張黎娜

(安徽廣播電視大學，合肥 230000)

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三維地理空間中數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化技術研究

張黎娜

(安徽廣播電視大學，合肥 230000)

在三維建模與動態(tài)仿真項目的開發(fā)過程中，隨著項目的不斷推進，地理空間數(shù)據(jù)量不斷增長，數(shù)據(jù)的存取日益頻繁，三維地理空間數(shù)據(jù)庫凸顯出數(shù)據(jù)存儲響應速度過慢、地圖瀏覽等待時間過長的問題。通過對關系數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化技術、空間數(shù)據(jù)引擎性能優(yōu)化技術、ArcGIS服務器性能優(yōu)化技術實現(xiàn)了三維地理空間數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化，有效地解決了數(shù)據(jù)庫的性能問題。

三維地理空間；Oracle數(shù)據(jù)庫；空間數(shù)據(jù)引擎；ArcGIS服務器

在三維建模與動態(tài)仿真項目的開發(fā)過程中，隨著項目研究的不斷深入，三維地理空間數(shù)據(jù)量不斷增長，對空間數(shù)據(jù)的存取操作日益頻繁，與數(shù)據(jù)庫進行空間數(shù)據(jù)交換時，數(shù)據(jù)存儲響應速度越來越慢，地圖瀏覽等待時間越來越長。為了保障三維地理空間數(shù)據(jù)庫能夠迅速、安全、有效地提供服務，對空間數(shù)據(jù)庫的性能優(yōu)化技術進行研究刻不容緩[1]。事實上，數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化技術的研究已成空間數(shù)據(jù)庫應用技術研究的核心[2]。

1 空間數(shù)據(jù)庫的性能優(yōu)化

1.1 設計思想

三維地理空間數(shù)據(jù)庫是通過Oracle關系數(shù)據(jù)庫和ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎實現(xiàn)的。在本研究中主要通過Oracle，ArcSDE及ArcGIS服務器[3]的性能優(yōu)化技術來實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫的性能優(yōu)化，以確保三維地理空間數(shù)據(jù)庫為項目提供迅速、安全、有效的服務。

1.2 研究內容

本文的主要研究內容如圖1所示。

圖1 主要研究內容

1.2.1 Oracle關系數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化技術研究

Oracle關系數(shù)據(jù)庫是三維地理空間數(shù)據(jù)庫的重要組成部分，可以通過對關系數(shù)據(jù)庫內存中的部分參數(shù)進行調整與優(yōu)化來達到優(yōu)化其性能的目的。關系數(shù)據(jù)庫內存中參數(shù)調整的具體方法：通過內存中數(shù)據(jù)的命中率來調整相關參數(shù)的大小。

(1)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(db_cache_size)參數(shù)的調整。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)命中率的計算如下：

因命中率低于90%，說明在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)命中率是比較低的，這會導致數(shù)據(jù)在內存中頻繁地換入與換出，影響系統(tǒng)的性能，所以必須結合命中率的值調整db_cache_size參數(shù)的大小。

(2)日志緩沖區(qū)參數(shù)的調整。日志緩沖區(qū)失敗率如下：

若redo buffers allocation retry/redo entry的比值高于1%，說明數(shù)據(jù)操作的失敗率比較大，這樣會導致寫盤的頻率增大，加重系統(tǒng)的負擔，所以要調整log_buffe參數(shù)的值，使比值低于1%。

(3)共享池(shared_pool_size)參數(shù)的調整。共享池參數(shù)的值過大或過小，都會造成系統(tǒng)在內存中頻繁地換頁，導致內存的抖動，影響整個系統(tǒng)的性能，增加系統(tǒng)負擔。庫緩沖區(qū)與數(shù)據(jù)字典緩沖區(qū)成功率如下：

若緩沖區(qū)的成功率小于99%或是數(shù)據(jù)字典緩沖區(qū)的成功率小于90%，就說明共享池參數(shù)的大小設置不合理，需要調整。庫緩沖區(qū)成功率和數(shù)據(jù)字典緩沖區(qū)的成功率接近于臨界值，可以暫不調整shared_pool_size參數(shù)的值，根據(jù)項目的實際需求再動態(tài)進行調整。

1.2.2 空間數(shù)據(jù)引擎性能優(yōu)化技術研究

空間數(shù)據(jù)引擎是三維地理空間數(shù)據(jù)庫的另一重要組成部分，通過對空間數(shù)據(jù)引擎中表和索引設置、塊參數(shù)設置的調整，實現(xiàn)ArcSDE性能優(yōu)化，進而達到優(yōu)化三維地理空間數(shù)據(jù)庫的性能的目的。

(1)表和索引分開存儲。一般情況下，用戶訪問表時，首先是先訪問表的索引，然后再根據(jù)表索引內容定位到表的內容。所以進行海量空間數(shù)據(jù)存儲時，如果把表和表的索引一起存儲，會占用大量的存儲空間和I/O資源，導致訪問速度下降。將ArcSDE中表和索引分開存儲到不同空間，可以提升對數(shù)據(jù)的訪問效率。

(2)塊參數(shù)的調整。在實際項目進展過程中，涉及較多的數(shù)據(jù)操作是數(shù)據(jù)更新，而數(shù)據(jù)的插入與刪除操作相對較少。為避免過多的數(shù)據(jù)遷移，可以對ArcSDE中pctfree值和pctused值進行設置：前者的值設置高點，后者的值設置低點。即使空間數(shù)據(jù)更新操作比較頻繁，但由于pctfree值比較高空閑空間較多，數(shù)據(jù)插入刪除操作減少，也不易造成數(shù)據(jù)遷移，影響空間數(shù)據(jù)庫性能。參數(shù)值設置如下：

1.2.3 ArcGIS服務器性能優(yōu)化技術研究[4-5]

雖然ArcGIS服務器不是空間數(shù)據(jù)庫的組成部分，空間數(shù)據(jù)庫的性能優(yōu)化看似和ArcGIS服務器沒什么關系，但通過對ArcGIS服務器內存參數(shù)的調整可以避免訪問后臺數(shù)據(jù)庫；通過對網(wǎng)絡參數(shù)的調整可以提高用戶通過網(wǎng)絡瀏覽數(shù)據(jù)的速度；通過設置不同比例尺地圖文檔的顯示可以提高用戶瀏覽空間數(shù)據(jù)的速度。這些操作可以有效地調整三維地理空間中數(shù)據(jù)庫的性能。

(1)內存參數(shù)調整。一般情況下，操作系統(tǒng)會把內存中的部分數(shù)據(jù)寫入外存。我們可以通過對內存參數(shù)進行一些調整，禁止系統(tǒng)的這種操作，讓數(shù)據(jù)存儲在內存中，避免使用虛擬內存，以提升系統(tǒng)性能[6]。具體操作如圖2所示。

圖2 內存參數(shù)設置

(2)網(wǎng)絡參數(shù)調整。一般情況下，系統(tǒng)中的限制可保留帶寬的默認值為20%，系統(tǒng)幾乎很少用到這部分帶寬，使用率往往不足1%。應該禁止限制可保留帶寬的使用，以有效地提高用戶通過網(wǎng)絡瀏覽數(shù)據(jù)的速度[7]。具體的操作界面如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡參數(shù)設置的操作界面

(3)不同比例尺地圖文檔顯示的設置。地圖文檔根據(jù)比例尺的不同包含的數(shù)據(jù)量也不同[8]。比例尺高的地圖文檔包含的數(shù)據(jù)量大，呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)信息比較豐富。因此設置合理的比例尺顯示地圖文檔，有利于數(shù)據(jù)的提取，可以提升用戶瀏覽地圖文檔的速度。具體的操作界面如圖4所示。

圖4 不同比例尺地圖文檔顯示的設置

2 應用效果

通過對三維地理空間數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化技術的研究，有效地解決了數(shù)據(jù)庫的性能問題，數(shù)據(jù)存儲響應速度提升了三分之一，地圖瀏覽等待時間縮短近一半，達到了優(yōu)化空間數(shù)據(jù)庫的目的。數(shù)據(jù)瀏覽界面如圖5，數(shù)據(jù)查詢界面如圖6。

圖5 數(shù)據(jù)瀏覽界面

圖6 數(shù)據(jù)查詢界面

但是，項目數(shù)據(jù)庫是裝在一個磁盤上的，雖然滿足了目前項目的開發(fā)和研究需求，卻增加了I/O的操作。因此，在以后的研究中可以考慮空間數(shù)據(jù)多磁盤存儲，以平衡I/O操作。

[1] 康莊，王永力，毛朝霞.數(shù)字填圖系統(tǒng)成果地質圖空間數(shù)據(jù)庫的特點與質量檢查方法[J].地質與資源，2012(2)：256-260.

[2] 向紅梅，譚立力，曾光清.基礎地理空間數(shù)據(jù)庫更新與動態(tài)管理方法[J].測繪科學，2016(11)：1-6.[3] 黨安榮，賈海峰，易善禎，等.ArcGIS&Desktop.地理信息系統(tǒng)應用指南[M].北京：清華大學出版社，2002.

[4] 張燕，張紹良，張懂慶.CO2-ECBM地質空間數(shù)據(jù)庫建設方法研究[J].工礦自動化，2014(10)：90-93.

[5] 邱洪鋼，張青蓮，陸邵強.ArcGIS Engine開發(fā)從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2010.

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[7] Zhang Degan， Liang Yanping. A kind of novel method of service-aware computing for uncertainmobile applications[J]. Mathematical and Computer Modelling，2013，57(3-4)：344-356.

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(責任編校：夏玉玲)

A Research on Technological Optimization of Database Performance in Three Dimensional Geographic Space

ZHANG Li-na

(Anhui Radio and TV University， Hefei 230000， China)

With the advancement of 3D modeling development and dynamic simulation， the increase in the amount of data on geographical space， the more and more frequent data access， problems arise in the 3D geographic database: the slow response speed of data access， and long waiting time for map browsing. Based on the technological optimization of relational database performance， spatial data engine performance， and ArcGIS server performance， the author of this paper has optimized the database performance in three dimensional geographic space.

three dimensional geographic space； Oracle database； spatial data engine； ArcGIS server

張黎娜(1987-)，女，安徽阜陽人，助理工程師，碩士，主要從事中間件技術研究。

TP311.132.4

A

1672-349X(2016)06-0051-03

10.16160/j.cnki.tsxyxb.2016.06.014