賈玉斌 岳紅星 杜彬 黃曉陽 劉兆鑫

摘要：經濟的發(fā)展推動了城市現(xiàn)代化建設，城市內部的數(shù)據來源越來越廣，種類越來越多，為了進一步了解城市空間地質資源信息，需要構建城市三維空間地質數(shù)據庫，傳統(tǒng)的城市三維空間地質數(shù)據庫受數(shù)據量的限制，調用數(shù)據庫內部信息的耗時較長，無法滿足目前的城市建設需求，因此本文設計了新的城市三維空間地質數(shù)據庫建設方法。采集城市三維空間數(shù)據，構建城市三維空間數(shù)據庫模型，設計城市三維空間地質數(shù)據庫架構，從而實現(xiàn)城市三維空間地質數(shù)據庫建設。實驗結果表明，設計的城市三維空間地質數(shù)據庫調用內部資源信息耗時較短，具有省時性，有一定的應用價值，可以作為后續(xù)城市建設的參考。

關鍵詞：三維空間數(shù)據;地質數(shù)據庫;數(shù)據庫模型;數(shù)據庫架構

一、引言

隨著經濟的發(fā)展，城市建設也越來越完善，為了進一步了解城市內部的資源和空間信息，相關研究人員設計了城市地質信息采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將三維技術與城市信息相融合，實現(xiàn)城市內部空間數(shù)據分析[1]。但隨著城市現(xiàn)代化發(fā)展進程加快，城市三維空間數(shù)據的來源也越來越廣，數(shù)據的格式、種類不統(tǒng)一，且部分數(shù)據還具有較強的關聯(lián)性，大量數(shù)據堆積下，傳統(tǒng)的城市地質信息數(shù)據庫面臨著巨大的調整，因此急需設計一種新的城市三維空間地質數(shù)據庫[2]。

近幾年，城市三維空間地質數(shù)據庫逐漸向服務建設發(fā)展，不僅能接收儲存海量的城市三維空間地質數(shù)據，還需要滿足用戶的查詢需求，因此對三維數(shù)據庫內的查詢算法和空間模型要求越來越高，在設計時也必須要考慮與之相關的服務建設。城市三維空間數(shù)據種類較多，來源較廣，不僅包含城市內部的工程信息，還包含著各種各樣的地質信息[3]。實現(xiàn)城市三維地質資料數(shù)字化對高效管理城市三維空間地質數(shù)據來說十分有利，因此本文設計了新的城市三維空間地質數(shù)據庫建設方法，為后續(xù)城市三維建設和數(shù)字化管理提供參考。

二、城市三維空間地質數(shù)據庫建設方法設計

（一）采集城市三維空間數(shù)據

本文在MapGis67平臺中構建城市三維空間地質數(shù)據庫，為了保證城市三維空間數(shù)據庫的建設有效性，首先需要采集城市三維空間數(shù)據[4]。傳統(tǒng)的空間地質數(shù)據庫在數(shù)據采集時主要使用原始的引擎，采集數(shù)據的速度較低，采集的效果也較差，本文選取SDE空間數(shù)據采集引擎，該空間采集引擎能同時采集不同的異構數(shù)據，實現(xiàn)數(shù)據共享，最大程度上提高數(shù)據信息交流頻率，該引擎使用了SDE程序接口，在數(shù)據采集時可以通過API不斷接收采集命令，并使用標準的Transmission Control Protocol完成數(shù)據傳輸。

數(shù)據采集引擎采集后的數(shù)據會通過Map Object、MapGIS、Arc GIS進行處理，傳輸?shù)綌?shù)據庫中心完成數(shù)據分析和空間查詢，該引擎不僅可以實現(xiàn)高效數(shù)據空間檢索，還能同時完成數(shù)據處理和數(shù)據開發(fā)，保證空間數(shù)據訪問的高效性。除此之外，該引擎的使用范圍較廣，內部含有完整的函數(shù)開發(fā)數(shù)據庫，能全方位實現(xiàn)城市地質空間數(shù)據開發(fā)，SDE空間數(shù)據采集引擎使用MapGIS完成復雜信息探測，如城市的礦產資源信息，地址信息等，為后續(xù)的數(shù)據庫建設提供有效的技術支持。

在城市三維空間地質數(shù)據庫數(shù)據采集的過程中，為了進一步提高數(shù)據采集的效果，本文設計了數(shù)據采集可視化模塊，該數(shù)據采集可視化模塊可以實現(xiàn)數(shù)據的無縫連接，實現(xiàn)各個水平面數(shù)據的可視化。數(shù)據采集可視化模塊由Client和Server兩部分組成，首先由外部應用通過SDE API輸入初始數(shù)據，轉交到Map DIS客戶端處理，其次再通過TCP＼IP構建服務指令，通過AQL傳輸?shù)絉DBMS中，實現(xiàn)空間數(shù)據的采集[5]。在數(shù)據采集過程中，還可能隨時受到空間地理信息影響，降低信息采集的效果，本文構建的城市三維空間地質數(shù)據庫設計了空間分析函數(shù)，服務器可以使用空間分析函數(shù)傳遞數(shù)據請求，實現(xiàn)城市空間地質數(shù)據信息的有效采集。

（二）構建城市三維空間數(shù)據庫模型

城市三維空間數(shù)據庫的性能主要由數(shù)據庫內部的數(shù)據處理儲存模型決定，因此本文結合上文中采集的城市三維空間數(shù)據信息設計了城市三維空間數(shù)據庫模型。首先設計數(shù)據庫的邏輯模型，本文使用MapGIS K9技術設計了可視化管理模塊，研究了數(shù)據可視化關系，設計了數(shù)據模型的邏輯層，結合各個基本的數(shù)據信息，設計的城市三維空間數(shù)據庫模型如下圖1所示。

由圖1可知，該數(shù)據庫模型建立在其他數(shù)據庫基礎上，為了提高三維空間數(shù)據庫的容納性，本文進一步設計了數(shù)據庫的物理結構。有效的物流結構對數(shù)據庫的儲存功能擴展有重要意義，除此之外，還能提高數(shù)據庫內數(shù)據的提取速度，因此本文結合數(shù)據庫設計的基本邏輯和數(shù)據之間的關系，設計了城市三維數(shù)據庫物理結構，為提高數(shù)據庫的基礎性能作參考。

在城市三維空間地理數(shù)據庫模型綜合設計時，本文結合了城市三維數(shù)據的應用層次進行了統(tǒng)一設計，構建了標準的目錄樹結構，通過表設計法確定了數(shù)據之間的基礎關系，其中地區(qū)信息使用METADB_TABLE表儲存，礦種信息使用*_MINIDB表儲存，省級專題使用METADB_TABLE表儲存，不同的關鍵字之間使用MPDB_FDS進行關聯(lián)，再通過MINEXID進行數(shù)據識別，假設模型應用程序編號為000，此時在數(shù)據庫建設時需要使用55010103100726000規(guī)則進行編碼記錄，提高數(shù)據庫的管理效率。

（三）設計城市三維空間地質數(shù)據庫架構

實現(xiàn)城市三維空間地質數(shù)據庫建設的最后一步就是設計城市三維空間地質數(shù)據庫架構。城市三維空間地質數(shù)據庫屬于現(xiàn)代信息系統(tǒng)，因此其架構在設計過程中需要注重基本的設計原則：

第一，需要滿足設計完備性原則，保證設計的數(shù)據庫能滿足數(shù)據庫數(shù)據管理需求，能實現(xiàn)高效數(shù)據存取的同時保證數(shù)據庫穩(wěn)定性，最大程度地滿足用戶需求。

第二是實用性原則，設計時需要考慮數(shù)據的存儲更新問題，保證設計的數(shù)據庫架構滿足系統(tǒng)的長期發(fā)展需求，結合數(shù)據庫設計先進技術進行設計。

第三需要滿足專業(yè)性原則，城市三維空間地質數(shù)據庫與地質專業(yè)有一定的聯(lián)系，因此在設計時也需要準確地應用地質知識。

第四是可維護性原則，為了盡可能降低數(shù)據庫的維護成本，設計的數(shù)據庫架構需要盡可能滿足維護功能，最后，需要滿足數(shù)據庫的高效易用性原則，即設計的數(shù)據庫能快速響應用戶，滿足用戶的訪問需求，基于此設計的數(shù)據庫架構如下圖2所示。

由圖2可知，本文使用SQL Server設計數(shù)據庫架構，整個數(shù)據庫內部包括幾個不同的層次，本文使用B＼S進行數(shù)據訪問層劃分，即分為數(shù)據庫訪問層、邏輯層、顯示層，數(shù)據庫內部使用ASP.NET工具進行開發(fā)，且使用VRML完成三維建模，為了保證數(shù)據庫的顯示功能，本文設計的數(shù)據庫使用BS Contact和 JavaScript為三維場景建設提供支持。

在用戶使用數(shù)據庫時首先可以通過指定的瀏覽器進入到數(shù)據庫訪問界面，然后可以點擊任務觸發(fā)按鈕觸發(fā)相應的事件，結合業(yè)務層內部的功能函數(shù)可以對數(shù)據庫中的數(shù)據進行連接，為了提高整個數(shù)據庫的使用性能，本文以數(shù)據庫為核心，設計了數(shù)據分類查詢模塊，構建了相關的功能劃分函數(shù)，進一步滿足數(shù)據庫的實際使用需求。

城市三維空間地質數(shù)據庫可以看成屬性元素之間的集合，本文使用了上述設計的數(shù)據模型，對設計的數(shù)據庫架構進行基礎性表達，設計了數(shù)據庫之間的連接關系。此時的字段名和字段類型滿足城市三維地質空間數(shù)據庫標識需求，可以結合該數(shù)據結構表完成城市三維空間地質數(shù)據庫的綜合建設。

三、實驗

為了驗證本文設計的城市三維空間地質數(shù)據庫建設方法的建設效果，本文搭建了相關的地質數(shù)據庫建設平臺，將其與傳統(tǒng)的城市三維空間地質數(shù)據庫建設方法進行對比，實驗如下。

（一）實驗準備

本實驗使用C#+Arcengine搭建城市三維空間地質數(shù)據庫測試平臺，為了保證該平臺的測試準確性，本實驗為其添加了GIS測試模塊，設計了標準化Arcgis Engine測試框架，Arcgis Engine測試框架內部使用了ArcObject組件進行開發(fā)，該架構內部使用GIS組件庫完成組件拼接，測試平臺內部使用C#語言進行程序設計編程，結合.NET、Microsoft共同設計了系統(tǒng)的功能界面，提高了測試平臺的測試效率，增加了測試容錯率。在測試過程中，該平臺設計了模塊劃分規(guī)則，制定了標準測試方案，使其最大程度地滿足測試需求，基于此，繪制測試平臺部分架構示意圖，如下圖3所示。

由圖3可知，該測試平臺可以實現(xiàn)數(shù)據共享，有助于三維空間地質數(shù)據庫建設測試，在測試前，需要進行綜合配置，將數(shù)據庫與檢測目錄相連，不斷解釋業(yè)務數(shù)據庫中的信息，形成檢測業(yè)務數(shù)據庫，從而提取檢測數(shù)據。

業(yè)務數(shù)據庫內存放了城市三維空間地質數(shù)據名稱、實際類別，以及顯示字段，受數(shù)據集中顯示作用的影響，可能會產生數(shù)據集中問題，需要篩選處理后再存放在業(yè)務數(shù)據庫中。使用上述選取的業(yè)務數(shù)據庫，可以進一步構建實驗擴展性模塊，結合國家對數(shù)據庫的基礎要求，本實驗使用數(shù)據擴展法對現(xiàn)有的檢測數(shù)據庫進行擴展，首先篩選功能模塊加載中所需的業(yè)務模塊數(shù)據，添加到基礎地質解釋主題中，其次勾選數(shù)據存放主題，最后進行反向提取，將篩選結果存放到篩選后的地質主題數(shù)據庫中，此時可以通過初試測試界面準確地讀取測試數(shù)據，提高測試的準確性。為了進一步滿足數(shù)據的測試需求，本文對現(xiàn)有的測試模塊進行了伸縮性擴展，首先需要計算伸縮性擴展參數(shù)，如下（1）所示。

（1）

公式（1）中，D代表擴展基礎數(shù)值，S代表數(shù)據總量，使用該擴展性參數(shù)，可以進一步解釋用戶的業(yè)務需求，設計相關的測試功能，結合字段的伸縮性，可以對現(xiàn)有的數(shù)據進行編碼，配置相關的業(yè)務數(shù)據，降低數(shù)據整理難度。

（二）實驗結果與討論

在上述驗準備的基礎上，分別使用本文設計的城市三維空間地質數(shù)據庫建設方法和傳統(tǒng)的城市三維數(shù)據庫建設方法建設標準字段的傳承是三維空間地質數(shù)據庫，檢測兩種方法調用不同字段數(shù)據消耗的時間，實驗結果如下表1所示。

由表1可知，本文設計的城市三維空間地質數(shù)據庫建設方法調用不同字段數(shù)據消耗的時間較短，證明建設的城市三維空間地質數(shù)據庫具有省時性，有一定的應用價值。

四、結束語

綜上所述，經濟的發(fā)展和城市化建設的進步促使城市內部的資源數(shù)據信息越來越多，種類也越來越豐富，傳統(tǒng)的城市三維空間地質數(shù)據庫無法滿足目前的城市信息數(shù)字化需求，數(shù)據信息調用的耗時過長，因此本文結合城市化發(fā)展現(xiàn)狀，設計了新的城市三維空間地質數(shù)據庫，進行實驗，結果表明，設計的城市三維空間地質數(shù)據庫數(shù)據信息調用耗時較短，具有省時性，有一定的應用價值，可以作為后續(xù)城市現(xiàn)代化發(fā)展的參考。

參? 考? 文? 獻

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[3]賈飛，胡躍亮，王永鋒，等.基于Vulcan軟件的山東萊州留村金礦區(qū)三維建模及資源量估值[J].地質與勘探，2022，58（01）：12-23.

[4]姜竹君.對地礦行業(yè)圖書資料館館藏資料修復和數(shù)據庫建設的建議——以甘肅省地礦局地質資料館為例[J].甘肅地質，2021，30（04）：90-93.

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作者單位：賈玉斌? ? 岳紅星? ? 杜彬? ? 黃曉陽? ? 北京世紀安圖數(shù)碼科技發(fā)展有限責任公司

劉兆鑫? ? 四川省地質調查院

賈玉斌（1989-），男，漢族，遼寧朝陽，本科，工程師，研究方向：地質礦產勘查工作，現(xiàn)從事自然資源政務管理系統(tǒng)開發(fā)、建庫等工作。