公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)優(yōu)化設計分析

湯周

摘 要：本文通過概述公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)的整體結構，圍繞系統(tǒng)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)性能兩方面探究公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)的優(yōu)化設計方案，進而突出區(qū)劃成果的準確性、科學性、客觀性，為公路的建設工作提供全面的數(shù)據(jù)資源，保證公路穩(wěn)定性和安全性，實現(xiàn)公路自然區(qū)劃的自動化、定量化、實用化。

關鍵詞：路網(wǎng)建設;自然區(qū)劃;地理信息系統(tǒng)

前言：公路自然區(qū)劃對于公路建設、路網(wǎng)規(guī)劃、規(guī)范制定等環(huán)節(jié)至關重要，可以對區(qū)域水文、地形、氣候進行細致分析，并構建云模型計算相關指數(shù)。因此將公路自然區(qū)劃與地理信息系統(tǒng)設計、優(yōu)化過程相結合，能夠突出區(qū)劃工作的精準性、合理性和客觀性，為后續(xù)路網(wǎng)建設、規(guī)劃、養(yǎng)護工作提供理論指導。

一、公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)整體結構

（一）整體結構框架

公路自然區(qū)劃主要分析區(qū)域地貌、水文、地形、氣候、地質等要素對于公路建設的影響情況，并總結公路建設和自然環(huán)境之間的關系和規(guī)律，側重為公路建設前期的勘測工作提供服務。公路自然區(qū)劃圍繞“服務性、實用性、全面性”的原則，借鑒其他區(qū)劃工作的優(yōu)秀成果和經(jīng)驗，結合公路具體建設情況，按照主導性標準完成公路自然區(qū)劃。公路自然區(qū)劃包含三種形式：專項區(qū)劃、綜合自然區(qū)劃、特殊區(qū)劃。其中，專項區(qū)劃主要圍繞公路建設區(qū)域的氣候特點、水泥路面情況、路基情況、瀝青路面情況開展工作;綜合自然區(qū)劃則對區(qū)域水文、巖土、氣候、地貌、生態(tài)情況完成劃分;特殊區(qū)劃包含軟土、鹽漬土、災害區(qū)域等結構。

（二）公路自然區(qū)劃系統(tǒng)結構

公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)工作內容如下：首先，將氣象、巖土、地貌、DEM等信息和圖像進行轉化，輸入處理完成后存儲到系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫中。其次，在區(qū)域指標空間計算和分析過程中，應用分析統(tǒng)計、粗糙集理論等形式。最后，提供分區(qū)查詢、指標分析、圖件輸出等服務。公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)主要結合公路特征和GIS結構，制定南京自然區(qū)劃地圖集，實現(xiàn)B/S和C/S的有效融合，同時構建空間數(shù)據(jù)模型結構，借助SQL、Oracle等數(shù)據(jù)庫搜索引擎和管理系統(tǒng)，對區(qū)劃工作進行自動化和信息化管理。

（三）地理信息系統(tǒng)結構

地理信息系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)收集、分析、管理功能，將地理現(xiàn)象和特征借助符號由抽象轉變?yōu)榫呦螅鐚傩蕴卣鳌⒖臻g位置、時域特點。其中，屬性特征可以將特定現(xiàn)象和物體轉換為定量或定性指標;空間位置能夠確定地理現(xiàn)象和事物的位置;時域特點是收集地理現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的具體時間。這三方面能夠實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集、處理、模擬、分析、檢索、表達的一體化。由于地理信息系統(tǒng)主要分析空間信息并完成數(shù)據(jù)管理，因此可以劃分為地學信息、土地信息、資源管理信息等結構;若按照數(shù)據(jù)模型分類，包含柵格、混合、矢量信息內容。

二、公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)優(yōu)化

（一）優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)

由于南京市公路公路自然區(qū)劃涉及到地質災害、巖土、氣象、地貌等因素，地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫具有種類多、占用空間大、數(shù)據(jù)多的特點，因此數(shù)據(jù)分析花費時間較長。通過優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)，能夠解除不必要的空間占用問題，降低系統(tǒng)處理和查詢時間，升級數(shù)據(jù)存儲、處理、輸出過程，縮短信息系統(tǒng)的響應時間，提升其運行速度，具體優(yōu)化模式包含以下幾方面：

（1）優(yōu)化數(shù)據(jù)加載過程

提升數(shù)據(jù)加載速度的方式有許多，如批量載入、構建數(shù)據(jù)恢復模型、聚集索引等方式。當?shù)乩硇畔⑾到y(tǒng)在加載初始信息時，建議選擇簡單的數(shù)據(jù)庫恢復模式;基于公路自然區(qū)劃構建地理信息系統(tǒng)需要龐大的氣象信息，若通過批量導入的方式會影響數(shù)據(jù)加載速度。借助API函數(shù)中的集中拷貝功能，能夠對系統(tǒng)數(shù)據(jù)完成批量載入，且數(shù)據(jù)量一般設置為1000行;若下載增量數(shù)據(jù)，可以構建大容量日志數(shù)據(jù)恢復模型，最大程度地突出系統(tǒng)的操作性能[1]。此外，若想克服數(shù)據(jù)加載過程中出現(xiàn)的混亂問題，可以構建聚集索引，若數(shù)據(jù)自動讀入則信息系統(tǒng)會結合鍵值對數(shù)據(jù)進行有序排列，提升數(shù)據(jù)加載的精確度。

（2）優(yōu)化數(shù)據(jù)庫表空間

數(shù)據(jù)庫中邏輯對象、物理文件與數(shù)據(jù)查詢速度、系統(tǒng)空間有關。一般情況下公路自然區(qū)劃的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表空間分為回滾表、Oracle表、ArcSDE表、索引表、臨時表、基礎數(shù)據(jù)表、區(qū)劃制圖、區(qū)域指標數(shù)據(jù)、模型分析等表空間，其中回滾表、Oracle表、索引表空間變化頻繁，分布于多種磁盤驅動器中，可以降低I/O沖突，提升其工作速度[2]。

（3）提升參數(shù)獨立性

由于公路自然區(qū)劃形成的信息較多且種類復雜，容易在空間分析過程中存在交叉情況，如地質災害、水文、氣候與降雨量有關。因此，可以在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中增加存儲交叉規(guī)律算法，并對相關算法完成修改，加強各項自然參數(shù)的獨立性，便于對數(shù)據(jù)進行及時的修整和更新。

（二）優(yōu)化系統(tǒng)性能

（1）優(yōu)化SQL語句

在公路自然區(qū)劃數(shù)據(jù)庫中，應用程序需要解析SQL語句，因此語句優(yōu)化是地理信息系統(tǒng)有序運行的關鍵。優(yōu)化SQL語句的過程應盡量降低數(shù)據(jù)查詢過程中的“參與加工數(shù)據(jù)量”，節(jié)省系統(tǒng)響應時間和運行空間。此外，若想方便區(qū)劃數(shù)據(jù)的查詢，可以使用DECODE函數(shù)，借助實用化表格發(fā)送區(qū)劃數(shù)據(jù);若想方便部門對于自然數(shù)據(jù)的打印和查詢，建議使用DECODE函數(shù)，優(yōu)化設計SQL程序，進而通過V_xsmx完成可視化數(shù)據(jù)查詢和打印。

（2）優(yōu)化緩存

緩存的作用是加快系統(tǒng)訪問速度，避免對地理信息數(shù)據(jù)庫進行多次訪問。例如，在Oracle數(shù)據(jù)庫中，主要借助LOG_BUFFER設置日志緩存區(qū)域數(shù)據(jù)大小。因此，優(yōu)化緩存對于提升系統(tǒng)運行速率意義重大，具體內容如下：

其一，當系統(tǒng)客戶端申請讀取數(shù)據(jù)時，應用服務器需要檢查緩存，如果其中存在請求數(shù)據(jù)，應立即返回數(shù)據(jù);若不存在請求數(shù)據(jù)，再向數(shù)據(jù)庫請求讀取數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)返回過程中，緩存需完成存儲，為后續(xù)數(shù)據(jù)讀取工作提供便利。其二，如果客戶端向應用服務器發(fā)送了更新請求，需要先將指令存入緩存，由系統(tǒng)匯總。當用戶點擊“開始”按鈕后，將相關指令全部輸入數(shù)據(jù)庫服務器中，進而完成數(shù)據(jù)更新。其三，如果應用服務器向數(shù)據(jù)庫服務器發(fā)送寫入指令，要將指令存入緩存，將其中的時間周期作為限制，統(tǒng)一執(zhí)行周期內指令。此外，如果緩存區(qū)已滿，同時有新的請求時，系統(tǒng)可以按“先進先出”要求，更新緩存數(shù)據(jù)。建議在應用服務器和客戶端中構建緩存區(qū)，縮短數(shù)據(jù)載入時間，降低數(shù)據(jù)庫讀寫次數(shù)，提升系統(tǒng)的訪問效率。

（3）優(yōu)化數(shù)據(jù)查詢

公路自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處于不斷交替、更新的狀態(tài)，在查詢過程中會花費大量時間，因此有必要優(yōu)化系統(tǒng)的查詢響應過程。建議降低數(shù)據(jù)庫服務器在磁盤中每次讀取的數(shù)據(jù)量，并有序進行數(shù)據(jù)讀取，可以借助臨時表，將讀取頻率較高的數(shù)據(jù)存入表中進而構成子集，減低磁盤操作次數(shù)，提升數(shù)據(jù)查詢效率。

三、結論

綜上所述，公路自然區(qū)劃作為公路建設服務的基礎環(huán)節(jié)，具有復雜、典型、開放的特點。因此，在區(qū)劃工作中需要對系統(tǒng)框架進行分析，對水文、巖土等地理要素展開數(shù)據(jù)研究和匯總，優(yōu)化自然區(qū)劃地理信息系統(tǒng)的功能，對數(shù)據(jù)庫表完成分區(qū)獨立存放，確保區(qū)劃數(shù)據(jù)在收集、分析、調整過程中的模塊化和自動化。

參考文獻：

[1]李杰，袁丁，黃帥.某高速公路沿線微地形微氣候特性對冰雪區(qū)劃影響研究[J].公路，2019，64（08）：163-167.

[2]張風旗.自然環(huán)境、公路工程建設與公路自然區(qū)劃的關系研究[J].工程建設與設計，2018，（10）：105-106.