基礎地理信息數據庫管理系統設計與實現

陳 斌

(安徽省第一測繪院，安徽 合肥 230031)

1 引言

基礎地理信息數據是對現實中基礎地理信息及各信息間相互關系的抽象表達[1]。基礎地理信息數據庫為空間數據庫，數字化形式的基礎測繪成果是其主要內容[2]。基礎地理信息數據庫建設是地理空間基礎框架建設的重要組成部分[3]。數字城市基礎地理信息數據庫可滿足政府部門、企事業單位和社會公眾的對應需求，為政府決策，各部門信息化建設提供重要基礎數據支撐，實現數據共享，避免基礎地理數據生產項目重復建設。隨著城市信息化發展，對基礎地理信息數據管理的需求不斷增加，只有更好地維護和管理基礎地理信息數據才能更好地滿足用戶需求，為數字城市地理空間框架的全面建設與應用提供強勁的數據支撐[4]。數字城市基礎地理信息數據庫管理系統的建立，可提供基礎地理信息數據矢量/柵格一體化科學高效管理。

2 數據庫設計

2.1 數據庫內容

基礎地理信息數據包括數字線劃圖(DLG)數據、數字高程模型(DEM)數據、數字正射影像(DOM)數據、地名地址數據、三維模型數據以及相應的元數據等。基礎地理信息數據庫具體內容包括：

(1)DLG 數據子庫：用于存儲和管理多尺度集成的矢量數據，數據內容包括居民地、植被、交通、水系及境界等。存儲內容包括：比例尺為1∶500、1∶1000、1∶2000、1∶10000等的DLG數據。

(2)DEM 數據子庫：用于存儲多比例尺無縫集成的數字高程模型數據。存儲內容包括：格網間距為 1 m，2 m等的DEM數據。

(3)DOM 數據子庫：用于存儲多種分辨率、無縫集成的數字正射影像，包括航空影像和衛星遙感影像。數字正射影像在入庫時應構建影像金字塔，并通過分層分塊建立多級索引結構。存儲內容包括：包括地面分辨率為0.1，0.2，0.5 m等分辨率的DOM數據。

(4)地名/地址數據子庫：用于存儲地名數據，主要包括行政區域地名、街巷名或小區名、標志物名、興趣點名或門(樓)址等的位置和屬性。

(5)元數據子庫：用于存儲關于空間數據的描述性數據信息，說明數據內容、質量、狀況和其他有關特征的背景信息，建庫目的是促進基礎地理信息數據的高效利用。

2.2 數據庫組織設計

數字城市基礎地理信息數據庫的構建目標是有效組織和管理基礎地理信息數據。基礎地理信息數據庫的建設需滿足數據標準化與規范化，以及格式與編碼統一的基本要求。即將已有的各種基礎地理信息數據成果以及相關部門提供的其他空間數據，按照統一標準(坐標系、分類編碼等)進行整理，并導入相應的數據子庫(數字線劃圖數據子庫、數字正射影像數據子庫、數字高程模型數據子庫等)中，以實現數據集中與分布相結合的管理模式。

3 系統設計

基礎地理信息數據庫管理系統功能需求主要包含視圖瀏覽、數據查詢、地圖制圖、數據提取等[5]。基礎地理信息數據庫管理系統采用GIS數據管理和計算機先進技術，包括空間數據庫技術、單位局域網內的客戶端/服務器(Client/Server)模式，在服務器端采用數據庫Oracle 11g。基于面向對象的組件技術系統開發，提高代碼的可讀性與可擴展性。采用C#作為主要開發語言，采用ArcGIS Engine作為GIS開發工具，以ArcSDE為中間件訪問Oracle數據庫，實現基礎地理信息數據的統一存儲與管理。

系統采用4層結構體系，在邏輯上將系統劃分為：支撐層、數據層、業務層和應用層，如圖1所示。

圖1 系統的總體結構設計

支撐層提供系統運行支撐環境，包括硬件環境、軟件環境以及網絡環境；數據層的主要功能是基礎地理信息數據的高效存儲與管理；業務層主要實現系統的核心業務，包括空間數據瀏覽、查詢、管理等；應用層實際上就是用戶界面，是一件為用戶提供一種交互式操作的界面，用于顯示數據和接收用戶輸入的數據。四層結構之間既相互聯系又相互獨立，四層結構的劃分不僅保證系統安全、穩定地運行，還使得系統具有較高的可維護性與可擴展性。

4 系統功能實現

基礎地理信息數據庫管理系統主要包括文件管理、數據管理、數據瀏覽、查詢定位、元數據管理、打印輸出以及安全管理等功能模塊，系統主界面如圖2所示。

(1)文件管理：主要實現對地圖文檔的相關操作，包含對地圖文檔的打開、保存、另存為等操作。

(2)數據管理：主要實現對矢量/柵格數據的導入導出等操作，包括矢量數據導入、柵格數據導入、矢量數據導出、柵格數據導出及數據加載等功能。

(3)數據瀏覽：主要實現地理信息數據瀏覽的相關操作，包括地圖放大、縮小、全圖、平移、前一視圖項、后一視圖、對象查詢、距離測量、面積測量、清除工具、地圖比例以及參考比例設置等。

圖2 系統主界面

(4)查詢定位：主要實現數據查詢與定位的相關操作，包括地名定位、坐標定位、圖幅定位、屬性查詢、空間查詢和點擊選擇、清除選擇、縮放等功能。

(5)元數據管理：主要實現元數據的新建、上傳、查看、修改及搜索等相關操作，包括數字線劃圖(DLG)元數據/數字高程模型(DEM)元數據/數字正攝影像(DOM)元數據詳細信息查看、新建數據、數據修改、數據上傳、簡單搜索、復雜搜索等功能。

(6)打印輸出：主要實現視圖窗口內容的打印和輸出操作，包括地圖打印和地圖輸出功能。

(7)安全管理：主要實現對用戶賬號及用戶使用記錄的管理，包括用戶管理、增加用戶、修改密碼及日志管理功能。

5 結語

本文基于現代地理空間信息技術、計算機技術及網絡技術，采用C/S結構，基于ArcGIS Engine、Oracle llg等開發了具有空間數據瀏覽、管理、查詢定位及系統安全管理等功能的基礎地理信息數據庫管理系統。該系統的設計與實現對各種基礎地理信息數據的信息化和科學化管理，具有十分重要的意義。下一步工作是將對系統進行進一步優化改進，以滿足"智慧城市"時代背景下的時空大數據管理需求。