基于ArcSDE和SQL Sever城市規劃空間數據庫的設計與實現

史華林，何 飛，王云全，盧永軍

(1.中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院，650051，昆明;2.陸良縣城建檔案館，655000，云南，陸良)

0 引言

城市規劃是對地理信息系統(GIS)應用最早、最活躍的領域之一。GIS的數據庫管理有利于將這些數據信息歸并到同一系統中，有利于進行包括城鎮總體規劃、城市建設用地適宜性評價、環境質量評價、道路交通規劃，公共設施配置以及城市環境的動態監測等。對于一個GIS應用系統來說，作為基礎數據平臺的空間數據庫的性能則在很大程度上決定了整個系統的性能。本文運用空間數據引擎ArcSDE和關系數據庫管理系統SQLServer集成的方式，有效地將空間數據及其屬性數據關聯起來，并以陸良縣城市規劃為例，實現了空間數據庫的構建。

1 ArcSDE和SQL Sever數據集成管理技術

ArcSDE是美國地理信息系統(GIS)軟件生產商ESRI公司推出的專用的空間數據庫引擎(Spatial Data Engine)。它的主要功能是在關系數據庫管理系統(RDBNS)和空間數據之間建立一個應用接口，對關系型數據庫管理系統進行空間擴展，將空間數據和屬性數據集成起來[1]，從而實現空間數據和屬性數據的無縫連接。SQL Sev-er是目前廣泛使用的大型數據庫系統之一，屬于多線程關系型數據庫，硬件要求低。它支持分布式數據結構，系統的執行效率較高，且與Windows操作系統具有非常好的兼容性，相對其他大型商業數據庫而言價格便宜[2]。ArcSDE將空間數據類型添加到SQL Sever中，它并不改變和影響數據庫及其應用，只是在現有的數據表中加入圖形數據項(Shape column)，供用戶管理和訪問與其關聯的空間數據[3]。在服務器端，將ArcSDE與SQLServer連接后，就可以將shp等格式的空間數據，通過ArcGIS Desktop中的功能模塊ArcCatalog來進行導入。

2 數據的組織與分類

城市規劃建設涉及的數據種類多，數據結構比較復雜，包括了城市產業布局、城市布局、基礎設施布局等空間數據，以及空間數據的屬性數據，內容涵蓋了文本、表格數據、地圖、遙感影像等矢量、柵格數據等。根據數據內容和特征，將數據分為4大類:基礎地理信息數據、城市專題數據、城市規劃管理數據、城市建設專題數據。為了便于數據管理，在這4大類中又劃分若干子類。如表1是數據的分類組織及說明。

表1 數據的分類組織及說明

規劃空間數據的分層與編碼設計。根據數據的規范化和標準化要求及基礎地理信息系統的管理需求，參考《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖要素分類與代碼》、《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖圖式》(GB/T20257.1-2007)、《國土基礎信息數據分類與代碼》及《城市基礎地理信息系統技術規范》，《基礎地理信息數據分類與代碼》(GB/T 13923－2006)為基礎進行擴充。根據國家的相應標準，結合縣級城市地理信息中心實際，在分層設計中可將基礎地理要素分為22大類，它們全部涵蓋了國家分類標準提出的八大基礎地理要素(定位基礎、水系、居民地及設施、交通、管線、境界及政區、地貌、植被與土質);在此基礎上，增加了要素的注記層，包括點、線及其他(如圖廓要素)相關信息描述，并設計相應的點層存放點位信息，便于后面的空間分析和拓撲分析。

3 數據庫設計

3.1 數據庫總體設計流程

依據ArcSDE+SQL server的空間數據管理技術，將數據進行分析和分類，進行數據庫框架設計。通過ArcSDE空間數據引擎，數據管理員和用戶通過ArcSDE與SQL server進行緊密連接，實現數據有效、快速存取。如圖1所示。

圖1 數據庫框架結構

3.2 概念結構設計

數據庫概念設計是將數據抽象為用戶能理解的概念模型，通過對現實世界的抽象，最后得到系統的實體—關系圖，即E-R圖。

E-R模型建立。E-R模型用實體(Entity)、屬性(Attribute)及實體間的聯系(Relationship)組成的E-R圖。實體間的聯系有一對一聯系(簡記1∶1)，一對多聯系(簡記1∶n)，多對多聯系(簡記m∶n)。各實體的E-R模型圖合并后得到局部E-R模型圖，各局部E-R模型圖合并優化后，可得到數據庫的基本E-R模型圖。規劃空間數據庫局部的E-R模型如圖2所示。

圖2 劃空間數據庫局部的E-R模型圖

3.3 邏輯結構設計

邏輯設計是數據庫設計的核心，它的任務是將概念模型轉化為某種特定數據庫管理系統所支持的邏輯數據模型。數據庫采用Geodatabase通過空間要素集(Feature Dataset)、空間要素類(Feature Class)和空間要素(Feature)三級模型組織矢量地圖數據。在城市建設規劃中，基礎地理信息、建設項目專題信息大部分都是矢量圖形數據，這些數據以分層、分區的形式進行管理，“根據不同的數據分類和不同幾何表達形式(點、線、面)來建立不同的圖層，通過統一不同對象之間的地理參照坐標來實現空間數據之間的關聯”，同時，對空間要素進行唯一編碼，通過編碼與相應專題屬性數據進行關聯。

4 縣域規劃數據庫的建立-以陸良縣城市規劃建設數據

空間數據和屬性數據的無縫集成，在規劃業務上來講，也就是如何將規劃圖形表示與其相關的案件信息高度關聯起來，實現圖文一體化的查詢的問題。建庫采用基于 SQL Server2008的ArcSDE Geodatabase存儲，陸良縣城市建設空間數據包括基礎數據、專題數據、城市規劃成果數據、城市規劃控制數據。屬性數據主要是根據業務提交資料、相關證書內容數據的屬性數據表按照設計存儲在ArcSDEGeodatabase數據庫中，規定構成數據庫的要素類、柵格數據集、屬性表以及表之間的各種關系。

4.1 屬性數據庫邏輯結構設計與建立

屬性信息存儲在SQL Server 2008中。先利用ArcCatalog建立相應的新的屬性表，然后在ArcMap中將篩選的城市規劃數據屬性表進行編輯和輸入。非空間數據對多媒體記錄表，數據庫中只存儲對媒體的引用路徑，具體的多媒體信息則存儲在本地磁盤上。法律法規、相關宏觀經濟分析材料等文本形式存放。

4.1.1 屬性數據表的設計 屬性數據編碼時將各種屬性數據變為計算機接收的數值或字符形式，以便用于管理信息系統存儲管理。屬性數據結構設計包括空間數據屬性結構設計和非空間數據屬性結構設計?？臻g數據結構設計主要指矢量數據的屬性結構設計(表2為空間數據紅線屬性結構表設計)，非空間數據結構指與業務相關的數據結構、多媒體數據和相關的文本文檔。

4.1.2 空間要素與非空間要素的關聯 通過建立空間要素與非空間要素類之間的關系類(Relationship Class)來關聯空間數據和屬性數據。首先建立空間要素的主鍵(Primary key)，按照一定的標準對每個空間要素進行唯一編碼，而相關專業的項目非空間要素屬性也通過相對應的唯一編碼(相同的數據類型和表達同樣涵義)，來建立兩者之間的關系，將圖層中的空間實體和該實體相對應的屬性信息進行關聯[4]。

表2 空間數據紅線屬性結構表的設計

4.2 空間數據庫設計與建立

矢量的規劃數據的邏輯模型采用三級分層的邏輯結構:分庫、子庫 、要素層 ;在一個投影帶的數據中，同一時態相同比例尺的數據實體全部存儲在相同的輔助制圖數據庫中，這些空間數據經過處理分層后存儲在基于SQL Server的ArcSDE Geodatabase數據庫中。柵格數據主要是正射影像圖和一些掃描圖件，以目錄文件方式進行存儲，將每類柵格數據作為一個子庫，對每個柵格子庫建立目錄，在這個子庫級目錄下為其所包含的分區建立目錄，在具體的分區目錄中以圖幅為單位存放該區的柵格圖像。建庫結果如圖3所示，分別有基礎地理信息數據集、規劃管理信息數據集、規劃專題數據集和SDE表。在ArcMap導入數據，效果如圖4所示。

5 結束語

海量、多源城市規劃數據的有效存儲和管理是成功城市規劃決策的有力保障，由于ArcSDE具有海量數據存儲、多用戶并發訪問、支持長事務處理和版本管理等強大優勢，SQL Server 2008是成熟的關系數據庫，因此 ，基于ArcSDE和SQL Server 2008技術的集成是GIS技術與數據庫技術的理想結合，可以有效地組織和管理海量數據，提供強大的數據支持。

圖3 規劃空間數據庫建庫結果

圖4 在ArcMap中加載數據效果圖

[1] 楊大兵，陳建平，王鳳，等.基于ArcSDE的空間數據庫研究[J].勘察科學技術，2009(5):50－54.

[2] EASR.ArcSDE Configuration and Tuning Guide for Microsoft SQL Server[M].[s.1]:EARI，2004.

[3] 張寧.宮輝力.趙文吉，等.基于 SDE與 MapObjects控件的GIS開發應用[J].首都師范大學學報:自然科學版，2005，26(2):101 －105.

[4] 張洪吉，李緒平，羅勇，等.基于ArcSDE.和SQL Sever的新農村建設數據庫設計與實現[J].安徽農業科學，2013，41(4):1836 －1838.