ArcGIS中要素數據集、要素類、表格、幾何網絡和關系等元素可用UMLCD中的包、類和關聯來表示。最后將設計好的UMLCD輸出到XMI文件或Microsoft Repository中。

2） 在Case工具中對生成的XMI文件或Repository進行語意上的差錯處理， 在確保沒有錯誤報告的情況下可利用ArcCatalog提供的Case子系統(tǒng)從XMI文件或Repository生成ArcGIS方案。

3） 因為現有的Case工具還無法對ArcGIS方案定義空間參考和創(chuàng)建拓撲[7]， 可利用ArcCatalog數據庫管理工具對Case工具生成的ArcGIS方案定義空間參考并創(chuàng)建拓撲， 同時對Case工具定義的部分關聯關系及整個數據庫方案作進一步的提煉和擴展， 以適應規(guī)劃測繪數據庫的特殊需求。

4.3 主要成果展示

分為三部分，一是數據庫系統(tǒng)啟動界面，二是建筑樓層查詢子系統(tǒng)，三是市區(qū)三維地形圖查詢。詳細情況在此省略。

5 總結與展望

以規(guī)劃部門對信息管理的需求，通過對規(guī)劃測繪數據的基本要素和數據結構的模型的研究，基本完成了基于ArcGIS平臺和AutoCAD二次開發(fā)環(huán)境對龍巖城鄉(xiāng)規(guī)劃測繪數據庫的設計方案，該設計方案基本實現了規(guī)劃部門所要求的功能和需求。但真要付之實踐應用，至少還需滿足以下三個條件：一是資金投入，不斷完善基本空間數據庫和外延空間數據庫的建庫工作；二是提升相關工作人員的技術水平；三是必須有強力部門牽頭協(xié)調組織，制定相應技術標準和規(guī)范，協(xié)調各部門工作。

參考文獻

[1] 邱建康. 基于AutoCAD的ArcGIS空間數據庫互操作實現[J].湖北：城市勘測，2010（5）：54-56.

[2] 熊勤芳，何一明.論城市建設基礎空間數據庫建設[J].北京：中國測繪，2007（3）：80-83.

[3] 邱建康.基于AutoCAD的ArcGIS空間數據庫互操作實現[J].北京：城市勘測，2010（5）：54-56.

[4] Xiaoyong Zhan， Min-Lang Huang. ArcCN-Runoff： an ArcGIS tool for generating curve numberand runoff maps [J]. Environmental Modelling & Software 19 （2004） 875–879.

[5] Andrew Perencsik， Eddie Idolyantes.Designing Geodatabases With Visio [M] . USA： ESRI Press 2004