基于ArcGIS的时空数据库的设计与实现

第30卷第5期2007年9月

现代测绘

M odern Surveying and Mapping

Vol.30,No.5

Sep.2007

基于ArcGIS的时空数据库的设计与实现

林秀玉,廖磊

(江苏省基础地理信息中心,江苏南京210013)

摘要一般的数据库基本上不存储旧的、过时的数据,而时空数据库则包括任何历史数据,使数据库可以成为任何一个系统和部门的完整的电子信息档案库。本文通过基于A r cG IS基础空间数据库的建库,运用A rcGIS的历史归档机制,探索出一套时空数据库的设计与实现方案。

关键词时空数据库A rcGIS历史归档O racle

中图分类号:P208文献标识码:A文章编号:1672-4097(2007)05-0011-02

1引言

时态地理信息系统在传统地理信息系统的基础上加入时间变量,应用时空数据模型管理时态GIS数据,不丢失历史数据,可以得到任意时刻和时间段的GIS数据以及某个地理目标的变更情况。地理信息系统中,时间、空间和属性是信息的三种基本成分,随着地理信息系统应用领域的不断扩大,对数据的处理提出了更高的要求,在基础矢量数据库更新过程中需要保持矢量现状数据库中空间信息的现势性和准确性或提高数据精度的目的;同时也需要将被更新的数据存入历史数据库供查询检索、时间序列分析、历史状态恢复,为决策管理和研究服务。因此基础矢量数据更新时不是简单删除替换,而是在更新的同时要记录历史。

2时空数据库

在研究基础矢量数据库更新技术时要充分考虑地理信息系统的时态性。时空GIS的组织核心是时空数据库,时空数据模型则是时空数据库的基础。时空数据库是在空间数据库的基础上增加时间要素而构成的三维(无高度维)或四维数据库。时间维的加入大大丰富了数据库的内容,一方面增加了数据库管理的复杂性,另一方面,海量的数据为空间和时间分析提供了极其广阔的舞台。时空数据库的研究已取得了众多的成果,其重要性在于使数据库成为真正意义上的资源,并且为动态监测和分析提供了丰富的数据。一般的数据库基本上不存储旧的、过时的数据,而时空数据库则包括任何历史数据,使数据库可以成为任何一个系统和部门的完整的电子信息档案库。它可以为分析提供横向的现势和纵向的历史数据,对历史、当前和将来进行对比、分析、监测和预测预报,从而为预测预报系统、决策支持系统和其它分析系统服务。时空数据库由于其动态性(过时的数据不再从数据库中删除,对历史数据也可以进行更新,使系统和现实世界一直保持着全方位的动态交换)和全面性(可以提供任何时刻和时间段的数据)使之成为真正意义上的数据库。

时空数据模型是一种有效组织和管理时态地理数据,属性、空间和时间语义更完整的地理数据模型。在TGIS的研究中,最基本最迫切的就是时空数据模型的研究,时空数据模型的优劣,不仅决定了TGIS系统操作的灵活性及功效,而且影响和制约着T GIS其它方面的研究和发展。本文主要基于ORACLE做数据库、A RCSDE做数据库引擎,基于ArcGIS的历史归档机制进行数据库设计。

3时空数据库设计

要完成空间数据库(指矢量空间数据库)更新,必须要从数据的准确性、一致性、安全性、用户操作方便性等方面进行考虑和设计。在对当前已有的几种数据更新方法进行深入研究和实验的基础上,提出了CH T_EU R时空数据库模型并结合使用SDE版本管理等技术来实现空间数据库更新的方法。为方便起见,将这种更新方法称为基于CH T_ EUR时空数据库模型的数据更新方法(其中C表示Current,代表现势库;H表示H isto ry,代表历史库;T表示T emporary,代表工作库,而工作库又划分为三种数据类型,其中E表示Ex tr actio n,代表提取;U表示Update,代表更新;R表示Result,代表结果)。CH T_EU R时空数据库模型设计的基本思想是:首先按照库体功能将空间数据库划分为现势库、历史库、工作库;现势库用于存储和管理现势性最高的基础空间要素,历史库存储空间要素更新后的历史数据,工作库支撑基础空间要素数据的操作

和处理。

在逻辑上,基础空间数据库被划分为工作库、现势库和历史库,它们都驻留在Oracle数据库上,并通过SDE(空间数据引擎)提供外部对空间数据的访问。

在数据更新的数据提取阶段(要素级别更新),需要从现势库中提取数据到外部(同时要将数据提取到工作库XXX_TE图层),提取到外部的数据将会转换成如上图所示的任一种中间格式数据,然后转换成生产端需求的CAD等格式数据。

在数据入库阶段,生产端更新返回的CAD等格式数据,需要转换成中间格式然后导入到工作库中XXX_T U图层。

在数据更新阶段,还需要从现势库中提取接边数据到工作库中XXX_TR图层,然后对工作库中的数据进行更新数据变化分析,得到的分析结果数据存储到XXX_TR图层,利用该图层可以联动更新小比例尺数据,最终现势库中被更新的数据归档到历史库。

4时空数据库物理设计

在物理部署上,通常将现势库和历史库部署在于同一台服务器上,而工作库部署在另一台服务器上,将工作库独立出来可以防止进行大量的数据处理时影响数据安全,同时还可以分担现势库上的数据访问和处理压力,提高数据更新时的数据分析速度,且三个库的库结构大体上一致,包括了相应的图形数据和属性数据,每个数据库中包含相应的层表。这三个库对应了三个不同的存储空间,通过设置不同的SDE连接参数访问三库。

在现实世界中,可以很简单地区分某一事物的存在与否,但在信息系统中或抽象表达时,必须要有一种手段来唯一的识别或区分不同的对象;对象标识码独立于对象的属性等,提供了唯一表达对象的途径。对象标识码一般在系统级实现,以确保每个对象具有一个唯一的系统标识码,该标识码随着对象的产生而产生,随着对象的消亡而消亡,在对象生存期间,保持不变。对象标识码和对象的状态和属性无关,即使是具有完全相同属性的同一类对象,它们也各自拥有自己的对象标识码。在图要素层的属性表中,OBJECTID字段对应的要素属性值就是要素的对象标识码。

对于基础矢量数据库的更新,当图层中某个要素的图形信息或属性信息发生了变化,就删除该要素,并将更新后的新要素添加进来,包括图形信息的添加和属性信息的添加。被删除的数据存入历史库,现势库中的数据与历史库中的数据是通过OBJECT ID建立联系。同时历史库在原有的属性字段的基础上添加建立时间g db_from_date和更新时间gdb_to_date两个字段,字段的类型为Date 型,时间可以精确到秒。gdb_fro m_date是要素在被创建时的时间,gdb_to_date是要素被更新时的时间。基础矢量数据在现势库和历史库中都是分层存储的,不同图层对应的属性表的字段结构不同,但历史库中都有g db_fr om_date、g db_to_date这两个字段。

5结语

地理信息系统是当代科学发展的前沿领域之一,它已经或正在深刻地影响人类生产与生活的各个方面,其研究与应用是极其庞大而复杂的系统工程。而时空GIS是GIS一个新兴的研究领域,是实现数字地球的关键技术之一。在省市级基础数据建库中,大部分是基于A rcGIS与ORA CLE平台的,充分运用Ar cGIS中的历史归档机制,实现建立时空GIS的历史数据库是有现实意义的。因此本文提出了ORACLE建立时空库的基本思路,但是具体部门的数据建库需要是不同的,用户需要针对具体情况进行处理。

Spatio-temporal Database Design and Implementation Based on ArcGIS

Lin Xiu yu,Liao Lei

(Jiangsu Prov ince basic g eo graphic infor mation center,Nanjing,210013)

Abstract G ener al database basically do not sto rag e t he o ld,outdated data,but the spatio-tempora l database includes any his-to rical data,which will be an electro nic info rmatio n archiv es for any sector o f the sy stem o r department.T hr ough building spa-t io-tempor al database,a set o f design and realized plan for spatio-tempo ral database is ex plor ed using A rcGIS histor ical ar chiv-ing mechanism.

Key words Spatio-tempor al database;A rcGIS;Hist orica l archiv ing;Or acle

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