基于ArcSDE的航空攝影檔案資料數據庫建立及管理研究

摘 要：為科學化、規范化管理航空攝影檔案資料數據，本文以ArcSDE為平臺，對航空攝影檔案數據庫進行了建設和管理。通過建立航空攝影影像數據庫模型、進行柵格數據庫引擎設計與數據庫設計，建立航空攝影檔案資料數據庫。為方便管理，建立基于ArcSDE的數據庫存儲、訪問與索引機制。最后，設計數據庫體系架構與工作網絡，對數據庫進行管理。

關鍵詞：ArcSDE；航空攝影；檔案資料；數據庫

中圖分類號：P 208" " " 文獻標志碼：A

為滿足航空攝影過程中影像的存儲需求，有關單位進行研究后提出了GIS系統。隨著GIS技術持續更新與完善，航空攝影數據庫所需功能越來越多。根據工作要求，GIS不僅應存儲屬性數據，還應具備存儲空間數據的能力[1]。空間數據庫不僅要保存空間對象的地理位置信息，還要保存對象之間的拓撲關系信息。因此，如何規劃、開發空間數據庫引擎成為一項重要工作。而在空間數據方面，遙感圖像數據是一種重要的數據形態，也是今后數據庫數字化應用的重要研究方向[2]。隨著遙感技術快速發展，市場現有的遙感數據數量呈幾何級數增加，傳統的基于“圖幅”“影像文件”的數據管理方式已無法適應“數字化”時代的發展需求。

數字航攝影像同時具備地圖的幾何特性和影像特性，具有直觀易讀、信息量豐富和獲取快速等優點，在國內、外都獲得了高度認同，成為一種使用越來越多的基礎地理數據資源。然而，從海量數字影像數據的管理與分發服務的角度看，數字航攝影像仍很難推廣使用。為此，本文將基于ArcSDE，進行如下研究。

1 基于ArcSDE的航空攝影檔案資料數據庫建立

1.1 航空攝影影像數據庫模型建立

構建航空攝影影像數據庫前，需要通過高斯正反算公式計算航空攝影的定位信息，將其轉變為數據庫可以識別的數據信息[3]。利用高斯投影正算公式，假定橢球面上一點的地球坐標為（B，L），同時（B，L）也可表示該點的經緯度，求解其高斯平面上的坐標（x，y），該過程即為高斯投影正算。其數學關系如公式（1）、公式（2）所示。

x=F1（B，L） （1）

y=F2（B，L） （2）

式中：F1和F2代表轉換系數。

高斯投影逆變換以一個點在高斯平面上的坐標為基礎，來確定一個點的位置為x、y，求出該點的地球坐標B、L，其數學關系如公式（3）、公式（4）所示。

B=φ1（x，±y） （3）

±L=φ2（x，±y） （4）

式中：φ1和φ2代表逆轉換系數。

明確不同類型數據之間的轉換關系后，通過構建數據庫模型，可對數據庫進行結構化和操縱數據的描述。由于航空攝影檔案資料中的影像數據具有復雜性和特殊性，因此一般商用數據庫管理方式無法滿足其條件[4]。對此，為建立和管理航空攝影檔案資料數據庫，本文提出了一種航空攝影影像數據庫模型構建方法。在本文構建方法中，除了oid是連接關鍵詞之外，幾何圖形數據和屬性數據幾乎獨立存在，可對其進行獨立組織、管理和檢索。圖像數據存儲在其他存儲模式中，而圖像元數據存儲在關系數據庫中，通過存儲圖像數據的路徑名進行訪問[5]。把元數據的管理工作交給商用數據庫，把影像數據庫當作一個獨立的文件來管理，可顯著減少系統的開發難度，使兩者間具有良好的平衡。

1.2 柵格數據庫引擎設計與數據庫設計

柵格影像數據庫具有輸入、輸出、存儲、查詢、檢索和柵格圖像處理等一系列功能，并可對影像進行幾何操作，以實現對圖像的空間分析。在該基礎上，本文引入柵格數據引擎，自動生成柵格圖像庫，建立了一種真正意義上的分布式地理信息系統[6]。對客戶機/伺服器而言，要創建一種處于客戶端應用程序中層的應用程序系統，柵格數據庫引擎必須具有如下基本特性。

首先，柵格數據共享在滿足社會發展需要的同時，也存在隱私信息被未經授權的使用者獲取的問題[7]。同時，為使柵格數據引擎能夠被多個用戶共享，為多個用戶提供多個線程的執行，并支持多個用戶對數據庫進行并行訪問，需要創建并維護用戶的權限，以保證其能合法訪問柵格數據。

其次，因為數據庫不能直接對柵格數據進行運算，所以在架構中，必須使用引擎來處理數據，并為柵格數據提供所需的圖形處理。

最后，柵格數據庫引擎必須能快速查詢柵格數據。通過優化數據存儲結構的方式，快速檢索柵格數據。

根據上述功能，可價格ESRI公司的ArcSDE作為航空攝影檔案資料數據庫的引擎，下述也將針對該引擎應用下的數據庫管理進行詳細設計和說明。

2 建立基于ArcSDE的數據庫存儲、訪問與索引機制

對航空攝影檔案中的影像數據而言，ArcSDE的存儲結構具有一定特殊性，其存儲方式分為分層存儲和分塊存儲2種。對第一種存儲結構而言，為了加快柵格數據顯示與抽取，ArcSDE采用一種新方法，即構造出一種“金字塔”結構，并對其進行降維處理，使“金字塔”結構中最底部的資料具有最大分辨率。其基本思路是使用重新抽樣算法，從下往上產生一個金字塔，并根據要求直接選取一個層次作為運算對象，從而提升總體效率。建立的層次越多，查詢也就越方便[8]。但是，金字塔的建造也會帶來更多的存儲空間。在ArcSDE的支撐下，金字塔結構通常會增加20%的存儲空間，并獲得更客觀的顯示效率匯報。對第二種存儲結構而言，ArcSDE能為其提供更寬泛、精度更高的光柵數據存儲。本文項目擬采用Geodatabase技術，將海量柵格數據自動分割成多個區塊，并將其獨立壓縮，以提高存儲與存取效率。在每級金字塔中，每個光柵數據均按圖塊的方式存儲。當光格數據被保存到數據庫中時，并不是逐行地保存下去，而是將圖像分成若干同樣大小的區域，每個區域的面積都不會大于16K，一般均為128×128個像素。分區的次序是自上而下、自左向右，分區的優點是能夠降低磁盤的I/O。

3 航空攝影檔案資料數據庫功能實現

3.1 數據庫體系架構與工作網絡

合理應用ArCSDE，可以減少終端磁盤的輸入/輸出操作，加速空間數據的查詢。可見，隨著空間數據庫技術發展，ArCSDE在其中發揮的效益、管理與組織作用越來越顯著。然而，要想建立一個高效能的空間數據庫，就必須要有更高效能的空間索引與緩存技術，才能為GIS提供更好的服務。

為此，在實現其功能過程中，應先詳細分析與了解數據庫結構、發展現狀和發展趨勢等，本文采用一種面向對象、文件的統一管理方式，利用ArcGIS的管理軟件、ArcSDE空間數據庫引擎，將影像數據存儲在Oracle9i中一個大的商業關系數據庫中。在Client Server模式下，進行Oracle9i空間數據庫中數據的交換和共享。正在共享的數據信息通過元數據及相關屬性信息表存儲在Oracle9i數據庫中，將文件數據存儲在FTP中，采用分布式數據庫技術，使本文所建數據庫與基礎地理數據庫能夠進行數據共享。為滿足上述需求，對基于ArCSDE的數據庫體系結構進行設計，如圖1所示。

在該基礎上，為確保構建的數據庫可以在應用中達到預期效果，根據計算機配置與局域網的分布情況，采用在局域網內建立統一服務器的方式，將柵格數據的規范化并進行集中存儲，確保存儲后庫內數據的一致性。

在服務器端，將ArcSDE作為空間數據引擎，使用ArcGIS Engine開發的數據管理系統，為用戶提供數據查詢和瀏覽、數據入庫更新和數據借閱等服務。該過程的網絡體系結構如圖2所示。

3.2 數據庫管理實現

為確保相關工作在實施中可以達到預期效果，應先明確數據庫中影像數據的邏輯結構。

ArcSDE處理圖像數據的方法有2種，即連續圖像數據集和圖像目錄。航空圖像庫以圖像目錄的形式存儲，航空圖像目錄將每片航空圖像保存為一個圖像數據集，并將其作為表格中的一條記錄.每片航空圖像都是單獨的，便于更新和數據庫維護。一個數據庫表格可以包括多條記錄，也可以對單一的數據集進行查詢，并能將用戶自定義的字段添加到表格中。數據庫柵格目錄的邏輯結構如圖3所示。

在上述內容的基礎上，為給數據庫提供一個良好的作業環境，需要進行運行環境部署，相關內容見表1。在該基礎上，以數據庫中的屬性數據為例，生成數據字典中的元數據表格，見表2。

利用二次開發包、ArCSDE，進行數據庫中影像入庫處理，入庫信息可以是坐標信息，也可以是元數據信息，但無論是哪種入庫信息，都需要建立一個以元數據內容為參照的數據入庫統一編碼與格式，并以該方式形成規范化的數據成果，對數據庫中的圖像、信息、數據、影像進行規范化管理。該過程如圖4所示。

4 結語

ArcSDE空間數據引擎的架構與數據模型，可以高效地組織與管理海量空間數據，在受限傳輸輸入條件下進行快速空間服務。同時，本文在進一步研究中發現，可以利用ArcSDE建立針對數據庫的圖層與空間索引，以針對性地索引數據庫中某項內容或具體某個表格，進而降低檢索的數據記錄量。為此，本文基于ArcSDE完成了此次設計。

通過本文研究可知，高質量的航空影像數據庫可以運用信息化管理手段對影像數據及相關航空影像信息進行集中管理與保存，不僅可提高影像管理與存儲的長效性，還推動了航空影像數據的信息化建設與發展。

參考文獻

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