基于arcsde的空间数据库的设计与建立

基于ArcSDE的空间数据库的设计与建立摘要：随着地理信息系统的发展，传统的以文件形式管理、存储地理空间数据的方式已不能满足现在应用的需求。

针对以上问题，本文通过arcsde对空间数据进行管理，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（sql server）中，实现统一、高效的管理。

关键词：空间数据库；属性数据；arcsde围绕空间数据的管理，前后出现了几种不同的空间数据管理模式：纯文件模式、文件结合关系型数据库的管理模式、全关系型数据库管理模式和面向对象的数据库管理模式。

前两种方式都是将空间数据和属性数据分离存储，这样往往会产生诸多问题：1.空间数据与属性数据的连接太弱，综合查询效率不高，容易造成空间数据与属性数据的脱节；2.空间数据与属性数据不能统一管理，实质上是两套管理系统，造成资源的浪费和管理的混乱，数据一致性较难维护；3.由于空间数据不能统一在标准数据库里存放，造成空间数据不能在网上共享。

而面向对象数据库管理系统技术还不够成熟，并且价格昂贵，目前在gis领域还不够通用。

所以在较长时间内，还不能完全脱离现有关系型数据库来建设gis空间数据库。

arcsde是esri公司提供的一个基于关系型数据库基础上的地理数据库服务器。

同一些数据库厂商推出的在原有数据库模型上进行空间数据模型扩展的产品（如oracle spatial）不同，esri的arcsde 的定位则是空间数据的管理及应用，而非简单的数据库空间化。

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,spot)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.总体设计方案系统总体技术方案设计在充分考虑实际应用环境及应用需求的基础上,结合考虑国际国内发展的主流趋势和平台产品的功能与性能来完成。

2.1技术路线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(sql server)管理空间数据，arcsde作为sql server 2008和arc/info或其他地理信息系统软件的接口,vb/vc/delphi/java/c#为前端应用开发工具。

其中，空间数据通过arcsde存储在sql server 2008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。

如图1所示：图1结构图2.2软件配置关系型数据库平台：sql server 2008企业版。

空间数据引擎：arcsde 9.3。

开发工具：c#和arcgis engine 9.3。

2.3系统体系结构系统的体系结构是数据库总体框架结构的核心部分，它决定数据库的运行效率和稳定性。

本文的地理数据库采用标准的3层体系结构。

如图2所示:图2系统3层体系结构图数据层采用sql server关系型数据库系统和arcsde空间数据引擎实现对空间信息数据的高效存储和管理；逻辑层使用arcsde空间数据引擎实现对空间数据的访问，并基于ae技术构建空间信息综合应用开发平台，实现空间数据应用的业务逻辑，如空间数据的表现和操作；应用层实现省级基础地理数据库的具体应用。

采用3层架构的开发模式，可以在数据层(服务器端)对数据的访问进行安全限制，可以对数据进行集中备份和恢复，保证数据的一致性和完整性。

2.4逻辑结构多级比例尺空间数据(矢量和栅格)存储在sql server中，应合理设计sql server数据库的逻辑结构。

任何一个sql server数据库的主要逻辑数据库结构是表空间。

sql server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sql server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。

如图3所示图3数据库逻辑结构2.5数据存储模型采用geodatabase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。

geodatabase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。

相对于其它的空间数据模型而言，geodatabase主要具有以下优势：实现在同一数据库中统一管理各种类型的空间数据；可管理连续的空间数据,无须分幅分块；支持空间数据的版本管理和多用户并发操作；空间数据的录入、编辑和表达更为精确等。

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(shapecolumn)，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索引机制空间数据索引是为了提高对数据的提取和访问速度，其性能优劣直接影响空间数据库和gis整体性能，它是空间数据库和gis系统的一项关键技术。

(1)矢量数据的空间索引采用arcsde的网格型空间索引技术。

确定合适的格网级数、单元大小是建立空间格网索引的关键。

格网太大,在一个格网内有多个空间实体，查询检索的准确度低。

格网太小，则索引数据量成倍增长和冗余，检索的速度和效率低。

每一个数据层可以采用不同大小、不同级数的空间索引格网单元，但是每层的索引最多不能超过三级。

格网单元的大小不是一个确定性的问题，需要多次尝试和努力才会得到好的结果。

选择格网单元大小的一个标准是：在满足一个高效的空间索引时，让索引表的大小尽可能的小。

(2)栅格数据的空间索引栅格数据的空间索引是通过arcsde建立多级金字塔结构实现的。

首先建立底层数据,通过逐级抽取数据,建立不同分辨率的数据金字塔结构。

在数据库查询检索时，调用适合级别的影像,以提高浏览和显示速度。

2.6系统功能结构本设计将系统分为5个功能模块:空间数据管理、数据入库与更新、空间数据查询分析、数据提取和系统维护。

空间数据管理模块主要实现图层管理和配置、数据浏览与显示等功能；数据入库与更新模块实现各种空间数据的入库、在线编辑、数据更新和数据拼接功能；空间数据查询分析模块主要实现由空间数据到属性数据和由属性数据到空间数据的相互查询定位以及空间分析、统计分析等功能；数据提取模块实现用户从数据库中提取空间数据的功能；系统维护模块实现用户管理、日志管理和数据的备份与恢复等功能。

2.7空间连接分布式管理的空间数据库均使用sql server的联网软件net8来实现数据库的网络通信。

正如net8连接运行在网络的不同计算机的客户机和服务器一样，它也允许数据库服务器通过网络通讯以支持分布式数据库的远程和分布式处理。

但是,如果通过arcsde空间数据器连接rdbms，只需要服务器名和实例与arcsde相连就可以了[1]。

一旦服务器找到后，须提供用户和密码完成连接。

同时，通过用户名和密码可以确定用户的使用权限。

2.8系统功能结构空间数据库管理系统主要由9大功能模块组成：用户管理、日志管理、视图管理、数据导入、数据查询、数据导出、三维显示、数据转换和输出打印。

用户管理项实现增加、删除用户,赋予和修改用户的信息或权限等功能；日志管理项实现系统日志显示、日志统计、日志查询和日志打印等功能;视图管理实现视图的放大、缩小、全屏显示、漫游和定点显示等功能;数据导入实现从数据库中调入各类矢量、栅格数据和以行政区划、地名、图号、结合表等多种检索调图方式从数据库中调入需要的数据；数据查询实现空间位置检索查询(包括点查询、矩形查询、圆查询和多边形查询)、地名检索查询、空间关系查询(包括穿越查询、落入查询、包含查询和邻接查询)、缓冲区查询和属性查询(包括简单实体查询和sql查询)等功能；数据导出实现根据指定的图层、范围、条件等将空间数据按指定格式导出等功能；三维显示实现矢量数据、栅格数据和dem数据实时套合、三维显示和模拟飞行等功能;数据转换实现矢量数据转换、栅格数据转换、投影变换和坐标转换等功能；输出打印实现打印设置、打印预览和打印输出等功能。

3.数据库建立流程空间数据库建设要涉及到系统的设计、实施和维护3大内容。

应以实际应用为导向，在广泛进行需求分析和数据分析的基础上，充分吸收国内外空间数据库建库经验，运用现代高新技术手段，高水平、高起点、分阶段、按步骤进行数据库的建库工作。

4.结论上述空间数据库设计建立的优越性表现在：矢栅统一的空间地理数据模型，有利于对数据的管理；空间数据库引擎(arcsde)将数据统一于关系数据库中进行管理，有利于提高数据的访问速度和大数据量数据存储和管理；基于com技术编程技术，对ae进行二次开发,有利于灵活、友好地定制数据库管理系统的各项功能；基于c/s 结构的分布式数据处理方式，有利于空间数据库的数据互操作和信息共享。

基于这一设计建立的基础空间数据示范库已投入运行，经过一段时间的实践，系统运行稳定可靠，充分证明了数据库系统框架结构和技术路线的正确性和可实践性。

参考文献：[1]毛锋,沈小华,艾丽双. arcgis 8开发与实践[m].北京:科学出版社,2002.[2]丛升日.基于ordb的组件化gis关键问题研究[d].北京大学计算机科学技术系,1999.。