談數字城市基礎地理信息數據庫建設

杜云芳

（江西省贛州市城鄉規劃設計研究院，江西 贛州 341000）

1 數字城市基本概念

“數字城市”建設,是指將有關城市的信息,包括城市的自然資源、社會資源、基礎設施、人文、經濟等各個方面,以數字的形式進行獲取、存儲、管理和再現,通過對城市信息系統的綜合分析和有效利用,為提高城市管理效率、節約資源、保護環境和城市可持續發展提供決策支持。數字城市系統的開發、應用和服務是以數據的采集與更新、數據的共享與交流、數據的分發與挖掘、數據的商業化和社會化為基礎。對于一個數字城市的數據庫,其包含著多數據源、多時態、多尺度、多時相、多形式表達的數據,如何對這些數據合理管理,對系統的開發以及開發后的作用大小都有重大的影響。因此,必須對數據庫的管理系統進行周密的設計,使其能更好地為數字城市服務。

隨著城市信息化建設的深入,城市現代化管理和社會公眾生活對城市基礎地理空間信息和各類專題地理信息提出了迫切的需求。建立基礎地理空間信息數據庫被譽為城市信息化的基礎設施建設。“數字城市”的實質就是建立以地理空間信息為核心的城市信息服務與共享體系,共建共享,避免重復建設,通過整合信息資源形成統一的、標準的公共基礎數據庫,并通過一體化的數據管理、數據發布平臺實現數據共享和信息服務。

2 城市基礎地理信息系統

地理信息是指與所研究對象的空間地理分布有關的信息，它表示地表物體及環境固有的數量、質量、分布特征、聯系和規律。地理信息系統（GIS）是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、處理、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。

基礎地理信息系統是綜合運用計算機網絡、地理信息系統、航空和航天遙感系統、全球定位系統和數據庫管理系統等技術，按照規范化的信息分類標準和統一的地理空間關系，建立一個以多數據源、數字化的城市空間基礎地理數據為主要內容的基礎信息管理系統，以完善的空間基礎地理信息生產體系、數據管理體系和數據服務體系，對各項城市空間基礎地理數據進行科學存儲與管理，實現快速采集、更新、查詢、檢索、統計、空間分析和信息發布，將大規模的、動態的空間基礎信息轉化為數字化的、可操作的、可共享的信息資源。

3 城市空間基礎地理信息系統數據庫建設的核心

城市空間基礎地理信息系統的建立是一個牽涉面廣、技術復雜的體系，其核心問題，也是關鍵問題包括數據的存儲、數據的管理、數據的更新維護及數據庫接口等幾個方面。

3.1 數據的存儲

城市空間基礎地理信息數據庫是建立在多數據源、多尺度、多時相、多分辨率的基礎上的，其數據量可用“海量”一詞來形容，面對如此龐大的數據必須建立科學的數據存儲機制完成數據的管理與存儲。

目前，對于海量數據主要有兩種管理模式:一是基于文件系統的管理方式，二是基于數據庫系統的管理方式。對于城市影像數據庫而言，可以采取兩種管理模式并行的方法進行，即對于數據量非常大且使用頻率不高的數據，采用文件的存儲方式近線存儲；而對于使用頻率較高的數據實現在線數據存儲，即把數據存儲在數據庫中。

航攝影像數據量非常大，相對來說其使用頻率較低，采用文件方式進行存儲與管理，并以近線存儲方式保存在磁帶庫中。通過建立航攝影像快視圖來實現對航攝影像的快速瀏覽、查詢。如果需要提取原始的航攝影像，可以通過快視圖索引迅速找到所需要航片的存儲位置，并以其它方式完成數據的提取。對于歷史數據，也采用文件方式進行存儲，并建立以時間為序的數據存儲機制，實現歷史數據的管理。

基本要素數據、數字高程模型數據、控制成果數據及元數據的數據量相對來說較小，以在線方式直接把數據存儲在后臺數據庫中。對于基本要素數據、數字高程模型數據要進行合理的組織并建立高效的空間索引；而對控制成果數據及元數據，可以利用關系數據庫中的成熟的索引技術，快速的完成數據的查詢與提取。

3.2 數據的管理

城市空間基礎地理信息數據庫是一個龐大的空間數據集，從數據管理的角度講，要建立一個高效、便捷的影像數據庫管理系統，能方便、高效地找到所需的數據，并在最短的時間限度內提供給用戶；從數據應用的角度講，要將分幅分層生產的數據進行整理，使之符合統一的規范和標準，并對數據進行有效組織、管理，便于空間數據的查詢、分發及其它應用。

用戶可以根據基本要素數據庫中的地名、路名等基本信息進行查詢、定位，迅速找到用戶所需的矢量數據；把影像與基本要素疊加，以矢量數據作為查詢基準，根據地名、路名信息實現影像的查詢、定位，快速實現影像的提取與分發服務；另外，用戶還可以根據元數據所提供的信息提取影像與矢量數據。

3.3 數據的動態更新維護

城市空間基礎地理信息數據庫的建設中，如何實現數據的更新及以什么形式進行數據更新，是數據庫管理者要考慮的問題。在一般的城市基礎地理信息數據庫中，采用的是對數據存儲單元內的數據進行整體替換的方法來實現對數據的更新，即用新的數據來替換舊的數據。影像數據庫的更新一般不會直接對數據庫中對某一數據單元內的局部數據進行增、刪、改操作，而是在外部事先把要更新的數據制作完畢后再導入數據庫中，即對數據庫的數據更新操作，只是一個數據替換的過程。

在進行數據更新時，原有的數據即成為歷史數據。歷史數據通過離線的方式存儲在磁帶庫中，當需要對數據進行歷史對照分析時，可以把不同時間段的歷史數據從磁帶庫中調出。

3.4 數據庫接口

城市空間基礎地理信息數據庫中，數據庫中的數據存儲的只是基本的空間數據，并不能完全滿足城市對空間基礎地理數據的需求，因此，城市空間基礎地理信息數據庫應具有良好的可擴充性，即在統一的空間參考信息下，實現與各專題空間數據庫的有機銜接。利用統一的空間參考信息，實現與地理編碼數據庫、土地覆蓋數據庫、地名數據庫等數據庫的疊加顯示、分析；利用基本要素數據中的屬性信息，如根據地名、路名等基本信息，實現與各種社會經濟的互連互通。

4 城市基礎地理信息系統數據庫的應用

目前，很多大型城市都建立了以城市基礎地理信息框架數據庫為基礎背景數據，采用先進的組件式開發技術及數據庫技術，以地理信息系統技術為主要技術手段，正射影像、矢量數據為輔，對地區的房產圖形信息、房產自然信息、房產權屬信息進行提取、加工，形成房產地理信息系統的試驗版，完成了房產管理區域內的房產全景圖。

21世紀我國的城市將會有更大的發展，城市的發展將給城市空間基礎地理信息的技術應用帶來新的機遇和挑戰。隨著城市信息化進程的加快，人們對城市空間基礎地理信息的需求和要求也會日益增長，基礎地理信息系統也將越來越深入和便捷。

[1]陳述彭，地理信息系統導論[J]，北京：科學出版社，2000

[2]奚長元，城市空間地理數據基礎設施的建設與應用[J]，行業論壇，2004