國土資源“一張圖”數(shù)據(jù)庫構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)探索

趙國平

摘 要：國土資源“一張圖”數(shù)據(jù)庫是國土資源信息監(jiān)管的核心，通過對數(shù)據(jù)庫的建設(shè).可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)、共享等功能，為公眾需求、國家土地宏觀調(diào)控提供數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：GIS；ArcSDE；Oracle；國土資源數(shù)據(jù)庫

1 背景及意義

在第二次全國土地調(diào)查領(lǐng)導(dǎo)小組全體會(huì)議上，李克強(qiáng)總理強(qiáng)調(diào)指出：第二次全國土地調(diào)查是一次重大的國情國力調(diào)查，具有很強(qiáng)的客觀性，應(yīng)用價(jià)值高，要充分利用土地調(diào)查成果，為提高土地管理水平提供數(shù)據(jù)支撐，為民政、建設(shè)、水利、農(nóng)業(yè)、統(tǒng)計(jì)等部門提供調(diào)查成果的共享和應(yīng)用，為制定經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃和政策提供科學(xué)依據(jù)。為此，國家于2008年在全國啟動(dòng)了“一張圖”工程，2009年全面推開。

“一張圖”綜合數(shù)據(jù)庫平臺(tái)是指按照《國土資源部關(guān)于加強(qiáng)建設(shè)用地動(dòng)態(tài)監(jiān)督管理的通知》（國土資發(fā)[2008]192號）要求，建立“一張圖”國土資源核心數(shù)據(jù)庫，在全面、快速和準(zhǔn)確地掌握土地資源數(shù)量、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和空間布局的基礎(chǔ)上，結(jié)合國土資源管理各項(xiàng)業(yè)務(wù)信息，將遙感影像和監(jiān)測信息集成化系統(tǒng)管理，準(zhǔn)確記錄資源開發(fā)利用生命周期中各個(gè)階段的信息，并在此基礎(chǔ)上實(shí)施“批、供、用、補(bǔ)、查”的全面監(jiān)管，推進(jìn)資源監(jiān)管方式的改革，提高國土資源監(jiān)管的質(zhì)量和效率。

國土資源“一張圖”系統(tǒng)的功能最終體現(xiàn)在應(yīng)用與服務(wù)上，如：提供全國土地、礦產(chǎn)等資源狀況的查詢、瀏覽；為土地等行政審批過程的應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)服務(wù)；為政府部門、相關(guān)行業(yè)和社會(huì)需求提供數(shù)據(jù)下載等多元化信息服務(wù)。另外，還有技術(shù)上的服務(wù)方式，如：圖片快速瀏覽、數(shù)據(jù)查詢?yōu)g覽與展示、數(shù)據(jù)調(diào)用接口、數(shù)據(jù)分發(fā)與產(chǎn)品定制服務(wù)等。而這些服務(wù)內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)都是基于對不同類型海量空間數(shù)據(jù)的管理工具——國土資源數(shù)據(jù)庫的建立。

在上述背景下，論文從當(dāng)前國土管理部門管理及宏觀決策的需求出發(fā)，對GIS支持下的國土資源數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探索。

2 國土資源數(shù)據(jù)庫總體框架

圖1 國土資源數(shù)據(jù)庫總體框架

國土資源數(shù)據(jù)庫是集測繪技術(shù)、土地信息與管理、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、GIS數(shù)據(jù)處理技術(shù)、大型數(shù)據(jù)庫技術(shù)與一體的綜合型系統(tǒng)工程，是在地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、測繪信息數(shù)據(jù)庫、土地信息數(shù)據(jù)庫等為基礎(chǔ)，結(jié)合GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、軟件工程設(shè)計(jì)原理等，構(gòu)建出可動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)的綜合性國土資源數(shù)據(jù)庫。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 空間海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)

國土資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)涉及到的數(shù)據(jù)量巨大，并且數(shù)據(jù)量還將隨著數(shù)據(jù)更新將不斷增長。為此，需要研究海量空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理關(guān)鍵技術(shù)，采取有效策略和方法，對數(shù)據(jù)物理存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)索引、數(shù)據(jù)壓縮、空間數(shù)據(jù)引擎、數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)緩存以及顯示等一系列關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，提高海量空間數(shù)據(jù)的查詢、瀏覽和調(diào)用速度。論文選用ArcSDE、Oracle來實(shí)現(xiàn)空間海量數(shù)據(jù)的管理。

3.2 海量數(shù)據(jù)瀏覽展示技術(shù)

國土資源數(shù)據(jù)量的持續(xù)增大使如何快速瀏覽圖形數(shù)據(jù)成為當(dāng)前“一張圖”建設(shè)迫切需要解決的問題。針對該情況，采取使用圖片切片和高速緩存技術(shù)來達(dá)到快速瀏覽全省圖形數(shù)據(jù)的目的，即預(yù)先對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理（主要是瓦片金字塔：圖像切割并建立索引），同時(shí)結(jié)合高速緩存技術(shù)（利用靜態(tài)圖片快速提供地圖），這樣可以大大提高響應(yīng)速度。其操作時(shí)可按經(jīng)緯度方式顯示全省數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速瀏覽、查看。

3.3 對外數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)

國土資源核心數(shù)據(jù)庫需要對外提供各種各樣的數(shù)據(jù)服務(wù)，良好的服務(wù)模式，可以保障國土資源核心數(shù)據(jù)庫對外服務(wù)的高質(zhì)量、通過性?；谏鲜隹紤]，本方案在WEB通用服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)上選用Web Service作為主要服務(wù)模式。Web Service是一個(gè)可互操作的分布式應(yīng)用程序的新平臺(tái)，它定義了應(yīng)用程序如何在Web上實(shí)現(xiàn)互操作性。用任何的語言，在任何平臺(tái)上寫Web Service，只要通過Web Service標(biāo)準(zhǔn)就可以對這些服務(wù)進(jìn)行查詢和訪問，形成一個(gè)開放的共享體系，使系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性[1]。

3.4 GIS與WebGIS技術(shù)

隨著Internet技術(shù)的飛速發(fā)展，GIS系統(tǒng)以其豐富的空間查詢、空間分析及屬性管理功能，逐步成為Internet或Intranet的一個(gè)重要內(nèi)容，促使WebGIS成為GIS目前一個(gè)重要的發(fā)展方向。充分發(fā)揮GIS系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)各自優(yōu)勢，利用Internet在Web上發(fā)布空間數(shù)據(jù)，為用戶提供空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢和分析的功能，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的地理空間集成平臺(tái)，已經(jīng)成為GIS系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢[2]。

與傳統(tǒng)的GIS相比，Web GIS具有以下特點(diǎn)：訪問范圍更大；平臺(tái)之間相互獨(dú)立；系統(tǒng)成本大大降低；用戶操作程序簡化。

3.5 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)整合技術(shù)

國土資源數(shù)據(jù)的多源、異構(gòu)、多態(tài)和海量等特征表明了數(shù)據(jù)高度的復(fù)雜性，由此決定了數(shù)據(jù)的整合與整理是一項(xiàng)巨大、艱巨而又繁重的工作任務(wù)。在制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)整合、整理以及數(shù)據(jù)建庫的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范前提下，以最大限度地滿足資源監(jiān)管、宏觀調(diào)控和輔助決策等的需求，確定國土資源數(shù)據(jù)庫所需的數(shù)據(jù)內(nèi)容和整理工作內(nèi)容。從數(shù)據(jù)來源、業(yè)務(wù)內(nèi)容、空間參數(shù)、存儲(chǔ)格式、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、標(biāo)準(zhǔn)化程度、數(shù)據(jù)規(guī)模、存儲(chǔ)介質(zhì)、應(yīng)用需求、工作程度、數(shù)據(jù)更新等方面調(diào)研分析各類數(shù)據(jù)源的現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，選擇和開發(fā)有關(guān)數(shù)據(jù)整理軟件，對數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性檢查、標(biāo)準(zhǔn)化處理，數(shù)據(jù)項(xiàng)補(bǔ)充、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、拓?fù)渲亟?、?shù)據(jù)入庫、構(gòu)建數(shù)據(jù)索引等工作。

4 核心數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)思路

通常將系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中需管理與維護(hù)的數(shù)據(jù)分為兩類，即：空間數(shù)據(jù)和非空間屬性數(shù)據(jù)。

空間數(shù)據(jù)是指具有公共地理定位基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，主要分為兩類：基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)型空間數(shù)據(jù)，二者聯(lián)系緊密，基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的空間定位核心，業(yè)務(wù)型空間數(shù)據(jù)在不同的專題應(yīng)用中具有不同的側(cè)重點(diǎn)，是專題信息管理的基礎(chǔ)，是子系統(tǒng)專題的核心。

非空間屬性數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各項(xiàng)基本功能的必要基礎(chǔ)，按數(shù)據(jù)性質(zhì)分類，包括表格型數(shù)據(jù)與多媒體數(shù)據(jù)等；按邏輯結(jié)構(gòu)分類，包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是指以表格形式表達(dá)的具有一定結(jié)構(gòu)并可劃出固定基本組成要素的數(shù)據(jù)；非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要是指文檔或多媒體數(shù)據(jù)，是不能劃分出固定基本要素的無明顯結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。

在Oracle9i + ArcSDE系統(tǒng)應(yīng)用框架下，國土資源數(shù)據(jù)庫的組織邏輯如下：

1）Oracle系統(tǒng)管理表空間主要有System 表空間、Users表空間等，負(fù)責(zé)基本數(shù)據(jù)管理功能的數(shù)據(jù)庫基本邏輯單位結(jié)構(gòu)；

2）SDE表空間用來完成空間數(shù)據(jù)的索引管理。SDE表空間可根據(jù)系統(tǒng)需要，建立包括數(shù)據(jù)管理等表內(nèi)容進(jìn)行空間數(shù)據(jù)管理，并將該信息保存到SDE表空間中；

3）空間圖形信息表空間：建立專門的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表空間存儲(chǔ)空間圖形數(shù)據(jù)，主要是為減少數(shù)據(jù)檢索等操作，提高系統(tǒng)性能；

4）非空間業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)表空間：主要用來管理和記錄各種專題應(yīng)用的空間數(shù)據(jù)信息，與空間圖形相關(guān)時(shí)可以和圖形數(shù)據(jù)建立對應(yīng)關(guān)系，對屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

4.2 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)

國土資源核心數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)劃分成5個(gè)層次：總庫、邏輯分庫、子庫、邏輯層、物理層。以分庫存儲(chǔ)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、耕地?cái)?shù)據(jù)庫、礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)庫、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫、土地資源管理數(shù)據(jù)庫等，以要素?cái)?shù)據(jù)集、柵格目錄作為邏輯層，實(shí)現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)物理層的存儲(chǔ)。

4.3 數(shù)據(jù)庫物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

在數(shù)據(jù)建庫前，需要為各數(shù)據(jù)庫分配用戶和存儲(chǔ)空間。數(shù)據(jù)庫物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建包括數(shù)據(jù)庫表空間創(chuàng)建、數(shù)據(jù)文件創(chuàng)建和用戶創(chuàng)建。由于國土資源核心數(shù)據(jù)庫涉及的數(shù)據(jù)量巨大，數(shù)據(jù)種類多，各數(shù)據(jù)庫圖層數(shù)量也較多。

4.4 元數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)內(nèi)容。元數(shù)據(jù)文件內(nèi)容主要由兩種數(shù)據(jù)文件的元數(shù)據(jù)內(nèi)容：矢量和柵格數(shù)據(jù)文件，用來存儲(chǔ)有關(guān)數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)分層、產(chǎn)品歸屬、空間參考關(guān)系等方面的信息。

（2）元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。礦產(chǎn)資源與地質(zhì)環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的元數(shù)據(jù)文件存放有關(guān)數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)分層、產(chǎn)品歸屬、空間參考關(guān)系等信息，這些數(shù)據(jù)集由主表、單位與發(fā)行情況表、關(guān)鍵詞表、坐標(biāo)范圍表、數(shù)據(jù)更新記錄表、空間數(shù)據(jù)表、圖層數(shù)據(jù)表和非空間數(shù)據(jù)表這8個(gè)數(shù)據(jù)表進(jìn)行描述，數(shù)據(jù)集中的空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)特征主要由其中的空間數(shù)據(jù)表、圖層數(shù)據(jù)表和非空間數(shù)據(jù)表進(jìn)行描述 [3]。

5 數(shù)據(jù)處理與整合

5.1 矢量數(shù)據(jù)入庫

針對國土資源數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)內(nèi)容，按統(tǒng)一的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)整理。在國土資源數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)調(diào)用時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)服務(wù)的內(nèi)容不同可進(jìn)行不同程度的數(shù)據(jù)處理。矢量數(shù)據(jù)整理主要包括完整性檢查、標(biāo)準(zhǔn)化處理、數(shù)據(jù)項(xiàng)補(bǔ)充、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、拓?fù)渲亟?、?shù)據(jù)入庫、構(gòu)建數(shù)據(jù)索引、建立數(shù)據(jù)字典、符號和詞表等工作。

5.2 影像數(shù)據(jù)入庫

衛(wèi)星影像處理是指采用遙感圖像處理軟件，對原始遙感影像進(jìn)行影像融合、幾何校正、影像重采樣、圖像鑲嵌與分割等處理過程，使其能與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加應(yīng)用。

衛(wèi)星影像的處理軟件有很多種，可以選擇支持海量數(shù)據(jù)的美國ERDAS IMAGINE專業(yè)遙感圖像處理系統(tǒng)。該軟件由基本模塊+Virtual GIS模塊組成，具備影像瀏覽、編輯、影像融合、幾何校正、正射糾正與矢量數(shù)據(jù)疊加、3D景觀表現(xiàn)、輸出各種比例尺影像圖集與各種景觀圖、飛行效果動(dòng)畫等基本功能。ERDAS IMAGINE8.7還擴(kuò)充了IKONOS、QuickBird等衛(wèi)星數(shù)據(jù)的嚴(yán)格軌道模型的正射糾正模型。

數(shù)據(jù)的處理需要收集校正圖像區(qū)域的數(shù)字地圖、或經(jīng)過校正的圖像、或注記圖層，作為地理參考。GPS測量、或攝影測量等途徑獲得的控制點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為ERDAS IMAGINE的控制點(diǎn)文件格式或ASCⅡ數(shù)據(jù)文件后可用于糾正遙感圖像。如果是地形圖圖紙，還應(yīng)進(jìn)行地形圖掃描糾正處理。

6 結(jié)束語

國土資源管理是—個(gè)復(fù)雜的、綜合性的業(yè)務(wù)管理過程，需要對其各因素進(jìn)行有機(jī)組合，并梳理調(diào)順各業(yè)務(wù)間銜接關(guān)系才能真正滿足管理的需求。論文結(jié)合國土資源管理的特點(diǎn)，國土資源“一張圖”建設(shè)背景下，對基于GIS的國土資源數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探索，通過綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、GIS技術(shù)，提供數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)、共享等功能，為公眾需求提供數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭小元.基于GPS技術(shù)的土地變更調(diào)查GIS設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D].東南大學(xué)，2004

[2]楊陽 等.網(wǎng)絡(luò)電子地圖的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].《測繪科學(xué)》，2007

[3]王正廠 等.國土資源數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方案——以土地管理數(shù)據(jù)庫為例[J].《市場論壇》，2008