隨欣欣, 眭素文
(中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心,北京 100083)
我國(guó)歷次的遙感調(diào)查與地球科學(xué)研究積累了豐富的地質(zhì)資料和基礎(chǔ)數(shù)據(jù),尤其是近年來,隨著地質(zhì)事業(yè)的飛速發(fā)展,數(shù)據(jù)量急劇增多[1],形成了大量的圖形、圖像成果資料。遙感解譯成果圖件作為成果資料的重要組成部分,一方面可用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐,更重要的是積累經(jīng)驗(yàn)以備今后的科學(xué)研究所用[2-3]。由于調(diào)查方式和應(yīng)用領(lǐng)域不同,遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)格式各異,受管理水平的局限,大量的經(jīng)過野外驗(yàn)證的遙感解譯成果圖件無法被有效地利用。
整理這些遙感解譯成果圖件,將過去的“死資料”轉(zhuǎn)換為“活數(shù)據(jù)”尤為重要,有效地存儲(chǔ)、管理和使用這些數(shù)量日益增長(zhǎng)的解譯數(shù)據(jù),離不開功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)[4]?,F(xiàn)有的遙感解譯成果數(shù)據(jù)管理多依托于遙感業(yè)務(wù)系統(tǒng)[5-8],基于同一專業(yè)領(lǐng)域存儲(chǔ)成果數(shù)據(jù),且管理軟件多為單一地理信息系統(tǒng)(geographic information system,GIS)平臺(tái),無法滿足多領(lǐng)域多類型遙感解譯成果圖件統(tǒng)一存儲(chǔ)管理的需求。為了更好地利用遙感解譯成果圖件,規(guī)范數(shù)據(jù)管理、保障數(shù)據(jù)安全、實(shí)現(xiàn)成果共享,亟需設(shè)計(jì)和建設(shè)合理的遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。
因此,根據(jù)圖件數(shù)據(jù)的特點(diǎn),結(jié)合業(yè)務(wù)需求,基于MapGIS和ArcGIS設(shè)計(jì)開發(fā)了遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。針對(duì)圖件資料類型多、格式雜、分散廣等問題,提出了遙感解譯成果圖件資料和空間要素圖層的一體化存儲(chǔ)管理方式。信息化的成果管理系統(tǒng)對(duì)于降低資料存儲(chǔ)成本、提高數(shù)據(jù)使用效率、提升成果利用價(jià)值均具有重要意義。
通過梳理分析遙感解譯成果圖件,以及調(diào)研內(nèi)外部用戶對(duì)成果圖件服務(wù)的要求,搭建合理的系統(tǒng)框架,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
遙感解譯成果圖件來源于遙感業(yè)務(wù)項(xiàng)目組提交的成果,多以傳統(tǒng)記錄的方式登記圖件名,實(shí)體圖件存放于資料庫(kù)房中。20世紀(jì)90年代前的成果圖件多為人工手繪,90年代后陸續(xù)出現(xiàn)了MapGIS等軟件制作的圖件,這2部分圖件均為紙介質(zhì)或者掃描電子圖片存儲(chǔ),約1 400余幅;2000年以后的成果圖件均為電子圖件,大多數(shù)成果圖件都包含矢量數(shù)據(jù),約3 500余幅。
圖件數(shù)據(jù)格式多樣,包括紙質(zhì)圖件,圖片(jpg和bmp等格式)以及矢量數(shù)據(jù)(MapGIS,shape和e00等格式)。根據(jù)用戶需求和通用圖件管理軟件特點(diǎn),將成果圖件整理為MapGIS格式的圖件資料和shape格式的要素圖層2種,在保留了圖件符號(hào)化特色的同時(shí)提高空間查詢分析的效率。
從成果內(nèi)容、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)建庫(kù)、信息管理和系統(tǒng)部署5個(gè)方面考慮,為本系統(tǒng)規(guī)劃整體框架??蚣苤饕ㄟb感解譯成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、建庫(kù)軟件、輔助體系(產(chǎn)品目錄、要素編碼、信息交換體系)以及基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境5個(gè)部分。具體內(nèi)容如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)框架
1)遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。包括數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)2部分。綜合考慮圖片和矢量數(shù)據(jù)2種圖件格式,利用ArcGIS和MapGIS構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù),存儲(chǔ)管理遙感解譯成果圖件的所有數(shù)據(jù),并提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)查詢和服務(wù)等功能。
2)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。依據(jù)遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù)信息共享服務(wù)需求,按照產(chǎn)品分類、服務(wù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)要素類型,對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì),創(chuàng)建數(shù)據(jù)實(shí)體要素和屬性表,完成遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。
3)建庫(kù)軟件。通過構(gòu)建規(guī)范完善的數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)軟件,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)圖層維護(hù)、元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)入庫(kù)和數(shù)據(jù)檢查等功能,完成遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體建設(shè)。
4)產(chǎn)品目錄、要素編碼、信息交換體系。該部分是系統(tǒng)建設(shè)的依據(jù)和基礎(chǔ),信息產(chǎn)品按照產(chǎn)品目錄分類進(jìn)行規(guī)劃,并且依據(jù)各產(chǎn)品信息交換和服務(wù)的要求,按照規(guī)范統(tǒng)一的產(chǎn)品要素編碼進(jìn)行建設(shè)。
5)基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境。由網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)、服務(wù)器系統(tǒng)、Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)和GIS平臺(tái)等構(gòu)成,環(huán)境建設(shè)過程按照項(xiàng)目組安全服務(wù)要求進(jìn)行。
通過對(duì)遙感解譯成果圖件內(nèi)容進(jìn)行分析、抽象,了解系統(tǒng)和成果圖件處理需求,獲取數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)內(nèi)容、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),分析數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)流及數(shù)據(jù)處理過程,發(fā)掘數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián),抽象出數(shù)據(jù)概念模型,按照關(guān)系規(guī)范化理論要求將概念模型轉(zhuǎn)化為關(guān)系模型,形成邏輯結(jié)構(gòu),然后選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)進(jìn)行物理設(shè)計(jì),進(jìn)而完成數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。
概念設(shè)計(jì)形成數(shù)據(jù)實(shí)體。遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)內(nèi)容包括解譯成果的空間要素圖層數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)以要素圖層數(shù)據(jù)為核心,將成果文件、元數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)建立與之對(duì)應(yīng)的關(guān)系,構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型。依據(jù)概念設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析,設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu),將遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理,邏輯上采用統(tǒng)一存儲(chǔ)管理的多層次組織方式,形成數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯層次結(jié)構(gòu)。對(duì)不同數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行對(duì)象屬性及相互關(guān)系設(shè)計(jì),形成遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模型。采用Oracle11G物理部署遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù),綜合考慮空間時(shí)間效率、維護(hù)代價(jià)和應(yīng)用需求,數(shù)據(jù)庫(kù)采用GEODATA,METADATA和AUXLDATA這3種模式組織數(shù)據(jù),其中GEODATA中主要為遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)內(nèi)容,用于管理空間數(shù)據(jù);METADATA中主要為成果元數(shù)據(jù)內(nèi)容;AUXLDATA屬于公用共享模式。
數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的遙感解譯成果圖件類型包括要素圖層、元數(shù)據(jù)和圖件資料。
要素圖層為解譯成果產(chǎn)品的空間圖層,按照所屬類別劃分為地質(zhì)遙感填圖、地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查和土地資源遙感調(diào)查等10類,以shape格式保存。所有的要素圖層都包含空間信息和屬性信息。
元數(shù)據(jù)由圖件資料元數(shù)據(jù)、要素圖層元數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)元數(shù)據(jù)構(gòu)成。根據(jù)管理應(yīng)用需求,元數(shù)據(jù)又分為核心信息元數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)和管理元數(shù)據(jù)等。
圖件資料以MapGIS工程文件格式保存,包含的內(nèi)容包括點(diǎn)、線、面圖層,屬性表,圖像,符號(hào)庫(kù)和字體庫(kù)等。圖層、圖像和表格等可任意組合為新的圖件提供給用戶使用。
元數(shù)據(jù)和要素圖層中的屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle中,空間數(shù)據(jù)采用Oracle Spatial進(jìn)行統(tǒng)一組織、存儲(chǔ)和管理。圖件資料為MapGIS工程文件,以文件資料方式統(tǒng)一編目管理,數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成如圖2所示。
圖2數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成
Fig.2Databasestructure
通過對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)服務(wù)和數(shù)據(jù)管理等方面進(jìn)行分析,確定遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)構(gòu)成。從功能上,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)檢查與入庫(kù)、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢、權(quán)限管理和系統(tǒng)維護(hù)等內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。
圖3 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)構(gòu)成
根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)特點(diǎn)以及現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)軟硬件資源,依托成熟大型商業(yè)化關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),利用專業(yè)化數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)工具進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)整體框架設(shè)計(jì),通過數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)入庫(kù)等工作,建立遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)建模、檢查、入庫(kù)、編輯和查詢等功能。為了確保數(shù)據(jù)庫(kù)的科學(xué)性,遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)建設(shè)分6個(gè)步驟,建設(shè)流程如圖4所示。
圖4 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)建設(shè)流程
通過數(shù)據(jù)特性分析與數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建思路,設(shè)計(jì)遙感解譯成果圖件資料和要素圖層一體化的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)方案,在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)框架下,制定數(shù)據(jù)庫(kù)命名規(guī)范,確定各類表結(jié)構(gòu)和編碼規(guī)則,通過ArcSDE10空間數(shù)據(jù)引擎在Oracle10.2中構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)采用Client/Server模式,支持對(duì)異構(gòu)的遙感解譯成果圖件及相關(guān)屬性數(shù)據(jù)等的一體化存儲(chǔ)和管理。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā)主要包括圖件資料管理、要素圖層管理和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)建立。
2.2.1 圖件資料管理
圖件資料管理是將用戶提交的各種原始資料規(guī)范整理為MapGIS工程文件,以文件的形式保存在系統(tǒng)的資料庫(kù)中,即將本地文件資料裝載到平臺(tái)資料數(shù)據(jù)庫(kù)中,并填寫資料元數(shù)據(jù)。資料入庫(kù)時(shí)不改變?cè)嘉募臄?shù)據(jù)內(nèi)容和類型,維持源文件的初始狀態(tài)。
為了保證圖件資料的規(guī)范性,需對(duì)圖件資料進(jìn)行檢查,檢查條件包括:選擇的文件是否正確、元數(shù)據(jù)模板是否合適、存儲(chǔ)資料是否分配以及分配是否恰當(dāng)?shù)取S捎贛apGIS圖件的制圖需要用到字體庫(kù)和符號(hào)庫(kù),還需將每個(gè)MapGIS工程所使用的字符庫(kù)保存,系統(tǒng)提供MapGIS圖庫(kù)管理功能。根據(jù)圖件資料形式提供單文件、文件集和文件夾3種形式的靈活入庫(kù)方式,大大節(jié)省了圖件入庫(kù)工作量。
2.2.2 要素圖層管理
要素圖層管理是將空間數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中,入庫(kù)時(shí)按照對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)集系列規(guī)范處理需要入庫(kù)的數(shù)據(jù),并將處理轉(zhuǎn)換后的空間數(shù)據(jù)保存到Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫(kù)中。
要素圖層入庫(kù)的核心是設(shè)置入庫(kù)匹配規(guī)則,即點(diǎn)、線、面的shape圖層與庫(kù)中已建立的圖層匹配,設(shè)置數(shù)據(jù)源屬性與產(chǎn)品數(shù)據(jù)屬性之間的映射關(guān)系,保持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范。
要素圖層數(shù)據(jù)來自于2部分,一部分由MapGIS的矢量文件轉(zhuǎn)換得到,另一部分由其余各類矢量文件轉(zhuǎn)換而得,大多數(shù)要素圖層都來自于前者。本系統(tǒng)包含自主開發(fā)的格式轉(zhuǎn)換工具,可將MapGIS格式的矢量文件轉(zhuǎn)換為shape格式,以便完成選定目錄下的所有點(diǎn)、線、面文件批量轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換工具提供單文件轉(zhuǎn)換、單文件夾轉(zhuǎn)換和批量文件夾轉(zhuǎn)換3種轉(zhuǎn)換方式,可避免大量重復(fù)性操作,提高工作效率。其余各類矢量文件也需要整理成shape格式的矢量文件。
2.2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)建立
系統(tǒng)采用Client/Server體系結(jié)構(gòu),使用Microsoft Visual Studio 2010集成開發(fā)環(huán)境的C#開發(fā)語(yǔ)言,以ArcEngine10為GIS開發(fā)平臺(tái),并調(diào)用MapGIS開發(fā)模塊進(jìn)行組件式開發(fā),通過ArcSDE10空間數(shù)據(jù)引擎在Oracle10.2中構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù),以網(wǎng)絡(luò)磁盤作為系統(tǒng)的管理和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)環(huán)境,進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的構(gòu)建。
圖件資料庫(kù)是以文件資料編目方式統(tǒng)一管理的MapGIS工程文件集;要素圖層庫(kù)即采用Oracle Spatial對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一組織、存儲(chǔ)和管理;元數(shù)據(jù)庫(kù)以O(shè)racle為基礎(chǔ),管理資料圖層等各類元數(shù)據(jù)信息。對(duì)于圖件資料庫(kù)中的數(shù)據(jù),利用PL/SQL在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立其與對(duì)應(yīng)要素圖層的映射關(guān)系表,實(shí)現(xiàn)圖件資料和要素圖層的交互查詢和一體化存儲(chǔ)管理。
遙感解譯成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)有效支撐了圖件資料和要素圖層的一體化存儲(chǔ),提供了實(shí)用的圖件數(shù)據(jù)入庫(kù)和檢索工具,實(shí)現(xiàn)了成果數(shù)據(jù)的信息化管理和服務(wù)。目前該系統(tǒng)已管理遙感解譯成果圖件1 396幅,圖5為系統(tǒng)主界面。
圖5系統(tǒng)主界面
Fig.5Systemmaininterface
數(shù)據(jù)入庫(kù)模塊是該系統(tǒng)其他功能的前提和基礎(chǔ),提供圖件資料、空間數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、MapGIS字符庫(kù)以及其他輔助數(shù)據(jù)的入庫(kù)功能。
圖件資料入庫(kù)前需先從當(dāng)前主題分配的元數(shù)據(jù)模板中選擇一個(gè),按模板內(nèi)容填寫,并設(shè)置存儲(chǔ)設(shè)備到入庫(kù)主題。加載待入庫(kù)圖件資料并進(jìn)行入庫(kù)檢查,結(jié)合元數(shù)據(jù)模板提取元數(shù)據(jù)信息,檢查后保存元數(shù)據(jù),然后保存資料文件,完成圖件資料入庫(kù)。同時(shí)需導(dǎo)入MapGIS字符庫(kù),便于用戶獲取相應(yīng)的圖形化產(chǎn)品。
要素圖層入庫(kù)的前提是先建好對(duì)應(yīng)圖層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表。對(duì)于由MapGIS轉(zhuǎn)換的shape圖層,需要先導(dǎo)入MapGIS圖件資料,以便PL/SQL在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立圖件資料與要素圖層的映射關(guān)系表。要素圖層入庫(kù)的核心是設(shè)置數(shù)據(jù)匹配關(guān)系,包括圖層匹配和圖層屬性字段的匹配。由于遙感解譯成果圖件的屬性字段及內(nèi)容為不同專家解譯填寫,命名及值域可能不規(guī)范,入庫(kù)時(shí)需要分別設(shè)置數(shù)據(jù)源中每個(gè)要素圖層的匹配關(guān)系。
數(shù)據(jù)管理模塊提供了數(shù)據(jù)展示、資料數(shù)據(jù)瀏覽、空間數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)刪除、元數(shù)據(jù)瀏覽和元數(shù)據(jù)編輯等功能。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示列表提供資料數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)2種顯示方式,如圖6所示。資料數(shù)據(jù)顯示調(diào)用MapGIS功能模塊,以MapGIS原始的圖件形式進(jìn)行展示;空間數(shù)據(jù)顯示調(diào)用ArcGIS功能模塊,以點(diǎn)、線、面的矢量形式展示。
圖6資料數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)展示界面
Fig.6Displayinterfaceofmapdataandspatialdata
系統(tǒng)提供空間和屬性2種查詢方式,可基于點(diǎn)、線、矩形、多邊形和空間范圍等進(jìn)行空間查詢,也可以根據(jù)圖層屬性、產(chǎn)品屬性、項(xiàng)目編號(hào)、產(chǎn)品類型、圖件名稱、關(guān)鍵字和設(shè)定SQL語(yǔ)句等方式進(jìn)行屬性查詢,所有查詢結(jié)果可以利用地圖工具進(jìn)行放大、縮小和漫游等操作。
系統(tǒng)維護(hù)包括用戶權(quán)限維護(hù)、資料庫(kù)訪問設(shè)置、MapGIS支持工具設(shè)置以及圖層矢量庫(kù)體系維護(hù)。MapGIS支持工具是基于MapGIS K9進(jìn)行二次開發(fā)的MapGIS格式數(shù)據(jù)與shape格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換工具,利用該工具可以管理、查看和轉(zhuǎn)換MapGIS格式數(shù)據(jù)。圖層矢量庫(kù)體系維護(hù)提供對(duì)圖層結(jié)構(gòu)及圖層字段結(jié)構(gòu)的添加、刪除和顯示等操作,為本系統(tǒng)針對(duì)實(shí)際應(yīng)用新開發(fā)的特色模塊。
根據(jù)遙感解譯成果圖件的現(xiàn)狀和特點(diǎn),結(jié)合遙感信息化管理和業(yè)務(wù)應(yīng)用的需要,研究并提出了遙感解譯成果圖件資料與要素圖層的一體化管理機(jī)制,開發(fā)并實(shí)現(xiàn)了基于MapGIS和ArcGIS平臺(tái)的成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)已在中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心局域網(wǎng)部署運(yùn)行,入庫(kù)并管理了大量整理后的遙感解譯成果圖件,已向?qū)I(yè)人員提供該數(shù)據(jù)庫(kù)中的成果圖件60余次,有效提高了遙感解譯成果圖件的利用率和成果價(jià)值。成果圖件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的投入應(yīng)用,使多源成果圖件數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理更具有靈活性、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性,為全面整合遙感解譯成果圖件、完善統(tǒng)一數(shù)據(jù)資源框架、開展數(shù)據(jù)資源集成和綜合服務(wù)建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。