电子信息职称论文地理数据库更新问题

　　摘要：由于我国经济建设和社会发展速度很快, 地形地物等要素不断变化, 基础地理数据具有鲜明的现势特性, 直接制约着其使用价值和使用范围。因此有必要对地理数据库的更新进行研究。本文介绍了空间数据库的基本特点及建库的简要步骤;同时探讨了空间数据库建库的若干技术问题，如空间数据的快速检索、无缝数据库实现。最后论述了地理数据库更新问题。

　　关键词：空间数据库更新,无缝集成,海量数据,数据压缩,数据检索

　　一、引言

　　随着基础地理数据的积累逐步完成和共享应用，其现势性问题已成为广大用户关注的热点问题。《国家科技基础数据库建设与发展的研究报告》指出：持续更新和业务化运行是一个科学数据库存在的根本。目前许多科技数据库是按项目方式一次性建立的，缺乏持续的数据来源，或有效的数据更新机制[1]，很容易变成死库，或逐步地失去应用价值。因此有必要对基础地理数据成果定期进行更新，以满足国民经济、国防建设和社会发展的急切需求。

　　目前，空间数据管理技术呈现出网络化、集成化、组件化和可视化的趋势。Internet与Intranet的出现使分散于各地的数据，相互访问与远距离传输成为现实;数据仓库和数据库技术的出现，使人们能够快速、有效地对海量空间数据进行管理。虽然关系数据库是数据库发展的主流，但单一关系型数据库已不能完全满足对空间数据的管理[2]。随着数据库技术的进一步发展，面向对象技术和关系数据库技术相结合[3]，形成了对象—关系型数据库。这进一步提高了数据管理的灵活性和应用开发能力。

　　二、空间数据库简介

　　1 数据库的概念

　　地理信息系统的数据库(简称空间数据库或地理数据库)是某一区域内关于一定地理要素特征的数据集合。与传统数据库相比，它具有如下特点：

　　(1)数据量特别大，地理系统是一个复杂的综合体，要用数据来描述各种地理要素，尤其是要素的空间位置，其数据量往往很大。

　　(2)不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据，并且这两种数据之间具有不可分割的联系。

　　(3)数据应用广泛，例如地理研究、环境保护、土地利用与规划等。

　　三、空间数据库建库步骤

　　1空间数据库的体系结构

　　地理信息空间数据库是实现数据组织、存储与管理，其体系结构[4]如图l所示。

　　2 空间数据库建库流程

　　以下是空间数据库建库流程图[5]：

　　四、空间数据库建库的若干技术

　　1.多尺度数据的组织

　　为满足不同的需要，城市测绘部门一般要生产1：500、1：1000、1：2000、1：10000、1：50000等系列比例尺地形图，各种不同分辨率的航空、卫星遥感影像等，如何对这一系列的比例尺的空间数据进行组织，主要有三种方法[6]：

　　(1)建立统一数据库的多个比例尺;

　　(2)开发更好的层次数据结构来支持空间数据的多级表达，包括运用面向对象方法、语义数据模型等技术;

　　(3)通过自动综合的方法自动生成同一数据库的多个版本，这种方法的难度很大。

　　2.数据的无缝集成

　　GIS数据集成类型分空间数据的无缝集成和空间数据与属性数据的无缝集成。

　　2.1 空间数据的无缝集成

　　传统的空间数据都是基于图幅的，每一图幅以文件的方式存放起来。由于数据生产的系统误差或偶然误差，在图幅与图幅之间往往存在数据不一致的情况，如河流在图幅之间发生了错位、房屋在图幅之间不能闭合等现象，这种情况称为“图幅缝隙”。由于分幅生产的原理，这种“图幅缝隙”无法避免，以往的处理方法是增加一道接边的工序，这就造成了数据被人为的修改，增大了误差。可以设想，如果在整个数字化区域内进行数据生产，就可避免这一问题。具体实施步骤[7]为：

　　(1)详细拟定空间数据库结构，提出可操作的数据库建库方案。

　　(2)按照数据库建库方案对原始数据进行规范化整理。

　　(3)对于有属性表的数据如MapInfo、Arc/Info数据，进行属性整理;没有属性的数据如AutoCAD数据，单独在数据库里建立属性表。

　　(4)对已整理完成的空间数据进行批量入库。

　　(5)对属性数据进行批量入库。

　　(6)进行图形归一化处理，保证跨图幅的特征地物保持连续。

　　(7)进行属性连接。

　　2.2 空间数据与属性数据的无缝集成

　　对于这种情况，在数据入库时只需对图形和属性进行相应的对照入库即可。

　　3.海量数据存储和管理

　　当前，航空和航天对地观测技术迅速发展，利用多种星载和机载传感器，人们已经能够(准)实时获取反映地球表面动态变化的、多时相、多波段、多分辨率的对地观测数据[8]。因此，对海量空间数据的存储和管理形式的研究和探索也成为一个重要的研究方面，目前国际上正在采用对象—关系型数据库来存储和管理空间数据的技术和方法。

　　对象—关系型数据库可以支持多用户通过网络对空间数据的直接访问，从而扩展了空间数据的应用范围和方式，满足人们在任何时间、任何地点，对空间数据的使用需求。

　　4.数据压缩

　　随着计算机技术、影像获取和处理技术的迅猛发展，使人们不仅需要不断地接收和处理数据量呈几何级数增长的影像数据，而且影像数据的存储和管理也随着数据量的增加而变得愈来愈重要。大数据量的影像文件，对数据存储设备的容量、数据传输速度，提出了更高的要求。数据库如何提高对海量数据的存取速度、操作便利性等成为空间数据库建库要考虑的问题。目前，实现数据的快速调度的技术有：多分辨率影像金字塔数据组织技术、影像数据分块组织技术、影像数据空间索引技术[8]等。

　　5.数据检索

　　对空间数据的检索目前主要有2种途径[8]，一种是按照地理范围，另一种是按照空间实体对象(目标)。我们可以根据用户指定的地理区域，检索出数据的内容及相关信息，还可以根据数据部分属性信息进行检索，如居民地名称、元数据等。

　　在存储海量数据的空间数据库中，如何以最大限度地减少其所占用的存储空间，减少数据传输的时间，提高查询检索的速度，是目前研究的热点。基于内存映射文件技术的海量影像数据读取[9]就是一个很好的解决办法。

　　五、数据库更新面临的问题

　　目前一些经济发达国家的测绘部门已开始或正在着手将工作重点从数据建库转移到更新与应用。并在建立更新机制、利用遥感影像获取变化信息、历史数据存取等方面做了大量工作[10]。其中包括：

　　1.建立持续更新机制

　　2.利用遥感影像获取变化信息

　　以色列专家曾提出了一种GIS驱动的变化检测方法。其基本思想是将GIS 数据库中前一版本的数据转换为正射影像相对应的栅格数据格式，然后与正射影像叠加。由计算机比较两个时刻的数据，提取变化信息。

　　3.历史数据存储

　　基础地理数据库的持续更新不仅是一项长期、复杂的系统工程。而且向我们提出了一系列与“初始建库”不同的理论、方法和关键技术问题。其中包括：

　　(1) 数据模型演化与动态建模问题;

　　(2) 基础地理要素变化的及时发现与自动提取问题;

　　(3) 主数据库更新的方法问题。

　　4.多比例尺数据的协同更新问题

　　在不同尺度背景下。地球空间现象或实体往往具有不同的空间形态、结构和细节。为了满足宏观、中观和微观层次的空间建模和分析应用的需要。人们对地球表层各种自然和人文现象的空间形态结构进行了不同尺度的抽象表达，形成了不同比例尺的系列地形图。建立了多种比例尺数字地图数据库。虽然这些多尺度地图数据库为宏观到微观的规划、决策和管理提供了内容逐步详尽的基础地理信息，但其建立和维护费时费力，耗资巨大，不仅存在着同一实体的多重表达间一致性问题。也给多比例尺数据的协同更新带来了不少困难。因此，对最新的较大比例尺数字地图进行自动综合，派生出较小比例尺的数字地图，或更新较小比例尺的数字地图，成为当前人们面临的又一大难题。

　　六、结论

　　就宏观而言，加强对基础地理数据库持续更新的研究，将深化人们对这方面有关基本问题的认识，为国家基础地理数据库持续更新的工程设计和实施、基础地理数据增量服务等提供发展思路，为发展具有自主知识产权的基础地理数据更新系统提供理论方法。

　　今后还应重点研究：

　　1、主数据库增量数据建模的研究;

　　2、多源遥感影像与矢量化地图数据的自动配准研究;

　　3、GIS集成环境下的重要基础地理要素变化信息提取研究;

　　4、多尺度地图数据库级联更新的自动综合方法研究;

　　5、客户数据库更新方法的问题等。

　　参考文献：

　　[1] 刘勇，李成名.城市基础空间数据库更新方法研究[J].测绘科学.2006年7月，31(4)：103~105.

　　[2] 李全.城市空间基础地理信息框架数据库建库研究.硕士论文.2004年1月18日.

　　[3]王功明，关永，赵春江，王蕊.面向对象数据库发展和研究[J].计算机应用研究.2006年，3：1~4.

　　[4] 李涛，刘小生.赣州市基础地理信息空间数据库建库研究[J].江西理工大学学报.2009年2月，30(1)：68~71.

　　[5] 王桂雪.1：150万山东省地下水资源评价空间数据库建库工作方法及流程[J].山东国土资源.2005年3月，21(3).

　　[6]罗灵军，周玉清，李静，肖勇.地理空间数据库建库的若干关键技术的研究[J].北京测绘.2006 年4月.