基于ArcSDE的太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建研究

徐 潔

摘要:ESRI的ArcSDE是面向關(guān)系數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中間件產(chǎn)品。介紹了ArcSDE的主要功能,分析了太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)的主要來源,介紹了太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫的組成結(jié)構(gòu),并基于ArcSDE建立了太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫。

關(guān)鍵詞:SDE;空間數(shù)據(jù)庫;GIS;太湖流域

中圖分類號(hào):P208文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-3198(2009)23-0298-01

1引言

太湖流域水環(huán)境數(shù)據(jù)是在流域范圍內(nèi)水質(zhì)、河流、湖泊、生態(tài)等各種環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù),污染物排放、環(huán)境質(zhì)量及其變化趨勢(shì),幾乎全部屬于地理空間數(shù)據(jù)的范疇,具有十分典型的時(shí)間及空間變化特征。太湖流域水環(huán)境管理信息系統(tǒng)的建設(shè)離不開空間數(shù)據(jù)的支撐,太湖流域環(huán)境空間數(shù)據(jù)已經(jīng)成為太湖流域水環(huán)境管理與決策信息的重要數(shù)據(jù)資源,在流域污染物總量控制、減排考核、環(huán)境統(tǒng)計(jì)、飲用水源安全保護(hù)、環(huán)境質(zhì)量分析、生態(tài)分析、環(huán)境應(yīng)急處置、環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境影響評(píng)估等大量的業(yè)務(wù)工作中有非常普遍的應(yīng)用需求。因此,有必要建立太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)更多的應(yīng)用,服務(wù)于環(huán)境管理與決策。

2ArcSDE功能

ArcSDE是 ESRI公司開發(fā)的一整套 GIS軟件ArcGIS的一個(gè)組成部分,是面向關(guān)系數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中間件產(chǎn)品,提供了矢量、柵格和屬性數(shù)據(jù)的一體化數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ),主要功能是在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)之間充當(dāng)一個(gè)應(yīng)用網(wǎng)關(guān),即中間件,以便充分地把GIS和RDBMS集成起來。

ESRI的ArcSDE采用真正的客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu),是高性能、面向目標(biāo)的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),并提供一系列用于管理和訪問大型分布式地理數(shù)據(jù)的功能。用戶可以透明地訪問空間地理數(shù)據(jù),而不必關(guān)心數(shù)據(jù)的格式、存儲(chǔ)位置、方式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等問題。ArcSDE將地理特征數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一地集成在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)中,如 Oracle,SQL Server等,利用從關(guān)系數(shù)據(jù)庫環(huán)境中繼承的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理功能對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù) 進(jìn)行統(tǒng)一而有效的管理。

以ArcSDE為引擎和以SQL Server為中心的數(shù)據(jù)庫是空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理的理想模式。本項(xiàng)目擬采用ArcSDE來管理太湖流域水環(huán)境信息共享平臺(tái)的海量的GIS數(shù)據(jù)。在空間數(shù)據(jù)服務(wù)器上運(yùn)行ArcSDE軟件,采用ArcSDE9.3版+SQL Server 2008為太湖流域地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)。

3數(shù)據(jù)來源及分析

3.1基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)主要來自測(cè)繪部門,主要是太湖流域各種比例尺的基礎(chǔ)地理信息,這部分?jǐn)?shù)據(jù)來自于測(cè)繪部門,主要包括:水系、村鎮(zhèn)點(diǎn)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣市、地市、省、高速公路、國(guó)道、省道、鐵路等。這部分?jǐn)?shù)據(jù)需要運(yùn)用ArcGIS Desktop平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤檢查、斷線處理、節(jié)點(diǎn)合并、拼接與修正、分塊、提取等處理。

3.2遙感影像數(shù)據(jù)

主要是美國(guó)的陸地衛(wèi)星TM、法國(guó)SPOT、美國(guó)EOS/MODIS以及部分ASTER遙感影像。環(huán)保部門建立了DVB-S衛(wèi)星接收用戶站,每天接受太湖流域衛(wèi)星遙感影像。需運(yùn)用Erdas平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了輻射糾正、幾何校正、波段組合、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換等規(guī)范化處理。

3.3業(yè)務(wù)空間數(shù)據(jù)

這部分?jǐn)?shù)據(jù)是與太湖流域水質(zhì)狀況密切相關(guān)的空間地理數(shù)據(jù),主要是各類監(jiān)測(cè)點(diǎn)、環(huán)境功能區(qū)、污染源、河流和湖泊。河流和湖泊的空間數(shù)據(jù)從基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)提取;監(jiān)測(cè)點(diǎn)和污染源的空間數(shù)據(jù)由GPS采集到的地理坐標(biāo)經(jīng)緯度生成。

4環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫的建立

4.1空間參考系統(tǒng)同化

在太湖流域水環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)絕大部分都具有空間地理基礎(chǔ),但由于數(shù)據(jù)獲取技術(shù)體系的差異,在地圖投影數(shù)學(xué)基礎(chǔ)方面存在不一致,例如多數(shù)環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)位通過GPS測(cè)量得到地理經(jīng)緯度,依據(jù)的是WGS84橢球體和坐標(biāo)系。因此,太湖流域水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)庫必須考慮空間參考系統(tǒng)的同化:在太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫中規(guī)定統(tǒng)一的地圖投影數(shù)學(xué)基礎(chǔ),確定大地坐標(biāo)系、高程坐標(biāo)系,選擇投影方式(高斯-克呂格投影、Alberts等面積投影)、中央經(jīng)線(太湖流域東、西部地區(qū)分別以117、123度為中央經(jīng)線)。完成了空間參考系統(tǒng)的同化后,將大大有利于水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)信息的處理、提取、制圖和共享發(fā)布的流程化、標(biāo)準(zhǔn)化。目前,太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫坐標(biāo)系都統(tǒng)一到西安80坐標(biāo)系。

4.2數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)

(1)主要比例尺基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)。

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)主要包括1:25萬基礎(chǔ)地理要素圖層、1:5萬基礎(chǔ)地理要素圖層、部分地區(qū)市區(qū)的1:1萬電子地圖。這些數(shù)據(jù)主要參考《GBT 13923-2006 基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》進(jìn)行圖層分類和組織,并通過建立空間數(shù)據(jù)資源目錄進(jìn)行管理。

(2)環(huán)境要素地理空間數(shù)據(jù)。

太湖流域環(huán)境要素地理空間數(shù)據(jù)庫主要是在基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上建立,內(nèi)容包括水環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、集中式飲用水保護(hù)區(qū)、生態(tài)功能區(qū)、太湖湖體、五大湖區(qū)、主要出入湖河流等。

(3)衛(wèi)星遙感正射影像數(shù)據(jù)。

衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)主要是我國(guó)環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星HJ-1、美國(guó)的陸地衛(wèi)星TM、法國(guó)SPOT、美國(guó)EOS/MODIS以及部分ASTER遙感影像時(shí)相全、質(zhì)量好,能準(zhǔn)確解譯和分析太湖生態(tài)景觀特征尤其是藍(lán)藻水華、環(huán)湖地區(qū)植被與河道、圍網(wǎng)養(yǎng)殖占用湖體等信息,是反映太湖生境變化的十分有效的數(shù)據(jù)資料。

(4)航空遙感正射影像數(shù)據(jù)。

該數(shù)據(jù)主要是太湖流域各地區(qū)航空正射影像數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)量達(dá)TB級(jí)。考慮海量航片的數(shù)據(jù)庫訪問響應(yīng)速度,這部分?jǐn)?shù)據(jù)單獨(dú)建庫,存放在專門的存儲(chǔ)設(shè)備中。

(5)三維地形數(shù)據(jù)。

三維地形數(shù)據(jù)由高程數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和三維實(shí)時(shí)模型四類數(shù),通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整和、匹配,并根據(jù)三維真實(shí)地形的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行交互式的調(diào)整,生成太湖流域三維地形的視景系統(tǒng)。三維實(shí)時(shí)模型基于高級(jí)參數(shù)化的矢量建模技術(shù)實(shí)現(xiàn),內(nèi)容包括河流、水道、湖泊、森林、道路、管線、建筑等。

4.3數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)

利用太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行水環(huán)境質(zhì)量狀況空間分析時(shí),需要實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián),在ArcGIS中,要求通過唯一的ID進(jìn)行關(guān)聯(lián)。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫時(shí),空間要素都設(shè)置了關(guān)鍵字,可通過該字段關(guān)聯(lián)到相應(yīng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。目前流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)是通過行政區(qū)代碼和測(cè)點(diǎn)代碼關(guān)鍵字組唯一確定,所以在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)過程中設(shè)置了省控編碼PmCode來唯一確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)位,編碼規(guī)則是行政區(qū)代碼和監(jiān)測(cè)點(diǎn)代碼的連接串。由于污染源中的工業(yè)企業(yè)常在不同的地區(qū)開有分公司,用企業(yè)法人代碼并不能唯一確定一家企業(yè),課題中污染源也用EnCode來唯一確定,編碼規(guī)則是行政區(qū)代碼和企業(yè)法人代碼的連接串。

4.4數(shù)據(jù)入庫

ArcSDE中數(shù)據(jù)的加載通常采用兩種方法:(1)ArcCatalog或 ArcToolbox中 Shapefile(或 Coverage 等)to Geodatabase;(2)直接使用命令行。相對(duì)來說,第一種方法簡(jiǎn)單且效率高,考慮到數(shù)據(jù)庫的通用性,故采用第一種方法。

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)入庫前需確定每個(gè)圖層的的坐標(biāo)系統(tǒng),然后導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫;遙感影像數(shù)據(jù)在前期處理過程中已實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換,可直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫;業(yè)務(wù)空間數(shù)據(jù)根據(jù)來源分兩種,從基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)抽取的數(shù)據(jù)可直接導(dǎo)入;從經(jīng)緯度生成的點(diǎn)位圖層,在生成空間數(shù)據(jù)前需選擇正確坐標(biāo)系,這樣生成的圖層也可直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。

參考文獻(xiàn)

[1]@熊麗華,楊峰.基于ArcSDE的空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2004,24(3):90-96.

[2]@甘泉,盧正,李永樹.基于SDE的全關(guān)系空間數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)[J].四川測(cè)繪,2003,26(2):59-62.

[3]@ArcSDE SQL Server Administrator Lecture Book.2001:96-98.