非煤礦山綜合治理技術支撐平臺數據庫設計方法研究

趙曄

（遼寧省地理空間成果應用中心，遼寧沈陽 110034）

為實現遼寧省礦產資源管理的科學化與規范化，充分利用大數據、地理信息+、人工智能等高科技手段對土地利用、環保、生態、地質、礦業等空間數據和業務數據進行科學管理，促進全省礦業轉型升級與綠色發展，礦業結構調整，遼寧省組織構建了非煤礦山綜合治理技術支撐平臺。支撐平臺在匯總、精化了“三調”、土地、地質、環保、礦政、礦山規劃等成果數據的基礎上，兼顧非煤礦山綜合治理業務需求依據統一的規范和標準，建立了完整的、空間連續、主要要素時點統一的非煤礦山綜合治理技術支撐平臺數據庫（以下簡稱非煤數據庫）。

一、數據庫平臺結構設計

1.應用系統構建模式

非煤數據庫基于Clien/Server 架構開發數據庫管理系統（圖1），集成開發環境為Visual Studio 2010，根據需求分析，先進行構件單元的設計與開發，以構件化的設計開發思想，根據應用與管理對象的不同，對軟件構件進行靈活組裝搭建成不同的應用系統；以ArcEngine 作為開發接口，提供了豐富的底層功能接口。

2.數據庫平臺系統架構

依托成熟的IT基礎架構，針對多源數據成果的管理和存儲，通過平臺對數據庫進行瀏覽查詢、統計分析、制圖、報表等操作，輔助非煤礦山治理工作需求，快速輸出符合標準或符合用戶分析報告要求的各類圖件。

（1）基礎設施層

基礎設施是支撐遼寧省非煤礦山綜合治理多源數據管理、共享、服務以及應用所需的網絡、系統軟硬件設備及其運行環境，主要包括計算資源、存儲資源、網絡資源等。

（2）數據資源層

數據資源層由非煤礦山綜合治理多源數據庫成果數據組成，主要包含7個要素集：環境集(envi)、地質集(geology)、基本農田集(land)、非煤礦山集(mine)、礦山規劃集(mineplan)、三調矢量集(vector3)、三調影像集(image3)、天地圖服務(HeavenEarthService)。7個要素集為三類：非煤礦山集是本項目重點管理要素集，礦山規劃集、地質集為非煤礦山修復治理、礦權設置和礦山轉型分析參考要素集，其它為背景參考要素集（圖2）。

（3）平臺組件層

平臺組件層是數據庫管理和應用服務系統的基本服務能力的體現，通過功能組件和服務接口向上能夠支撐應用層的應用構建，向下通過統一數據訪問接口能夠操作數據層的數據資源[1]。根據非煤礦山綜合治理數據庫管理和應用服務系統的需求，需要設計數據更新維護、系統運行管理、常規處理方面的功能組件以及信息查詢檢索、一般統計分析等方面的數據及功能服務。

（4）平臺應用層

基于組件服務層提供的功能組件和服務接口，面向桌面端，面向不同接入模式進行應用構建。其中桌面應用主要包括數據更新維護、系統安全管理、數據瀏覽、信息查詢檢索、統計分析以及其它方面的應用[1]。

二、數據庫的建設流程

1.準備工作

非煤數據庫服務器操作系統采用Windows Server 2016，數據庫管理系統采用PostgreSQL 9.x，空間數據引擎采用ArcSDE 10.7。

2.數據收集與整理

非煤數據庫目的是科學管理各種礦山地理信息成果，實現多源數據在同一平臺、同一地理框架下高效管理，涉及數據主要來源于2018年遼寧省事業單位機構改革前隸屬于國土資源、測繪地理信息的多家單位，收集的數據涉及面比較廣，需要對數據進行匹配與融合、歸一化處理等數據預處理操作，生成滿足非煤礦山統計分析的數據源。雖然收集的數據都是成果數據但還存在部分坐標系統不一致，需要通過坐標轉換方式將所有數據都統一到國家2000坐標系。另外涉及的數據都是各方面專業數據，信息量比較大，需要根據需要對屬性信息進行篩選[2]。

3.數據入庫

（1）入庫前檢查

為確保非煤數據庫各種成果數據順利入庫，需要對涉及數據進行預處理。主要通過人工、軟件檢查相結合的方法，通過軟件進行批量檢查、輔助以人工檢查。主要針對屬性結構的一致性，空間的拓撲關系以及空間參考關系的正確性等問題進行檢查。同時人工檢查判斷軟件檢查結果中可疑問題正確性，對統計分析具有重要作用的要素。問題需要返回到前一工序進行修改，檢查合格后才能進入下一工序。

圖2 數據庫的邏輯結構圖

（2）數據建庫

非煤數據庫的關系型數據庫采用Oracle，空間數據采用GeoDatabase模型以ST-Geometry格式保存在Oracle數據庫中，統計分析采用Hadoop+Hive分布式計算框架，文檔數據采用NAS或DFS形式存儲，分別按矢量數據集，要素類、柵格數據集，鑲嵌數據集，網絡數據，表格數據，文檔數據作為數據存儲記錄結構[3]。

各類數據入庫后，針對數據入庫情況，自動生成數據入庫報告。

4.數據庫的安全設計

數據庫系統安全設計的目標包括三個方面：一是無授權情況下數據庫系統中任何數據不被下載、復制；二是滿足系統數據對不同級別、不同權限用戶的合理使用，使系統正常運行、不被非法入侵、不受外界破壞；三是在系統出現故障（設備故障、運行環境故障或人為操作失誤）造成數據的破壞時能及時通過系統數據的備份與恢復策略及時進行數據恢復，從而保障系統數據的準確無誤，系統的穩定運行。

非煤數據庫用戶和權限管理包括網絡用戶、數據庫用戶和權限、應用系統用戶和權限三個方面的管理。非煤數據庫內容安全設計主要通過數據的安全管理和備份恢復兩方面實現，對數據庫數據定期和不定期進行備份，同時按照數據的情況進行全備份和增量備份，如對數據庫初始數據采用全備份，而部分更新變化數據采用增量備份。

三、功能模塊設計

本數據庫平臺功能主要由登錄模塊、地圖操作模塊、地圖定位模塊、數據查詢模塊、數據統計模塊等5大模塊組成。

1.登錄模塊

程序運行時，將用戶登錄信息保存在內存中，方便記錄用戶的操作。用戶是否可以重復登錄，本模塊并沒有限制，所有用戶可以同時登錄，程序采取并發方式處理請求（圖3）。

2.地圖操作模塊

該模塊主要是通過對地圖的基本瀏覽。實現對地圖的一些操作，如可以對圖形放大、縮小，可以進行全屏顯示等。

圖3 登錄需求

本系統提供了兩種不同的地圖視圖方式：地圖視圖和布局視圖。當瀏覽地圖中的地理數據時，選擇地圖視圖。地圖視圖是一種多功能的視圖方式，它可以在一個數據框內集中處理數據，如編輯或者分析。地圖視圖是將布局視圖中的地圖元素(如標題、指北針和比例尺)隱藏的視圖，更直觀更便捷。

3.地圖定位模塊

地圖定位提供了通過指定礦山名稱、許可證號、指定具體坐標等多種定位方式，將當前窗口快速定位到所要查找的位置的功能。包括以下方式：書簽管理、坐標定位、礦名定位、行政區定位（圖4）。

4.數據查詢模塊

該模塊實現系統的查詢功能，主要包括由圖形到屬性的查詢（如鼠標點擊查詢）和由屬性到圖形的查詢（如條件查詢）等（圖5）。

5.數據統計模塊

主要提供多種方式的數據統計功能，如統計當前地圖中的所有或某類礦山的總面積、個數，以及統計當前地圖中的所有礦山的個數、面積，統計符合某項條件的礦山信息等（圖6）。

圖4 礦名定位查詢

圖5 數據查詢

圖6 礦山對象統計結果

四、結語

非煤礦數據庫管理海量多源非煤礦山數據，數據庫設計是否合理，是非煤礦山綜合治理技術支撐平臺開發是否成功的關鍵。數據庫中涉及非煤礦山專業數據，同時涵蓋“三調”、環保等背景地圖數據，為保證系統的效率和可靠性提供了數據基礎。