城市空间数据库设计

城市空间数据库设计

海口城市规划设计研究院韩平

摘要:本文通过城市空间数据库功能分析,建设规范、可靠、现时、共享的城市空间数据库

关键词:城市空间数据,结构设计

在我国城市化发展的过程中，不同部门、组织积累了大量的空间数据信息，但这些数据分散、标准不一，且多以纸张为数据载体，信息检索、数据共享难度大，随时间的推移数据保存也成问题。另一方面，随着计算机软硬件及网络技术的发展，数据库技术飞速发展，已能建立处理海量数据的分布式数据库管理系统，这些都使得建立面向城市级应用的空间数据库系统成为可能。

城市空间数据库用于存贮、管理城市空间信息和属性信息，同时也是GIS（地理信息系统）的数据源，面向GIS的各种应用服务。城市空间数据的应用流程如图1所示。

图1 城市空间数据的应用流程

一、软件选型

城市空间数据库需要集成的数据包括多种基本比例尺的地形图数据、地名数据、数字栅格地图数据、数字正射影像数据、和数字高程数据等，总共的数据量达到GB甚至TB级。借鉴国内外成功建库经验，城市空间数据库系统采用ESRI体系的ArcGIS作为GIS平台，采用Oracle 9i + ArcSDE用作数据存储；通过COM接口实现数据入库；采用MapObjects作为系

统应用的开发接口，实现数据库的调用和查询，以及后期应用系统的开发。

二、城市空间数据库功能分析

A．空间数据库的管理功能

空间数据库管理系统主要是从对数据库的安全、组织、更新、时态等几个方面对空间数据进行科学的管理，使用户可以合理的合法的使用空间数据，真正做到空间数据的共享。

数据库的安全管理：结合关系数据库的用户管理机制，建立角色和用户，同时定制对象、功能、和区域权限，保证数据的安全性。

灵活的更新功能：可以按照标准的地形图更新数据，也可以自定义范围更新数据。

历史数据的浏览：可以方便的浏览任意时刻的历史数据，也可以对历史数据做删除、合并的操作。

B．空间数据库的综合应用

空间数据的应用功能包括编辑、分析、制图等主要GIS功能，同时还根据实际应用情况和业务流程定制专业的应用功能。

强大的编辑功能，实现了目前作业中用到的所有编辑功能，同时针对特殊的需要设计相应的功能。

查询分析，灵活、方便的查询、分析和统计的功能。

专业制图，使用户可以根据国家标准的地形图规范生成标准的地形图，也可以对空间分析查询的的结果制作专题地图。

C．空间数据的发布和共享

可以通过（INTERNET、INTRANET）浏览或使用空间数据库中的数据，做到空间数据更大范围的共享。

三、结构设计

城市空间数据库采用一体化的空间数据和属性数据组织方法，按图幅方式进行水平方向的数据组织,分图层进行垂直方向的数据组织。以图幅和图层为单位进行管理，划分的图层

图2 城市空间数据库结构图

在城市空间数据库的建库与系统设计中，考虑用户对界面和操作控制的要求，也为了提高查询速度和数据管理的便利性，数据的组织和管理采用金字塔结构（树状层次结构），顶层是城市总图，比例尺为1:5万，下层依次为1： 1万、1：5000、1：1000、1：500甚至更大比例尺的基础空间数据图，各比例尺基础空间数据分地理基础数据和专题数据两部分，其中基础地理数据包括核心要素地形图(数字线划地图数据库，DLG)、数字栅格图(DRG)、数字高程模型 (DEM)、数字正射影像 (DOM)、地名图，专题数据包括道路专题图、厂矿企业专题图、河流专题图、经贸营业点专题图等。

1、概念结构设计

（1）空间数据库的分层和各层的数据模型

空间数据可分以下几类：

JZWS 建筑物类

DLSJ 道路类

SXSJ 水系类

YXSJ 影象数据类

XZJJ 行政境界类

………

对应于数据分类体系的要求，空间数据中矢量共分n层，另加系统中实际的影像数据层数。数据格式采用Arc/Info的Coverage格式转入SDE，空间信息部分的存储由Arc/Info 本身定义和管理。各层采纳的数据模型如下：

要素层名称要素类型

建筑物JZWS Polygon

道路中心线DLZX Line

水系SXSJ Polygon

影象空间范围YXFW Polygon

DEM数据DEM Raster

航片影象HP Raster

卫片影象WP Raster

行政境界XZJJ Line

………

（2）属性数据库的划分

属性数据库设计以及其包含的数据表划分如下：

表1

序号数据库名称数据库标识备注

1 建筑物属性数据库 JZWDB

2 道路属性数据库 DLSDB

3 水系属性数据库 SXSDB

4 影像数据属性数据库 YXSDB ………………………

2、逻辑结构设计

本逻辑结构设计针对总体方案确定的系统Arc/Info数据模型，对概念设计的内容进行详细具体的规划布局。

根据总体设计的功能与子系统的划分，对概念设计提出的空间分层方案进行进一步的设计，具体每层的附加属性字段设计为：

JZWS层（建筑物）

附加属性：UserID、CODE、层数、高程、类型、所属村庄；

DLZX层（道路中心线）

附加属性：UserID、CODE、宽度、通往城镇、；

SXSJ层（水系层）

附加属性：UserID、CODE、名称、宽度、流域概况、平均比降、五年一遇洪水位、五十年一遇洪水位、百年一遇洪水位、最高通航水位、备注；

YXFW层（影象范围层）

附加属性：UserID、线路名称、航片图层名、卫片图层名、DEM图层名；

………

3、物理结构设计

本物理结构设计是对系统中数据存储结构的详细设计。

（1）数据源

本系统空间数据的数据源有几种，一种是在建设系统过程种利用数字摄影测量系统（DPS）生成的空间数据库，包括正射影像数据，一种是用户自身累计的资料，包括设计资料、用户设备工具资料、用户需要管理的历史资料等，第三种是从其他系统转入的数据。

不管那种数据来源，数据进入系统均需执行《数据规范化标准化方案》，数据处理过程和处理结果均要严格符合方案的要求。

（2）数据库的物理存储方式

采用客户/服务器体系。所有的数据都存储在服务器中，用户通过网络在向SDE服务器发出各种服务请求，由SDE再针对众多用户进行协调，并实现不同用户不同权限的身份确认，并向后台数据库进行查询、修改数据等具体功能。

属性数据库存储在数据服务器的Oracle数据库管理系统中。

四、需要注意的问题

1、城市空间数据库信息分类编码

城市空间信息分类编码是城市空间数据库建设过程中一个不可回避的问题，同时也是一个棘手的问题。如果城市空间信息分类编码体系不合理，将增加城市空间数据库建库工作量，影响城市空间数据库的使用和信息共享，甚至将缩短城市空间数据库的生命周期，造成巨大的损失。因此，建立完善的城市空间信息编码体系，对城市空间数据库建设至关重要。