應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)庫共享平臺設(shè)計與研究

符季穎 徐 鯤

（北京建筑大學(xué) 測繪與城市空間信息學(xué)院，北京100044）

在應(yīng)對自然災(zāi)害等突發(fā)應(yīng)急事件中, 豐富海量的災(zāi)害數(shù)據(jù)為防災(zāi)減災(zāi)提供很好的研究基礎(chǔ)，但同時也對應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)的快速集成、有效管理和合理應(yīng)用等也提出了較大的挑戰(zhàn)。

目前空間數(shù)據(jù)管理方式包括文件系統(tǒng)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、非關(guān)系數(shù)據(jù)庫等[1]。文件系統(tǒng)管理方式是指采用文件的方式存儲空間數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)都將存儲在一個或多個文件中，數(shù)據(jù)的獲取、更新等操作都在文件中完成[2]。這種方法具有使用簡單、靈活性好等優(yōu)點，但管理屬性數(shù)據(jù)時開銷大使得不適合用它存儲半結(jié)構(gòu)化與結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫是可通過Oracle Spatial、MapInfo Spatial Ware 等空間數(shù)據(jù)訪問引擎實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的有效管理。但隨著數(shù)據(jù)量的飛速增長，會出現(xiàn)磁盤的I/O 和網(wǎng)絡(luò)帶寬的瓶頸問題，造成管理效率的明顯下降[3]。非關(guān)系數(shù)據(jù)庫具有擴展、可靠性強等特性，其可以滿足對大量非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的高效管理需求。

為了滿足對結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的海量多元的應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)管理需要，借鑒面向服務(wù)（service oriented architecture，SOA）的設(shè)計理念，設(shè)計面向服務(wù)的應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)共享平臺總體框架，綜合運用關(guān)系數(shù)據(jù)庫、非關(guān)系數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)管理技術(shù)，實現(xiàn)海量應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)的高效集成。同時，利用SOA 松耦合思想，研究數(shù)據(jù)快速發(fā)布服務(wù)模型，實現(xiàn)集成數(shù)據(jù)的快速發(fā)布共享。SOA 的特點是其可以將實現(xiàn)技術(shù)與業(yè)務(wù)的分離，根據(jù)服務(wù)間的松散耦合的方式組裝業(yè)務(wù)流程，完成業(yè)務(wù)的實施，實現(xiàn)信息的共享。

圖1 應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)共享平臺總體框架設(shè)計

1 平臺總體框架設(shè)計

面向服務(wù)的應(yīng)急數(shù)據(jù)庫共享平臺的架構(gòu)采用3 層架構(gòu)設(shè)計，分別是數(shù)據(jù)層、服務(wù)層與應(yīng)用層。設(shè)計采用SOA 多層分布式體系結(jié)構(gòu)思想，可較好的滿足應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)的集成管理、快速調(diào)取與共享交換。平臺架構(gòu)如圖1 所示。

1.1 數(shù)據(jù)層是平臺數(shù)據(jù)支撐層，其采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫組合的數(shù)據(jù)管理方式，前者中主要存儲應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)的資源與服務(wù)目錄、元數(shù)據(jù)信息、用戶與權(quán)限信息等，而后者則存儲柵格數(shù)據(jù)塊、矢量顯示瓦片、三維實體數(shù)據(jù)、表格和多媒體等。

1.2 服務(wù)層為平臺服務(wù)支撐層，其為平臺構(gòu)建提供基礎(chǔ)的顯示服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、發(fā)布服務(wù)、分析服務(wù)以及元數(shù)據(jù)目錄服務(wù)等。該層為平臺提供各類服務(wù)接口，是平臺應(yīng)用提供各種數(shù)據(jù)服務(wù)。

1.3 應(yīng)用層則是通過客戶端用戶發(fā)現(xiàn)與組合服務(wù)方式，實現(xiàn)快速制圖、快速發(fā)布與應(yīng)急數(shù)據(jù)搜索等功能。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)組織模型。為提高海量多源異構(gòu)應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)的存取與訪問效率，需要對其它們進行有效組織。本文以非關(guān)系數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)組合方式，提出了縱向?qū)ｎ}層、橫向格網(wǎng)塊的應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)組織模型，根據(jù)數(shù)據(jù)來源和比例尺兩個方面進行橫向分層、縱向分塊方法組織。在縱向?qū)用婵砂磳ｎ}、時間序列、比例尺進行分塊，而橫向?qū)用娴牡湫头謮K方法為按標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)緯度、圖幅、矩形等。具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

在縱向?qū)用妫詰?yīng)用為導(dǎo)向，將應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)劃分為應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)地理信息層、應(yīng)急專題數(shù)據(jù)層、應(yīng)急電子地圖數(shù)據(jù)層和應(yīng)急事件數(shù)據(jù)層，然后將所有層元數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲至關(guān)系型數(shù)據(jù)庫表中，管理與查找每層信息。此外，每層對象的屬性信息分層逐條存儲于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的若干表中，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)對象的屬性條件查詢。

在橫向分塊方面，按應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)剖分方案為具有統(tǒng)一劃分規(guī)則和編號的數(shù)據(jù)集。每個數(shù)據(jù)集內(nèi)有多個數(shù)據(jù)塊，并在數(shù)據(jù)集范圍內(nèi)，按照兩級四叉樹及編碼規(guī)則將空間數(shù)據(jù)劃分為數(shù)據(jù)塊進行管理。數(shù)據(jù)塊存儲于非關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)塊作為數(shù)據(jù)的部署、訪問和更新的單位，為數(shù)據(jù)組織管理提供支撐。

GeoSOT 全球剖分網(wǎng)格模型是一種等經(jīng)緯度、四叉樹的全球剖分網(wǎng)格模型。程承旗等[5]等提出32 級格網(wǎng)面片的改進方法，它的每個剖分面片編碼都有全球唯一性，可與其定位角點經(jīng)緯度形成對應(yīng)關(guān)系。基于此思想，本文提出21 級的GeoSOT 剖分網(wǎng)格方案。該方案滿足空間面片最小空間尺度小于以我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)/街道行政區(qū)的空間尺度，具體如表1 所示。

圖2 應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)組織模型

表1

該劃分范圍在南北緯60°區(qū)間內(nèi)，邊長約為306 米，在高緯度地區(qū)，邊長小于150 米，地球剖分的最小單元為21 級別，這一空間尺度完全可以滿足我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）行政區(qū)災(zāi)情數(shù)據(jù)管理的需要。

2.2 海量空間數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)模型。為滿足應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)的快速發(fā)布，實現(xiàn)應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)的共享，本文設(shè)計了海量空間數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)模型。模型以WFS（Web Feature Services，地圖要素服務(wù)），WMS(Web Map Service，地圖服務(wù))，WMTS(Web Map Tile Service，地圖瓦片服務(wù)) 等OGC 標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)和Web 服務(wù)為基礎(chǔ)，采用服務(wù)組合的形式，并根據(jù)災(zāi)害信息數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)屬性特點，實現(xiàn)對海量的應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)的快速發(fā)布，如圖3 所示。

圖3 海量空間數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)模型

根據(jù)空間數(shù)據(jù)格式、類型等屬性特點建立匹配規(guī)則，設(shè)計發(fā)布服務(wù)方案。方案內(nèi)容包括采用WMS 服務(wù)發(fā)布矢量、正射影像等結(jié)構(gòu)化應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)；WMTS 服務(wù)發(fā)布矢量瓦片、柵格瓦片、三維模型等半結(jié)構(gòu)化應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)；Web 服務(wù)發(fā)布報表、視頻等非結(jié)構(gòu)化應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)。

3 平臺實現(xiàn)

為更好地統(tǒng)一組織和管理應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)，保障應(yīng)急指揮、快速救援等防災(zāi)減災(zāi)工作，設(shè)計并實現(xiàn)面對服務(wù)的應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)共享平臺。平臺功能模塊包括：

3.1 測繪應(yīng)急數(shù)據(jù)管理。集成各類應(yīng)急專題數(shù)據(jù)，包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)資源，地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)等，支持對數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、數(shù)據(jù)可視化等應(yīng)急數(shù)據(jù)管理功能。

3.2 測繪應(yīng)急數(shù)據(jù)發(fā)布及預(yù)覽。采用海量空間數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)模型，實現(xiàn)對各類應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)快速發(fā)布，滿足空間數(shù)據(jù)服務(wù)的發(fā)布和管理，并可對發(fā)布成功的多源異構(gòu)應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)可視化瀏覽。

3.3 空間數(shù)據(jù)分析。面對服務(wù)的應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)共享平臺還包括空間分析功能，為應(yīng)急測繪空間數(shù)據(jù)提供空間分析工具集，實現(xiàn)對各種空間數(shù)據(jù)的空間分析與結(jié)果導(dǎo)出。

4 結(jié)論

本文采用面向服務(wù)架構(gòu)，以應(yīng)急傾斜攝影模型數(shù)據(jù)、應(yīng)急矢量瓦片數(shù)據(jù)、應(yīng)急三維模型數(shù)據(jù)等為研究對象，提出了應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)組織模型和海量空間數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)模型，設(shè)計了面向服務(wù)的應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)庫共享平臺架構(gòu)，實現(xiàn)應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成管理、交換共享、快速查詢和快速發(fā)布等，為構(gòu)建起一體化、空間型測繪應(yīng)急數(shù)據(jù)資源提供了有益解決方案。