基于ArcSDE的高層建筑信息數據庫設計與實現

高月 梁兼備 黃旻 梁本亮

摘要：越來越多的高層建筑設計信息需要進行高效存儲和管理，同時也是組成大數據分析及數據挖掘的基礎。由于高層建筑本身具有空間地理屬性，因此需要建立基于地理信息系統的數據庫系統。以ArcSDE、Geodatabase技術為基礎，探討了高層建筑設計信息數據庫設計和實現中所需的關鍵技術。

關鍵詞：空間數據引擎；Geodatabase；空間數據模型；高層建筑；數據庫設計

DOIDOI：10.11907/rjdk.171666

中圖分類號：TP392文獻標識碼：A文章編號：16727800（2017）010017003

0引言

高層建筑工程的整個設計環節具有高度復雜性，每一個成功建成的高層建筑工程，都是設計專家與施工人員智慧與經驗的結晶，對后續工程項目的興建具有重要的參考價值。因此，對成功的工程項目數據信息的存儲便成為一項非常重要的工作。目前對建筑工程設計資料的存儲具有以下不足：①編輯修改和重復利用方面需要進一步完善。無論是紙制資料還是掃描資料，在可編輯性上都存在難度；②建筑工程與其地理位置難以相關。對于具體建筑工程的位置描述僅能以文字說明的形式進行，用戶無法直觀地了解具體位置信息，信息表達不完整；③缺乏綜合分析和輔助決策能力。傳統的紙制文檔、掃描文檔都是整體文件模式，通過這些資料衍生出的新信息資料的利用和綜合分析受到限制，也就無法有效地為地震疏散、結構體系選型等方面工作提供輔助決策。基于以上分析，對現有的高層建筑設計信息加以設計、整合，形成考慮空間特征高層建筑設計信息數據庫，在實現信息高效存儲的同時，也可以為后續高層建筑工程的建設提供設計參考和經驗支撐，同時也可以為大數據分析、數據挖掘等提供必需的信息數據，具有積極的工程實踐意義。

1空間數據引擎與Geodatabase數據模型

空間數據引擎（Arc Spatial Data Engine，ArcSD）是空間數據庫借助關系數據庫實現相應管理的橋梁，可以實現在多種關系數據管理系統（Relational Database Management System，RDBMS）中管理地理信息。ArcSDE通過為RDBMS提供一個開放的接口，可以實現ArcGIS在Oracle、Microsoft SQL Server、 IBM DB2等數據庫平臺上對地理信息進行有效的管理和操作。ArcSDE使用每種RDBMS所支持的標準SQL類型來管理數據，并且支持所有空間數據類型，包括要素、柵格、拓撲、網絡、地形、測量數據、表格數據，以及位置數據，例如地址、模型和元數據等，用戶不需要考慮RDBMS的底層實現。因此，以ArcSDE為橋梁，可以實現數據庫管理系統對空間數據的管理，以及C/S、B/S模式下客戶端對數據庫中各種類型空間數據的操作。

Geodatabase是由ESRI推出的一種面向對象的空間數據模型，其基本對象組織思想是使用對象類、關系類、各種網絡和相關規則來定義空間實體，將它們有機地統一起來，綜合表達現實實體及其之間的復雜關系。Geodatabase模型是建立在DBMS之上，利用標準的關系數據庫技術來表現地理信息，借助ArcSDE這一橋梁，在關系數據庫中實現相應的數據管理和操作。Geodatabase數據模型由具有良好層次關系的數據集、要素類、對象類共同組成，能夠實現在標準的RDBMS表中存儲和管理地理信息，并支持多種關系數據庫結構與多用戶訪問。Geodatabase讓GIS數據集中的數據特征更加智能化，使GIS的物理數據模型與其邏輯數據模型更加接近或者一致，如地塊所有者、建筑物、宗地和道路等，進而使GIS中的數據與現實實體的自然特征和行為保持一致。

2數據信息分類

建立數據庫所需的數據包括基礎地理數據、高層建筑設計專題數據、多媒體數據和文本數據4類。地理信息數據由空間數據、屬性數據兩部分組成。空間數據是指用來存儲空間對象的形態及位置的數據；屬性數據是指描述空間特征的有關信息，如多邊形代表建筑物，則建筑物名稱、用途、高度等信息就是基本屬性信息。

表1數據分類

數據類別數據內容說明

基礎空間數據地形圖、行政區劃圖、水系圖、道路交通圖、公園綠地圖提供地理參考，主要是空間數據及簡要的屬性信息

專題數據高層建筑的詳細設計信息數據來源廣泛，需要進行設計、處理

圖像與視頻數據與空間信息對應的圖像、視頻等數據所研究的高層建筑屬性信息數據源

3數據庫構建

3.1空間數據庫

基礎地圖數據是對高層建筑工程進行空間展示和管理不可缺少的資料和依據。要有效地管理空間信息，必須有一個合理的空間數據庫。將地圖對象進行矢量化處理，統一抽象為點、線、面3種基本圖元類型，并轉化為標準的SHP文件。點（Point）圖層用于存放一般建筑物、超限高層建筑和車站等信息；線（Line）圖層用于定義行政區劃邊界、河流邊界、河流以及道路等；面（Polygon）圖層用于河流面、綠地塊、公園和行政區劃等。本文采用面向對象的Geodatabase數據模型來組織空間數據。

圖1空間數據庫結構

3.2空間數據庫結構與功能設計

空間數據庫主要完成圖形數據的管理、輸入、格式變換、信息查詢、圖形輸出等功能，是整個系統的基礎功能。在設計空間數據庫時考慮了圖形輸入、圖形編輯、圖形操作、圖形轉換、圖形查詢、信息提取、圖形輸出等功能，具體功能如圖2所示。

4屬性數據庫設計

屬性數據庫設計主要包括屬性數據結構設計和數據管理系統功能設計等內容。屬性數據是指與空間位置沒有直接關系的代表特定地理意義的數據，既可以是獨立于專題地圖的高層建筑工程相關設計數據，也可以是與專題地圖相關，表示地理對象類別、數量、等級的字符串或數字。屬性數據在整個系統中占有很大比重，可以在背景信息與矢量圖形信息的基礎上進行綜合、深層次分析，能為管理、規劃與決策提供重要的參考信息，并能夠輔助進行空間定位和顯示空間實體分布特征。endprint

本文研究的屬性數據由兩部分組成，一部分是與空間實體對應的基本屬性信息，另一部分是外掛到Microsoft SQL Server 2000中的與高層建筑工程設計相關的屬性數據、文本數據和多媒體數據，組成數據庫中最重要的數據信息，并采用目前流行的關系型數據庫管理系統管理屬性數據庫。

4.1屬性數據庫信息構成及邏輯設計

高層建筑屬性數據既有空間要素的自身屬性信息，也包括高層建筑的詳細設計信息，具體可以歸納為以下幾方面：高層建筑工程基本信息、抗震設防信息、巖土工程勘察報告基本數據、基礎設計信息、結構布置和選型、結構計算分析結果、基本抗震構造信息及其它補充事宜。屬性數據是以數據表的形式進行管理，圖3為高層建筑工程設計信息中抗震構造和結構計算分析的內在邏輯結構圖。

4.2屬性數據庫功能設計

屬性數據庫是高層建筑工程設計信息系統的核心，需具備組織與管理設計數據的功能，具體包括數據編輯、數據統計、數據檢索、屬性數據到空間數據的查詢、數據報表統計輸出等功能。可以設計成如下功能菜單：數據錄入、數據結構修改、數據查詢與統計、結果報表輸出等功能。

5空間數據與屬性數據整合

通過ArcSDE，將空間數據和屬性數據共同存儲在關系數據庫系統中。高層建筑工程在空間上以點的形式顯示，通過獨立的表來存儲屬性數據，與空間數據通過公共字段項進行鏈接。其它圖層采用Shape圖層本身附帶的屬性信息，實現思路如圖4所示，數據庫架構如圖5所示。

在完成數據庫的設計并通過測試，利用Arc Catlog裝入數據后，可以利用ArcGIS Engine提供的控件進行客戶端開發，并實現相應功能。圖6為高層建筑工程信息系統的實現界面。可以看出，主窗口中點數據標識了高層建筑的地理信息，右側下拉框體是與該高層建筑對應的詳細設計信息。

6結語

利用ArcSDE可以實現在關系數據庫中管理空間數據的功能，Geodatabase提供了一個面向對象的空間數據管理模型。以高層建筑工程為研究對象，對其數據庫構建過程中的幾個關鍵問題和采用的關鍵技術進行了簡要分析，說明ArcSDE和Geodatabase數據模型可以很好地實現不同專業客戶的信息系統管理需求，為有效存儲高層建筑設計信息提供了新方法，同時也為后續進行大數據分析和數據挖掘提供了實例數據。

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責任編輯（責任編輯：黃健）endprint