基于ArcSDE的高層建筑信息數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高月 梁兼?zhèn)?黃旻 梁本亮

摘要：越來越多的高層建筑設(shè)計(jì)信息需要進(jìn)行高效存儲(chǔ)和管理，同時(shí)也是組成大數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)。由于高層建筑本身具有空間地理屬性，因此需要建立基于地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。以ArcSDE、Geodatabase技術(shù)為基礎(chǔ)，探討了高層建筑設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中所需的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：空間數(shù)據(jù)引擎；Geodatabase；空間數(shù)據(jù)模型；高層建筑；數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

DOIDOI：10.11907/rjdk.171666

中圖分類號：TP392文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：16727800（2017）010017003

0引言

高層建筑工程的整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)具有高度復(fù)雜性，每一個(gè)成功建成的高層建筑工程，都是設(shè)計(jì)專家與施工人員智慧與經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶，對后續(xù)工程項(xiàng)目的興建具有重要的參考價(jià)值。因此，對成功的工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)便成為一項(xiàng)非常重要的工作。目前對建筑工程設(shè)計(jì)資料的存儲(chǔ)具有以下不足：①編輯修改和重復(fù)利用方面需要進(jìn)一步完善。無論是紙制資料還是掃描資料，在可編輯性上都存在難度；②建筑工程與其地理位置難以相關(guān)。對于具體建筑工程的位置描述僅能以文字說明的形式進(jìn)行，用戶無法直觀地了解具體位置信息，信息表達(dá)不完整；③缺乏綜合分析和輔助決策能力。傳統(tǒng)的紙制文檔、掃描文檔都是整體文件模式，通過這些資料衍生出的新信息資料的利用和綜合分析受到限制，也就無法有效地為地震疏散、結(jié)構(gòu)體系選型等方面工作提供輔助決策。基于以上分析，對現(xiàn)有的高層建筑設(shè)計(jì)信息加以設(shè)計(jì)、整合，形成考慮空間特征高層建筑設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)庫，在實(shí)現(xiàn)信息高效存儲(chǔ)的同時(shí)，也可以為后續(xù)高層建筑工程的建設(shè)提供設(shè)計(jì)參考和經(jīng)驗(yàn)支撐，同時(shí)也可以為大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等提供必需的信息數(shù)據(jù)，具有積極的工程實(shí)踐意義。

1空間數(shù)據(jù)引擎與Geodatabase數(shù)據(jù)模型

空間數(shù)據(jù)引擎（Arc Spatial Data Engine，ArcSD）是空間數(shù)據(jù)庫借助關(guān)系數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)相應(yīng)管理的橋梁，可以實(shí)現(xiàn)在多種關(guān)系數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（Relational Database Management System，RDBMS）中管理地理信息。ArcSDE通過為RDBMS提供一個(gè)開放的接口，可以實(shí)現(xiàn)ArcGIS在Oracle、Microsoft SQL Server、 IBM DB2等數(shù)據(jù)庫平臺(tái)上對地理信息進(jìn)行有效的管理和操作。ArcSDE使用每種RDBMS所支持的標(biāo)準(zhǔn)SQL類型來管理數(shù)據(jù)，并且支持所有空間數(shù)據(jù)類型，包括要素、柵格、拓?fù)洹⒕W(wǎng)絡(luò)、地形、測量數(shù)據(jù)、表格數(shù)據(jù)，以及位置數(shù)據(jù)，例如地址、模型和元數(shù)據(jù)等，用戶不需要考慮RDBMS的底層實(shí)現(xiàn)。因此，以ArcSDE為橋梁，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對空間數(shù)據(jù)的管理，以及C/S、B/S模式下客戶端對數(shù)據(jù)庫中各種類型空間數(shù)據(jù)的操作。

Geodatabase是由ESRI推出的一種面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)模型，其基本對象組織思想是使用對象類、關(guān)系類、各種網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)規(guī)則來定義空間實(shí)體，將它們有機(jī)地統(tǒng)一起來，綜合表達(dá)現(xiàn)實(shí)實(shí)體及其之間的復(fù)雜關(guān)系。Geodatabase模型是建立在DBMS之上，利用標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)來表現(xiàn)地理信息，借助ArcSDE這一橋梁，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理和操作。Geodatabase數(shù)據(jù)模型由具有良好層次關(guān)系的數(shù)據(jù)集、要素類、對象類共同組成，能夠?qū)崿F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)的RDBMS表中存儲(chǔ)和管理地理信息，并支持多種關(guān)系數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)與多用戶訪問。Geodatabase讓GIS數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)特征更加智能化，使GIS的物理數(shù)據(jù)模型與其邏輯數(shù)據(jù)模型更加接近或者一致，如地塊所有者、建筑物、宗地和道路等，進(jìn)而使GIS中的數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)實(shí)體的自然特征和行為保持一致。

2數(shù)據(jù)信息分類

建立數(shù)據(jù)庫所需的數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、高層建筑設(shè)計(jì)專題數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)和文本數(shù)據(jù)4類。地理信息數(shù)據(jù)由空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)兩部分組成。空間數(shù)據(jù)是指用來存儲(chǔ)空間對象的形態(tài)及位置的數(shù)據(jù)；屬性數(shù)據(jù)是指描述空間特征的有關(guān)信息，如多邊形代表建筑物，則建筑物名稱、用途、高度等信息就是基本屬性信息。

表1數(shù)據(jù)分類

數(shù)據(jù)類別數(shù)據(jù)內(nèi)容說明

基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)地形圖、行政區(qū)劃圖、水系圖、道路交通圖、公園綠地圖提供地理參考，主要是空間數(shù)據(jù)及簡要的屬性信息

專題數(shù)據(jù)高層建筑的詳細(xì)設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)來源廣泛，需要進(jìn)行設(shè)計(jì)、處理

圖像與視頻數(shù)據(jù)與空間信息對應(yīng)的圖像、視頻等數(shù)據(jù)所研究的高層建筑屬性信息數(shù)據(jù)源

3數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

3.1空間數(shù)據(jù)庫

基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)是對高層建筑工程進(jìn)行空間展示和管理不可缺少的資料和依據(jù)。要有效地管理空間信息，必須有一個(gè)合理的空間數(shù)據(jù)庫。將地圖對象進(jìn)行矢量化處理，統(tǒng)一抽象為點(diǎn)、線、面3種基本圖元類型，并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的SHP文件。點(diǎn)（Point）圖層用于存放一般建筑物、超限高層建筑和車站等信息；線（Line）圖層用于定義行政區(qū)劃邊界、河流邊界、河流以及道路等；面（Polygon）圖層用于河流面、綠地塊、公園和行政區(qū)劃等。本文采用面向?qū)ο蟮腉eodatabase數(shù)據(jù)模型來組織空間數(shù)據(jù)。

圖1空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

3.2空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

空間數(shù)據(jù)庫主要完成圖形數(shù)據(jù)的管理、輸入、格式變換、信息查詢、圖形輸出等功能，是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能。在設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫時(shí)考慮了圖形輸入、圖形編輯、圖形操作、圖形轉(zhuǎn)換、圖形查詢、信息提取、圖形輸出等功能，具體功能如圖2所示。

4屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)主要包括屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)等內(nèi)容。屬性數(shù)據(jù)是指與空間位置沒有直接關(guān)系的代表特定地理意義的數(shù)據(jù)，既可以是獨(dú)立于專題地圖的高層建筑工程相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，也可以是與專題地圖相關(guān)，表示地理對象類別、數(shù)量、等級的字符串或數(shù)字。屬性數(shù)據(jù)在整個(gè)系統(tǒng)中占有很大比重，可以在背景信息與矢量圖形信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合、深層次分析，能為管理、規(guī)劃與決策提供重要的參考信息，并能夠輔助進(jìn)行空間定位和顯示空間實(shí)體分布特征。endprint

本文研究的屬性數(shù)據(jù)由兩部分組成，一部分是與空間實(shí)體對應(yīng)的基本屬性信息，另一部分是外掛到Microsoft SQL Server 2000中的與高層建筑工程設(shè)計(jì)相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù)，組成數(shù)據(jù)庫中最重要的數(shù)據(jù)信息，并采用目前流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理屬性數(shù)據(jù)庫。

4.1屬性數(shù)據(jù)庫信息構(gòu)成及邏輯設(shè)計(jì)

高層建筑屬性數(shù)據(jù)既有空間要素的自身屬性信息，也包括高層建筑的詳細(xì)設(shè)計(jì)信息，具體可以歸納為以下幾方面：高層建筑工程基本信息、抗震設(shè)防信息、巖土工程勘察報(bào)告基本數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)信息、結(jié)構(gòu)布置和選型、結(jié)構(gòu)計(jì)算分析結(jié)果、基本抗震構(gòu)造信息及其它補(bǔ)充事宜。屬性數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)表的形式進(jìn)行管理，圖3為高層建筑工程設(shè)計(jì)信息中抗震構(gòu)造和結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)圖。

4.2屬性數(shù)據(jù)庫功能設(shè)計(jì)

屬性數(shù)據(jù)庫是高層建筑工程設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)的核心，需具備組織與管理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的功能，具體包括數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)檢索、屬性數(shù)據(jù)到空間數(shù)據(jù)的查詢、數(shù)據(jù)報(bào)表統(tǒng)計(jì)輸出等功能。可以設(shè)計(jì)成如下功能菜單：數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)修改、數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計(jì)、結(jié)果報(bào)表輸出等功能。

5空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)整合

通過ArcSDE，將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)共同存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。高層建筑工程在空間上以點(diǎn)的形式顯示，通過獨(dú)立的表來存儲(chǔ)屬性數(shù)據(jù)，與空間數(shù)據(jù)通過公共字段項(xiàng)進(jìn)行鏈接。其它圖層采用Shape圖層本身附帶的屬性信息，實(shí)現(xiàn)思路如圖4所示，數(shù)據(jù)庫架構(gòu)如圖5所示。

在完成數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)并通過測試，利用Arc Catlog裝入數(shù)據(jù)后，可以利用ArcGIS Engine提供的控件進(jìn)行客戶端開發(fā)，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。圖6為高層建筑工程信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)界面。可以看出，主窗口中點(diǎn)數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)了高層建筑的地理信息，右側(cè)下拉框體是與該高層建筑對應(yīng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)信息。

6結(jié)語

利用ArcSDE可以實(shí)現(xiàn)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中管理空間數(shù)據(jù)的功能，Geodatabase提供了一個(gè)面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)管理模型。以高層建筑工程為研究對象，對其數(shù)據(jù)庫構(gòu)建過程中的幾個(gè)關(guān)鍵問題和采用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡要分析，說明ArcSDE和Geodatabase數(shù)據(jù)模型可以很好地實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)客戶的信息系統(tǒng)管理需求，為有效存儲(chǔ)高層建筑設(shè)計(jì)信息提供了新方法，同時(shí)也為后續(xù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘提供了實(shí)例數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)：

[1]張一帆，王青山，郗篤剛，等.基于ArcSDE的機(jī)場地理空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建[J].地理空間信息，2016，14（5）：5154.

[2]秦智慧.基于ArcSDE 的規(guī)劃竣工測量空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)[J].測繪與空間地理信息，2015（7）：210212.

[3]劉麗麗.基于ArcSDE和Oracle的地震風(fēng)險(xiǎn)評估數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與研究[J].測繪與空間地理信息，2016，39（8）：107109.

[4]李德元，姚文龍，楊二龍.基于ArcSDE文件地理數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)和設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究[J].測繪與空間地理信息，2016，39（2）：8284.

[5]袁艷會(huì)，高紅武，安博文.基于ArcSDE的海纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014（7）：105106.

[6]NEIJIANG.Application and study on ArcSDE Geodatabasebased urban planning management GIS database[J].Computer Science， 2006，33（12）：125126.

[7]WD WANG， J WU， LG FANG， etal. Design and implementation of spatial database and geoprocessing models for a road geohazard information management and risk assessment system[J]. Environmental Earth Sciences， 2015，73（3）：11031117.

責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：黃健）endprint