測(cè)繪成果數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與入庫(kù)

殷 敏 王式太 徐丹丹

隨著全球定位系統(tǒng)、遙感等測(cè)繪技術(shù)的不斷進(jìn)步,測(cè)繪工作者已能夠快速高效地獲取空間數(shù)據(jù),而日益快速增長(zhǎng)的空間數(shù)據(jù)也給測(cè)繪工作者帶來(lái)了新的問(wèn)題:在測(cè)繪成果管理過(guò)程中,往往會(huì)出現(xiàn)資料類型多樣、版本不一的狀況,使得資料共享困難,工作重復(fù)進(jìn)行,從而造成人力物力的極大浪費(fèi)。如何建立基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)繪成果數(shù)據(jù)庫(kù)、加快和加強(qiáng)與各相關(guān)部門(mén)數(shù)據(jù)的共建共享,如何把空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái),實(shí)現(xiàn)不同格式的地理信息數(shù)據(jù)的入庫(kù),都是測(cè)繪成果數(shù)據(jù)建庫(kù)過(guò)程中應(yīng)該關(guān)注并不斷完善和解決的問(wèn)題。

1 數(shù)據(jù)類型

根據(jù)服務(wù)對(duì)象和內(nèi)容,測(cè)繪可以分為基礎(chǔ)測(cè)繪、專業(yè)測(cè)繪、軍事測(cè)繪、地籍測(cè)繪、工程測(cè)量、海洋大地測(cè)量等。綜合各類測(cè)繪的成果數(shù)據(jù),其涵蓋了圖形、表格、文檔等形式。其中,圖形類數(shù)據(jù)主要包括4D產(chǎn)品(數(shù)字線劃圖(Digital Line Graphie,縮寫(xiě)DLG)、數(shù)字正射影像圖(Digital Orthophoto Map,縮寫(xiě) DOM),數(shù)字柵格地圖(Digital Raster Graphie,縮寫(xiě)DRG)和數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,縮寫(xiě) DEM))、圖像數(shù)據(jù)(.bmp,.jpg,.tif等格式);表格類數(shù)據(jù)主要包括測(cè)量點(diǎn)位數(shù)據(jù)、屬性信息、報(bào)表數(shù)據(jù)等;文檔數(shù)據(jù)主要包括數(shù)據(jù)更改歷史文件、成果報(bào)告等。此外,還有其他相關(guān)電子資料[1-3]。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

根據(jù)測(cè)繪成果數(shù)據(jù)類型,將測(cè)繪成果數(shù)據(jù)庫(kù)分為空間數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像數(shù)據(jù)庫(kù)、屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和元數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)

空間數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)各種比例尺的數(shù)字地圖,即4D產(chǎn)品。根據(jù)空間數(shù)據(jù)位置信息記錄方式的不同,可將4D產(chǎn)品劃歸為兩大類:一類是采用空間點(diǎn)位的坐標(biāo)數(shù)據(jù)記錄空間數(shù)據(jù)的位置信息,即矢量數(shù)據(jù)模型,如數(shù)字線劃圖DLG;另一類是采用規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)記錄空間數(shù)據(jù)的位置信息,即柵格數(shù)據(jù)模型,如數(shù)字柵格圖DRG、數(shù)字正射影像圖DOM和數(shù)字高程模型DEM。

2.1.1 矢量數(shù)據(jù)的組織方式

矢量數(shù)據(jù)的組織方式可分為基于圖幅的組織和基于要素的組織兩種方式。基于圖幅組織方法遵循數(shù)據(jù)分類分層的原則,把具有相同實(shí)體意義和空間特征的同類圖形要素存放在同一個(gè)圖層,對(duì)于跨圖幅要素物理上不進(jìn)行任何處理。基于要素的組織方法在空間地理數(shù)據(jù)入庫(kù)時(shí)將跨圖幅要素合并為一個(gè)要素。該方法嚴(yán)格保持了地物的完整性、連續(xù)性和一致性。

根據(jù)測(cè)繪成果數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的需求,本文采用后一種管理方式對(duì)數(shù)字線劃數(shù)據(jù)進(jìn)行組織。即入庫(kù)前先將同一個(gè)比例尺同一分帶中的數(shù)字線劃分幅數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接處理。首先,依據(jù)數(shù)字線劃圖的比例尺分類;其次,再按地形實(shí)體的大類進(jìn)行邏輯分層,每一個(gè)邏輯層就是一個(gè)要素集。

2.1.2 柵格數(shù)據(jù)的組織方式

柵格數(shù)據(jù)(DOM,DRG,DEM)按照Geodatabase數(shù)據(jù)模型中的柵格數(shù)據(jù)集(Raster Dataset)進(jìn)行組織和存儲(chǔ)。

為了加快柵格數(shù)據(jù)的顯示速度和網(wǎng)上傳輸速度,柵格數(shù)據(jù)采用金字塔的存儲(chǔ)方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù),即分級(jí)分塊的存儲(chǔ)策略。對(duì)于較小比例尺顯示時(shí)只顯示上級(jí)的粗略的柵格信息,而當(dāng)放大到較大比例尺時(shí),把下一級(jí)較詳細(xì)的信息顯示出來(lái)。可用不同的方法構(gòu)建金字塔,相鄰采樣法用于名義數(shù)據(jù)或者彩色地圖類(宗地?cái)?shù)據(jù)、掃描地圖、偽彩色影像)的柵格數(shù)據(jù);雙線性采樣法和立方采樣法用于衛(wèi)星影像和航空影像等連續(xù)數(shù)據(jù)。構(gòu)建數(shù)據(jù)金字塔是在服務(wù)器端完成的。數(shù)據(jù)如果被壓縮,服務(wù)器首先解壓縮數(shù)據(jù),然后構(gòu)建數(shù)據(jù)金字塔,最后再次壓縮并將該數(shù)據(jù)插入柵格數(shù)據(jù)塊表。

2.2 圖像數(shù)據(jù)庫(kù)

圖像數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)和管理測(cè)繪成果相關(guān)的圖像信息。為了節(jié)約數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)空間,在存儲(chǔ)過(guò)程中,將圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮,表示成二進(jìn)制文件,提取時(shí)再將相應(yīng)的文件進(jìn)行解壓釋放。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表見(jiàn)表1。

表1 圖像數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)表

2.3 屬性數(shù)據(jù)庫(kù)

根據(jù)空間實(shí)體的特征建立相應(yīng)的屬性表結(jié)構(gòu),如表2所示為行政區(qū)劃屬性結(jié)構(gòu)表。

表2 行政區(qū)劃屬性結(jié)構(gòu)表

2.4 元數(shù)據(jù)庫(kù)

測(cè)繪成果元數(shù)據(jù)庫(kù)用于記錄測(cè)繪成果數(shù)據(jù)和信息的描述性信息,它包括測(cè)繪成果數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、繼承關(guān)系、數(shù)據(jù)組織、參考系、發(fā)行信息、參考信息等,如表3所示。

表3 圖像數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

3 ArcSDE數(shù)據(jù)加載

3.1 矢量數(shù)據(jù)的加載

矢量數(shù)據(jù)的加載通常使用兩種方法:1)使用ArcCatalog或ArcToolbox中的Shapefile(covera-ge等)to Geodatabse;2)直接使用命令行shp2sde(cov2sde)。前者操作簡(jiǎn)單,后者可實(shí)現(xiàn)批處理[4]。

加載中的參數(shù)問(wèn)題:

1)精度問(wèn)題(Precision)。ArcSDE是采用正整數(shù)坐標(biāo)來(lái)存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)(32位,但坐標(biāo)的最大值為231)。把連續(xù)的矢量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在這些小網(wǎng)格里面,但會(huì)出現(xiàn)變形。ArcSDE采用的解決方法是在存儲(chǔ)前對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行放大。隨著放大比例的增加,變形會(huì)縮小。

2)偏移問(wèn)題(ShiftX,ShiftY)。數(shù)據(jù)如何存儲(chǔ)在ArcSDE存儲(chǔ)空間里面也是很有講究的。一般情況下數(shù)據(jù)的空間范圍是會(huì)變化的,比如隨著城市范圍的不斷擴(kuò)大,數(shù)據(jù)也隨著擴(kuò)大。這樣在加載數(shù)據(jù)時(shí)就要慎重考慮。ArcSDE推薦是將數(shù)據(jù)的中心放到ArcSDE坐標(biāo)空間中心點(diǎn)進(jìn)行存儲(chǔ)。實(shí)現(xiàn)的方法就是將坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行平移。這就是加載數(shù)據(jù)時(shí)的ShiftX和ShiftY。

3)索引網(wǎng)格大小(Gridsize)。在加載數(shù)據(jù)時(shí),還需要給數(shù)據(jù)指定索引網(wǎng)格的大小,選擇合適的索引網(wǎng)格可以提高工作效率。具體選擇多大的網(wǎng)格,理論上是使得一個(gè)索引網(wǎng)格里面只有一個(gè)要素。經(jīng)驗(yàn)值是所研究要素平均值的1.5倍～3倍。此外,索引網(wǎng)格的大小在加載后仍可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改。

3.2 柵格數(shù)據(jù)的加載

柵格數(shù)據(jù)的加載亦有兩種:1)使用ArcCatalog向SDE中加載;2)使用SDERASTER向SDE中加載。柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到ArcSDE數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí),被轉(zhuǎn)換成許多小的二進(jìn)制對(duì)象(BLOB)或片(tile)。通過(guò)這種存儲(chǔ)方式,在檢索柵格數(shù)據(jù)時(shí),只會(huì)影響并且返回需要的片,而不是整個(gè)柵格數(shù)據(jù)集。

3.2.1 柵格數(shù)據(jù)的壓縮方式

柵格數(shù)據(jù)加載時(shí)需要經(jīng)過(guò)壓縮。常用的有兩種壓縮方法,即LZ77和JPEG。LZ77是一種無(wú)損壓縮算法,壓縮可以節(jié)省存儲(chǔ)空間,產(chǎn)生較小的數(shù)據(jù)文件,從而可以提高應(yīng)用程序的顯示性能;但對(duì)于那些像元值很重要的數(shù)據(jù)如分類數(shù)據(jù)(或用于分析的數(shù)據(jù))來(lái)說(shuō),應(yīng)該采用無(wú)損壓縮,對(duì)于提取有效像元不是很重要的數(shù)據(jù),則可以采用有損壓縮。

3.2.2 加載柵格數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置

1)Pyramid:為輸出的數(shù)據(jù)建造ArcSDE地理數(shù)據(jù)庫(kù)的金字塔。當(dāng)選擇要建造時(shí),還要選擇構(gòu)建金字塔時(shí)重采樣的方法,有最鄰近法(nearest)、雙線性內(nèi)插(bilinear)最緊以及立方卷積(cubic)的方法。

2)Raster statistics:可以在地理數(shù)據(jù)庫(kù)中建立時(shí)生成數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值。當(dāng)選擇建立統(tǒng)計(jì)值時(shí),需要設(shè)定統(tǒng)計(jì)計(jì)算的采樣間隔,即X skip和 Y skip的值。系統(tǒng)默認(rèn)為1。

3)Compression:指定在ArcSDE中數(shù)據(jù)壓縮方式。LZ77是一種保留所有柵格數(shù)據(jù)式;JPEG是有損壓縮方式,是利用國(guó)際上通用的JPEG算法對(duì)像進(jìn)行壓縮,用戶可以在下面的復(fù)選框中選擇壓縮率;JPEG2000也是有損壓縮方法,它采用小波技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行壓縮,使圖像表面上看起來(lái)沒(méi)有什么損失,同樣用戶需要設(shè)定壓縮率;NONE指對(duì)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行不壓縮存儲(chǔ)。

4)Tile size:設(shè)定ArcSDE地理數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的大小,系統(tǒng)默認(rèn)的寬度和高度都是128。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從測(cè)繪工作的實(shí)際出發(fā),將測(cè)繪成果進(jìn)行了分類,對(duì)測(cè)繪成果數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了設(shè)計(jì),并對(duì)數(shù)據(jù)加載過(guò)程中出現(xiàn)的相關(guān)參數(shù)問(wèn)題進(jìn)行了說(shuō)明。

[1]樊文有,謝 靖,邵 隆.MAPSUV數(shù)字測(cè)繪成果管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].地球科學(xué)——中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,31(5):715-718.

[2]梅樹(shù)紅.基于GIS控件開(kāi)發(fā)測(cè)繪成果目錄檢索系統(tǒng)[J].鐵道勘察,2006(4):20-22.

[3]江春發(fā),廖寶勇.廈門(mén)市測(cè)繪成果的GIS方式管理[J].城市勘測(cè),2001(1):44-47.

[4]桂潤(rùn)堂,鐘霞薛,重 生.基于ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎技術(shù)的應(yīng)用研究[J].微機(jī)發(fā)展,2003(3):13-15.