公路自然區劃地理信息系統優化設計分析

湯周

摘 要：本文通過概述公路自然區劃地理信息系統的整體結構，圍繞系統數據、系統性能兩方面探究公路自然區劃地理信息系統的優化設計方案，進而突出區劃成果的準確性、科學性、客觀性，為公路的建設工作提供全面的數據資源，保證公路穩定性和安全性，實現公路自然區劃的自動化、定量化、實用化。

關鍵詞：路網建設;自然區劃;地理信息系統

前言：公路自然區劃對于公路建設、路網規劃、規范制定等環節至關重要，可以對區域水文、地形、氣候進行細致分析，并構建云模型計算相關指數。因此將公路自然區劃與地理信息系統設計、優化過程相結合，能夠突出區劃工作的精準性、合理性和客觀性，為后續路網建設、規劃、養護工作提供理論指導。

一、公路自然區劃地理信息系統整體結構

（一）整體結構框架

公路自然區劃主要分析區域地貌、水文、地形、氣候、地質等要素對于公路建設的影響情況，并總結公路建設和自然環境之間的關系和規律，側重為公路建設前期的勘測工作提供服務。公路自然區劃圍繞“服務性、實用性、全面性”的原則，借鑒其他區劃工作的優秀成果和經驗，結合公路具體建設情況，按照主導性標準完成公路自然區劃。公路自然區劃包含三種形式：專項區劃、綜合自然區劃、特殊區劃。其中，專項區劃主要圍繞公路建設區域的氣候特點、水泥路面情況、路基情況、瀝青路面情況開展工作;綜合自然區劃則對區域水文、巖土、氣候、地貌、生態情況完成劃分;特殊區劃包含軟土、鹽漬土、災害區域等結構。

（二）公路自然區劃系統結構

公路自然區劃地理信息系統工作內容如下：首先，將氣象、巖土、地貌、DEM等信息和圖像進行轉化，輸入處理完成后存儲到系統的空間數據庫中。其次，在區域指標空間計算和分析過程中，應用分析統計、粗糙集理論等形式。最后，提供分區查詢、指標分析、圖件輸出等服務。公路自然區劃地理信息系統主要結合公路特征和GIS結構，制定南京自然區劃地圖集，實現B/S和C/S的有效融合，同時構建空間數據模型結構，借助SQL、Oracle等數據庫搜索引擎和管理系統，對區劃工作進行自動化和信息化管理。

（三）地理信息系統結構

地理信息系統包含數據收集、分析、管理功能，將地理現象和特征借助符號由抽象轉變為具象，如屬性特征、空間位置、時域特點。其中，屬性特征可以將特定現象和物體轉換為定量或定性指標;空間位置能夠確定地理現象和事物的位置;時域特點是收集地理現象和數據的具體時間。這三方面能夠實現地理信息系統數據收集、處理、模擬、分析、檢索、表達的一體化。由于地理信息系統主要分析空間信息并完成數據管理，因此可以劃分為地學信息、土地信息、資源管理信息等結構;若按照數據模型分類，包含柵格、混合、矢量信息內容。

二、公路自然區劃地理信息系統優化

（一）優化系統數據

由于南京市公路公路自然區劃涉及到地質災害、巖土、氣象、地貌等因素，地理信息系統中的數據庫具有種類多、占用空間大、數據多的特點，因此數據分析花費時間較長。通過優化系統數據，能夠解除不必要的空間占用問題，降低系統處理和查詢時間，升級數據存儲、處理、輸出過程，縮短信息系統的響應時間，提升其運行速度，具體優化模式包含以下幾方面：

（1）優化數據加載過程

提升數據加載速度的方式有許多，如批量載入、構建數據恢復模型、聚集索引等方式。當地理信息系統在加載初始信息時，建議選擇簡單的數據庫恢復模式;基于公路自然區劃構建地理信息系統需要龐大的氣象信息，若通過批量導入的方式會影響數據加載速度。借助API函數中的集中拷貝功能，能夠對系統數據完成批量載入，且數據量一般設置為1000行;若下載增量數據，可以構建大容量日志數據恢復模型，最大程度地突出系統的操作性能[1]。此外，若想克服數據加載過程中出現的混亂問題，可以構建聚集索引，若數據自動讀入則信息系統會結合鍵值對數據進行有序排列，提升數據加載的精確度。

（2）優化數據庫表空間

數據庫中邏輯對象、物理文件與數據查詢速度、系統空間有關。一般情況下公路自然區劃的系統數據庫表空間分為回滾表、Oracle表、ArcSDE表、索引表、臨時表、基礎數據表、區劃制圖、區域指標數據、模型分析等表空間，其中回滾表、Oracle表、索引表空間變化頻繁，分布于多種磁盤驅動器中，可以降低I/O沖突，提升其工作速度[2]。

（3）提升參數獨立性

由于公路自然區劃形成的信息較多且種類復雜，容易在空間分析過程中存在交叉情況，如地質災害、水文、氣候與降雨量有關。因此，可以在系統數據庫中增加存儲交叉規律算法，并對相關算法完成修改，加強各項自然參數的獨立性，便于對數據進行及時的修整和更新。

（二）優化系統性能

（1）優化SQL語句

在公路自然區劃數據庫中，應用程序需要解析SQL語句，因此語句優化是地理信息系統有序運行的關鍵。優化SQL語句的過程應盡量降低數據查詢過程中的“參與加工數據量”，節省系統響應時間和運行空間。此外，若想方便區劃數據的查詢，可以使用DECODE函數，借助實用化表格發送區劃數據;若想方便部門對于自然數據的打印和查詢，建議使用DECODE函數，優化設計SQL程序，進而通過V_xsmx完成可視化數據查詢和打印。

（2）優化緩存

緩存的作用是加快系統訪問速度，避免對地理信息數據庫進行多次訪問。例如，在Oracle數據庫中，主要借助LOG_BUFFER設置日志緩存區域數據大小。因此，優化緩存對于提升系統運行速率意義重大，具體內容如下：

其一，當系統客戶端申請讀取數據時，應用服務器需要檢查緩存，如果其中存在請求數據，應立即返回數據;若不存在請求數據，再向數據庫請求讀取數據。當數據返回過程中，緩存需完成存儲，為后續數據讀取工作提供便利。其二，如果客戶端向應用服務器發送了更新請求，需要先將指令存入緩存，由系統匯總。當用戶點擊“開始”按鈕后，將相關指令全部輸入數據庫服務器中，進而完成數據更新。其三，如果應用服務器向數據庫服務器發送寫入指令，要將指令存入緩存，將其中的時間周期作為限制，統一執行周期內指令。此外，如果緩存區已滿，同時有新的請求時，系統可以按“先進先出”要求，更新緩存數據。建議在應用服務器和客戶端中構建緩存區，縮短數據載入時間，降低數據庫讀寫次數，提升系統的訪問效率。

（3）優化數據查詢

公路自然區劃地理信息系統中數據處于不斷交替、更新的狀態，在查詢過程中會花費大量時間，因此有必要優化系統的查詢響應過程。建議降低數據庫服務器在磁盤中每次讀取的數據量，并有序進行數據讀取，可以借助臨時表，將讀取頻率較高的數據存入表中進而構成子集，減低磁盤操作次數，提升數據查詢效率。

三、結論

綜上所述，公路自然區劃作為公路建設服務的基礎環節，具有復雜、典型、開放的特點。因此，在區劃工作中需要對系統框架進行分析，對水文、巖土等地理要素展開數據研究和匯總，優化自然區劃地理信息系統的功能，對數據庫表完成分區獨立存放，確保區劃數據在收集、分析、調整過程中的模塊化和自動化。

參考文獻：

[1]李杰，袁丁，黃帥.某高速公路沿線微地形微氣候特性對冰雪區劃影響研究[J].公路，2019，64（08）：163-167.

[2]張風旗.自然環境、公路工程建設與公路自然區劃的關系研究[J].工程建設與設計，2018，（10）：105-106.