基于 Oracle 和 Arcsde 分布式空间数据库的设计与建立

西北大学学报(自然科学版)

2004年4月,第34卷第2期,Apr.,2004,Vol.34,No.2Journal of Northwest University (Natural Science Edition )

收稿日期:2003207206

基金项目:陕西省自然科学研究计划资助项目(2000X14)

作者简介:王旭红(19682),女,陕西咸阳人,西北大学博士生,从事地理信息系统、遥感图像处理技术研究。

基于Oracle 和Arcsde 分布式空间

数据库的设计与建立

王旭红1,2,周明全1,陈　燕1

(1.西北大学计算机科学系,陕西西安　710069;2.陕西省测绘局,陕西西安　710054)

摘要:目的　针对当前以传统文件形式管理、存储大数据量空间数据的不足,设计出空间数据库建

设的总体方案和技术路线,使空间数据和属性数据统一存储在面向对象的关系型数据库(Oracle 8i )中,以实现统一、高效的数据管理。方法　应用GIS 技术、数据库技术和COM 编程技术进行空间数据库设计与建设。结果　建立了空间基础地理信息数据示范库,现已试运行。结论　所设计的空间数据库总体框架结构合理,技术路线正确,可行性强。关　键　词:空间数据库;Oracle ;Arcsde ;分布式处理中图分类号:TP392 文献标识码:A 文章编号:10002274Ⅹ(2004)022******* 随着GIS 应用系统在复杂性、集成型、并发性等方面的要求不断增加,系统所需的空间数据量在急剧地增长,用户对空间数据并发访问的需求也越来越突出。以传统的文件形式存储及矢量、栅格分离的空间数据的存储和表示方法,已经无法满足用户的需求。如何利用关系型数据库在数据存储、数据完整性等方面的先进技术手段,将海量空间数据(包括矢量、空间数据)有机地组织和管理起来,通过其内部异步缓冲、空间索引、分布式管理等先进的机制,提供对空间数据的多用户高效并发访问以及对空间数据的有效管理和分发,已是空间数据库建立、管理和分发部门必须面临的问题。

1　系统目标

建成一个多级比例尺(100万、

25万、5万、1万)矢量、栅格以及航空影像、遥感影像(TM ,SPO T )的C/S 结构基础地理空间数据库,便于对空间数据有

效的管理、分发和应用。

2　总体技术方案

系统总体技术方案设计应在充分考虑系统建库

目标与用户需求的基础上,在软件工程技术、计算机网络技术、GIS 技术和最新的面向对象的关系型数据库管理技术的支持下,选用Oracle 为空间数据库管理软件,Arcsde 为空间数据库引擎,设计出建立C/S 结构分布式空间数据库的系统框架结构和技术路线。2.1　技术路线

分布式空间数据库建设应放弃数据文件式的管理方式,采用大型关系数据库管理系统(Oracle 8i )管理空间数据,Arcsde 作为Oracle 8i 和ARC/IN FO 或其他地理信息系统软件的接口,VB/VC/Delphi/Java 为前端应用开发工具。其中,空间数据通过Arcsde 存储在Oracle 数据库。Arcsde 是基于C/S 计算模型和关系数据管理模式的一个连续的空间数据模型,借助这一模型,可将空间数据加入到数据库管理系统(RDBMS )中去[1]。Arcsde 融于RDMBS 后,提供了对空间、非空间数据进行高效率操作的数据接口。由于Arcsde 采用C/S 体系结构,大量用户可同时针对同一数据进行操作。Arcsde 提供了应用程序接口(API ),开发人员可将空间数据检索和分析功能集成到应用工程中去,以完成前端的应用开发,最终提供数据的存储、查询和分发服务。2.2　系统软件配置

ArcObjects 用于数据库前端的应用开发;

Arcsde 空间数据库引擎,管理空间数据并提

供访问空间数据的接口;

VB ,VC ++,Delphi ,Java 用于基于COM 技术的软件开发。2.3　体系结构体系结构设计是数据库总体框架结构的核心部分,它决定数据库运行效率和稳定性。空间基础地理信息数据示范库采用分布式处理的客户机/服务器体系结构,客户机部分是数据库的前端,不存放任何数据;数据存放在服务器中,所有的应用操作和分析都在服务器上完成;是一种“胖”服务器、“瘦”客户型模式,这样有利于发挥和利用服务器的最大潜力。其工作机理是客户机发出数据操作请求,Arcsde 接受请求,并将其解析为从Oracle 数据库可接受的命令代码,提取数据,再通过Arcsde 返回客户机。同时,Oracle 数据库系统能够方便地进行分布式处理,通过内部异步缓冲机制,使不同的处理器集中处理一个相关任务子集,减少了单个处理器的负载,从而

整体上改进了系统的性能和能力。2.4　逻辑结构

多级比例尺空间数据(矢量和栅格)存储在Or 2acle 中,应合理设计Oracle 数据库的逻辑结构。任何一个Oracle 数据库的主要逻辑数据库结构是表空间。Oracle 数据库就是由一个或多个称为表空间的逻辑存储单元组成的,这些表空间共同存储了数据库中的所有数据。在逻辑上,Oracle 把数据存储于表空间中,而在物理上则是存储于与相应表空间相关联的数据文件中。空间基础地理信息数据示范库的逻辑结构是建立一个Oracle 数据库,在该数据库内分别建立相应的几个表空间。将同一比例尺的各类数据存放在一个表空间中,对于不含比例尺的遥感数据单独建表空间。包括1万数据表空间、5万数据表空间、25万数据表空间、100万数据表空间和遥感影像数据表空间。在每个表空间下分别建立不同类型的表,以对应不同的数据类型。它的优点是逻辑清晰,易于使用管理

。

图1　数据库逻辑结构框图

Fig.1　The database logic construction frame diagram

2.5　数据存储模型

2.5.1　矢栅一体化的地理数据模型　采用G eo 2database 数据模型[1],所有的地理数据能以统一的

数据形式存储在关系数据库中,实行集中管理。

G eodatabase 是ArcInfo 8引入的一个全新的空间数据模型,它在一个同一的模型框架下对所有的地理空间要素,如:矢量、栅格、三维表面、网络、地址等,进行统一描述。它支持要素间的拓扑关系、复杂网络和要素类之间的关系和其他的面向对象要素。2.5.2　Arcsde 存储和组织　Arcsde 管理空间数据的方法是将空间数据类型加到关系数据库中[2]。空间数据的管理和存储都是通过DBMS 中的若干表(Table )来完成的。它不改变和影响现有的数据

库,只是在现有的数据表中加入图形数据项(Shape Column ),供管理和访问与其关联的空间数据。Arcsde 将地理数据和空间索引放在不同的数据表中,通过关联项将其相连;将图形数据项加到RDBMS 表后,该表为空间可用(SpatiallyEnabled )。Arcsde 通过将信息存入层表(Layers tables )来管理空间可用表。层表帮助管理RDBMS 表和空间数据之间的连接。对空间可用表,可像通常那样对表中数据进行查询、合并,也可以进行图到属性或属性到图的查询。2.6　索引机制2.6.1　空间索引的理论　空间数据库管理系统采用网格区域空间索引技术[2]。在网格空间索引技

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