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隨著地理信息技術的發(fā)展，空間數(shù)據(jù)已經(jīng)成為重要的信息載體之一?？臻g數(shù)據(jù)包含的地理空間信息可以通過空間數(shù)據(jù)庫來管理、處理、分析和共享。然而，如何設計一個高效、準確、易用的空間數(shù)據(jù)庫成為了許多研究人員關注的問題之一。本文將從空間數(shù)據(jù)庫的定義、設計原理、設計方法和應用實例等方面對空間數(shù)據(jù)庫設計方法進行淺析。
一、空間數(shù)據(jù)庫的定義及特點
空間數(shù)據(jù)庫是指在現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型的基礎上，以地理空間信息為核心，采用適當?shù)拇鎯Y構和算法，管理地理空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的關系型數(shù)據(jù)庫不同，空間數(shù)據(jù)庫特點在于它可以對地理空間數(shù)據(jù)進行有效的存儲、管理和查詢，并能夠進行空間分析和模擬。同時，空間數(shù)據(jù)庫還具有以下特點：
1.空間數(shù)據(jù)模型：空間數(shù)據(jù)庫采用的是地理空間數(shù)據(jù)模型，包括點、線、面、體等幾何要素，同時還包含地圖屬性、拓撲關系等信息。
2.空間數(shù)據(jù)處理能力：空間數(shù)據(jù)庫能夠通過空間算法對地理空間數(shù)據(jù)進行分析、計算、合并等處理。
3.多源數(shù)據(jù)融合：空間數(shù)據(jù)庫可以對多種不同來源的地理空間數(shù)據(jù)進行整合、融合，形成更完整、更準確的地理數(shù)據(jù)庫。
4.可視化分析：空間數(shù)據(jù)庫支持空間數(shù)據(jù)的可視化展示、分析，方便用戶對地理空間信息進行理解和應用。
二、空間數(shù)據(jù)庫設計原理
空間數(shù)據(jù)庫設計的核心是數(shù)據(jù)模型的設計?？臻g數(shù)據(jù)模型一般包括三個層次，即概念層、邏輯層和物理層。其中，概念層是最上層的抽象描述，用于描述地理現(xiàn)象和地理實體之間的關系；邏輯層是建立在概念層之上，具體描述數(shù)據(jù)的組織方式和訪問方式；物理層是更底層，用于描述數(shù)據(jù)在磁盤上的存儲結構和存儲方式。
空間數(shù)據(jù)庫設計原則包括一致性、完整性、靈活性和高效性。其中，一致性要求空間數(shù)據(jù)庫設計應該與業(yè)務需求相一致；完整性要求空間數(shù)據(jù)庫應該包含完整的、準確的地理空間信息；靈活性要求空間數(shù)據(jù)庫設計具有一定的擴展和自適應能力；高效性要求空間數(shù)據(jù)庫設計應該具有快速、準確的空間查詢和空間分析能力，同時滿足數(shù)據(jù)管理效率和數(shù)據(jù)安全性的要求。
三、空間數(shù)據(jù)庫設計方法
空間數(shù)據(jù)庫設計方法包括兩個方面，一是數(shù)據(jù)模型的設計方法，二是空間數(shù)據(jù)管理和分析方法。
1.地理空間數(shù)據(jù)模型設計方法
地理空間數(shù)據(jù)模型的設計方法主要有三種：基于對象、基于關系和基于XML。基于對象的地理空間數(shù)據(jù)模型采用類或實例的方式表示空間要素，更符合對象化思想，但需要較高的技術水平；基于關系的地理空間數(shù)據(jù)模型采用關系庫的方式實現(xiàn)，易于數(shù)據(jù)庫管理，但空間查詢效率較低；基于XML的地理空間數(shù)據(jù)模型采用XML語言表示，適合在網(wǎng)絡環(huán)境下共享和傳輸數(shù)據(jù)。
2.空間數(shù)據(jù)管理和分析方法
空間數(shù)據(jù)管理和分析方法主要包括空間索引、空間查詢和空間分析三個方面。常見的空間索引方法有R樹、R*樹、平面掃描等，不同的索引方法具有不同的空間查詢效率和空間對象編輯速度。常見的空間查詢方法有距離查詢、范圍查詢、鄰近查詢等，不同的查詢方法可以滿足不同的應用需求?？臻g分析方法包括空間緩沖區(qū)分析、空間疊置分析、網(wǎng)絡分析等，可以用于解決地圖分析、選址、路徑規(guī)劃等問題。
四、應用實例
空間數(shù)據(jù)庫廣泛應用于地圖制圖、測繪、城市規(guī)劃、農業(yè)、林業(yè)、交通、礦產(chǎn)和環(huán)保等領域。以交通運輸領域為例，空間數(shù)據(jù)庫可以管理道路、鐵路、水路等交通線網(wǎng)數(shù)據(jù)，并可以進行路徑規(guī)劃、流量分析、交通組織等應用。又如，林業(yè)領域的空間數(shù)據(jù)庫可以管理森林地理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)林種、林分、森林火災、林木病蟲害等數(shù)據(jù)管理和分析功能。更多應用實例可以參考相關研究成果和實際項目。
綜上所述，空間數(shù)據(jù)庫設計是一個系統(tǒng)工程，需要充分考慮空間數(shù)據(jù)的特點，根據(jù)應用需求制定合理的設計方案?？臻g數(shù)據(jù)庫設計方法主要包括數(shù)據(jù)模型的設計方法和空間數(shù)據(jù)管理和分析方法兩個方面，不同的方法可以選擇不同的技術方案?？臻g數(shù)據(jù)庫在地圖制圖、測繪、城市規(guī)劃、農業(yè)、林業(yè)、交通、礦產(chǎn)和環(huán)保等領域具有廣泛的應用前景，有望進一步推動空間信息技術的發(fā)展。
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城鄉(xiāng)規(guī)劃建筑空間數(shù)據(jù)庫研究？
隨著城市規(guī)劃信息化不斷發(fā)展，城鄉(xiāng)規(guī)劃領域積累了大量圖形和空間數(shù)據(jù)，本文從城市建設項目所經(jīng)歷的各階段規(guī)劃審批流程入手，梳理建設項目的生成周期，以關聯(lián)建筑物各階段圖形和屬性相關性為切入點，完成建設項目全生命周期信息關聯(lián)，形成城市建筑空間數(shù)據(jù)庫，在信息化管理平臺的支撐下，實現(xiàn)大規(guī)模建筑空間數(shù)據(jù)管理和動態(tài)更新，為城鄉(xiāng)規(guī)劃管理提供輔助決策支持手段。
1引言
日新月異的全球信息化發(fā)展過程中，空間數(shù)據(jù)基礎設施建設及地理空間數(shù)據(jù)管理手段都面臨著新的挑戰(zhàn)。國內外各大城市都根據(jù)各自的需要，大力加強空間基礎設施信息的采集。對于城鄉(xiāng)規(guī)劃管理部門而言，實現(xiàn)規(guī)劃區(qū)內基礎空間數(shù)據(jù)的信息化管理，掌握城市社會經(jīng)濟生產(chǎn)生活的現(xiàn)狀和變化情況，作為城鄉(xiāng)規(guī)劃、城市建設和城市管理的重要基礎性工作顯得尤為重要。建筑物信息具有覆蓋面廣、數(shù)據(jù)量大、信息采集難度大等特點，通過建筑物信息可以準確獲取城市的建筑量、容積率、建筑密度、使用功能、空間分布等詳細信息，是進行城鄉(xiāng)規(guī)劃管理和城市建設的重要基礎數(shù)據(jù)源。
以建設項目為核心的空間屬性信息分布于規(guī)劃、建設、房產(chǎn)等多部門的各個審批環(huán)節(jié)，例如：空間圖形、建筑屬性等。目前，由于缺乏全面的數(shù)據(jù)整合機制，信息采集得不到同一管理，嚴重影響到空間信息的利用水平。因此，結合城鄉(xiāng)規(guī)劃自身業(yè)務需求，構建完備的城鄉(xiāng)規(guī)劃建筑物信息數(shù)據(jù)庫及其管理體系，建立健全長效的建筑空間信息統(tǒng)籌管理、維護更新機制，打破城市建筑空間信息資源庫的“信息孤島”格局，提升信息采集及數(shù)據(jù)應用能力具有重要意義。
2方法和過程
2.1建筑空間數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)目標構建
城市建筑空間信息的整合，實現(xiàn)了各種建筑圖形數(shù)據(jù)的集中化管理。通過在建筑數(shù)據(jù)整合的過程中形成一套城市空間建筑信息的管理和工作機制，實現(xiàn)建筑全流程信息的整合建庫和智能化更新，并通過完善的數(shù)據(jù)共享接口，實現(xiàn)各相關部門的數(shù)據(jù)互聯(lián)，促進建筑空間信息成果的有效應用?；谝陨显颍滦统鞘薪ㄖ臻g數(shù)據(jù)庫信息管理模式的構建應致力于于以下幾個方面的研究：
（1）一套標準：以全過程建筑數(shù)據(jù)庫構建為基礎，建立一套宏觀、中觀、微觀的建筑空間數(shù)據(jù)庫標準體系。提出建筑空間數(shù)據(jù)庫的架構，明確建筑空間數(shù)據(jù)庫建設的內容，建立建筑空間信息數(shù)據(jù)標準及調查標準，對信息編碼規(guī)則、用途分類、調查表、技術并肢方案、成果要求和標準等方面進行明確和詳細的規(guī)定。研究制定空間數(shù)據(jù)庫建庫流程和數(shù)據(jù)更新機制，滿足智慧城市背景下城鄉(xiāng)規(guī)劃基礎建筑數(shù)據(jù)管理的需求。
（2）一組流程：全流程圖形和信息的整合多源建筑數(shù)據(jù)建庫。在統(tǒng)一數(shù)據(jù)整合流程、明確數(shù)據(jù)存儲標準的基礎上，以城市建設與規(guī)劃審批管理單元為核心，梳理并入庫城市建設相關的全過程建筑圖形和屬性數(shù)據(jù)，實現(xiàn)以城市用地功能單元為基礎的建設項目圖、文、表、檔信息全生命周期關聯(lián)。
（3）一個平臺：研發(fā)基于GIS的建筑空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)存儲、瀏覽查詢、數(shù)據(jù)編輯、統(tǒng)計分析與決策輔助等功能，實現(xiàn)大規(guī)模建筑空間數(shù)據(jù)的可視化存儲、編輯、管理、更新。在此基礎上結合建筑數(shù)據(jù)庫的屬性信息進行數(shù)據(jù)挖掘，并就建筑信息在城鄉(xiāng)建設與規(guī)劃管理的各領域研發(fā)相匹配的應用功能，構建通過相應數(shù)據(jù)結構實現(xiàn)跨部門的數(shù)據(jù)共享交換的目標。
（4）一系列應用：通過對國內外建筑空間信息管理應用領域的研究分析，歸納梳理不同的建筑雹配空間數(shù)據(jù)的類別及要求，建立建筑空間數(shù)據(jù)的“量”屬性集，構建基于建筑空間數(shù)據(jù)庫的規(guī)劃決策輔助范式，服務于規(guī)劃編制、審批、源蔽指批后管理、政策決策支持等方面的需求。
2.2建設項目空間信息流轉機制梳理
2.2.1多元建筑圖形資源運行流轉周期梳理建筑物空間信息是在以建設項目為主體基于建設項目所在地對應城鄉(xiāng)規(guī)劃條件下，經(jīng)過各類城市空間管理部門報建審批流程中逐漸形成的。因此，梳理各部門對應業(yè)務下所產(chǎn)生的建筑空間信息十分必要。通過對城市建設職能部門業(yè)務分析，涉及項目建設空間管理的部門主要是國土、規(guī)劃、住建房產(chǎn)；從建筑空間管控的角度來說，國土部門的管理主要是項目用地層面，規(guī)劃部門的管理是落實由用地至建筑單體的層面，住建房產(chǎn)部門的建筑空間管理主要是體現(xiàn)在房屋及房屋內戶信息管理。各職能部門的建設項目審批要素梳理如表1所示。
2.2.2建立多維信息關聯(lián)的建筑數(shù)據(jù)管理模式建筑屬性數(shù)據(jù)庫作為建筑圖形數(shù)據(jù)庫的外部屬性，是數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析的重要基礎。它可以進行建筑空間信息的綜合、深層次分析，能夠輔助進行空間定位和顯示空間實體分布特征，為規(guī)劃管理、規(guī)劃決策提供重要的參考信息。城鄉(xiāng)規(guī)劃管理、編制、設計等工作對于建筑物信息的需求層次不同，需要建立基于建設項目的宏觀、中觀和微觀管理結構，從不同的維度實現(xiàn)對建筑信息的分析、管理和提取。建筑空間數(shù)據(jù)庫需要構建一套從不同維度聚類分析的數(shù)據(jù)管理模式。為滿足城鄉(xiāng)規(guī)劃中建筑信息各層次應用需求，本研究提出建立“項目-單體-樓層-戶型”的多級建筑信息管理模式，通過項目編號、單體編號建立建設項目與單體的空間屬性聯(lián)系，實現(xiàn)建設項目的一體化管理。宏觀層次：以國土紅線、用地紅線、控規(guī)地塊為基本單元，實現(xiàn)建設項目的邊界、容積率、建設性質等指標統(tǒng)一化管理。
中觀層面：以建筑單體為基本單元，實現(xiàn)建筑物建筑高度、層數(shù)、使用功能、棟數(shù)等建筑物的管理。微觀層面：以建筑內的樓層和戶型為基本單元，實現(xiàn)建筑內的建筑構件、樓層信息、戶型信息和預售、銷售信息的管理（圖1）。
2.2.3以需求為導向的城鄉(xiāng)規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫建庫標準設計城鄉(xiāng)規(guī)劃建筑空間信息庫作為城市建設實施成果載體，涵蓋了與城鄉(xiāng)規(guī)劃相對應的圖形信息庫和屬性信息，通過對建筑空間信息的綜合、深層次分析，輔助進行空間定位和顯示空間實體分布特征，為規(guī)劃管理、決策提供重要的參考信息。以城鄉(xiāng)規(guī)劃應用需求為導向，在合理的建筑特質屬性范疇內構建深度優(yōu)化的建筑空間數(shù)據(jù)庫結構，是建筑空間數(shù)據(jù)庫建庫的重要工作內容。主要包括：規(guī)劃編制現(xiàn)狀信息分析提取、重大決策輔助支持、建筑全生命周期信息查詢、城市建筑保護等方面?；诖嗽O計相應的建筑屬性結構庫，將直接為城鄉(xiāng)規(guī)劃工作的開展提供有利的輔助手段（圖2）。
2.3建筑空間庫的整合和更新流程機制
2.3.1建筑空間圖形與屬性整合流程在梳理各類建筑空間數(shù)據(jù)的流轉階段、制定數(shù)據(jù)存儲和應用標準的基礎上，須對所有的數(shù)據(jù)進行全面整合。整合的主要工作包括完成各階段數(shù)據(jù)信息采集、圖形轉換和信息補充調查等，工作流程如下：（1）圖形整合：以現(xiàn)狀地形圖為基礎，完成建筑物GIS要素建庫，對地形圖尚未更新的建筑物，結合定位紅線、竣工驗線以及遙感影像圖，輔以現(xiàn)狀補充調查進行補充要素，完成區(qū)域內建筑物圖形整合。（2）屬性要素錄入：根據(jù)建筑空間數(shù)據(jù)庫建庫的要求，完成建筑物屬性項目經(jīng)濟技術指標，單體建筑物的經(jīng)濟技術指標，單體內信息的屬性錄入。
（3）信息關聯(lián)：在完成項目圖形和屬性錄入的基礎上，根據(jù)項目信息及單體信息，關聯(lián)規(guī)劃主管部門的審批信息、圖形材料和文本材料信息，使建筑空間數(shù)據(jù)庫的內容與規(guī)劃信息無縫銜接，并預留端口實現(xiàn)遠期與房產(chǎn)等部門數(shù)據(jù)對接。數(shù)據(jù)整理流程如圖3。2.3.2建筑空間數(shù)據(jù)更新機制研究在整合各階段建筑空間數(shù)據(jù)庫的基礎上，通過分析城鄉(xiāng)規(guī)劃的建設審批流程階段數(shù)據(jù)更新的特點，構建相應的數(shù)據(jù)更新機制，以確保建筑空間數(shù)據(jù)的更新及時、精準。數(shù)據(jù)更新主要設置在以下階段：建設項目總平面圖階段：在項目進入建設項目總平面圖審核時，完成審定總平面圖的規(guī)整、項目范圍與相應建筑輪廓線的上圖、建設項目屬性和建筑單體屬性關聯(lián)錄入等三方面工作，該階段所有建筑標識為在報狀態(tài)。
建設工程規(guī)劃許可階段：在建設項目核發(fā)建設工程許可之后，完成定位紅線規(guī)整及上圖、定位圖中建筑輪廓線取代原總圖建筑輪廓線并錄入相應屬性等兩方面工作，該階段的建筑物標識為在建狀態(tài)；竣工驗收許可階段：在建設項目核發(fā)竣工許可之后，完成竣工驗線圖規(guī)整及上圖、竣工圖建筑輪廓線替換原定位圖建筑輪廓線并錄入相應屬性等兩方面工作，該階段的建筑物標識為已建狀態(tài)，從而實現(xiàn)建設項目生命周期內的建筑空間數(shù)據(jù)更新（圖4）。
3實證案例
3.1建筑空間數(shù)據(jù)庫構建——以長沙市湘江新區(qū)為例
為全面掌握城市建筑空間分布特征，長沙市開展建筑空間數(shù)據(jù)庫應用研究。本研究結合城市建設過程規(guī)劃管理部門審批的圖形和審批屬性，構建以湘江新區(qū)為試點區(qū)域的建筑空間數(shù)據(jù)庫。本研究共錄入竣工驗線圖建筑物4398棟，定位紅線圖建筑物3970棟，全要素地形圖和線化地形圖建筑物91484棟，結合衛(wèi)星影像對現(xiàn)存建筑物進行補充，核查補錄建筑物3112棟，結合建筑物使用功能及城鄉(xiāng)規(guī)劃用地分類標準，對建筑物建筑性質進行類別劃分，完成建筑性質、建筑年代、高度、材質等信息的錄入，形成長沙市湘江新區(qū)全面的建筑空間數(shù)據(jù)庫，并在此基礎上，完成長沙市建筑空間數(shù)據(jù)管理平臺研發(fā)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)編輯和數(shù)據(jù)分析功能，實現(xiàn)建筑數(shù)據(jù)在規(guī)劃審批、編制中的輔助決策作用（圖5）。
3.2建筑空間數(shù)據(jù)庫應用
建筑空間數(shù)據(jù)庫建成后，可以在城市建筑容量分析、城市空間形態(tài)研究、公共配套設施服務范圍評估、項目選址分析、建設用地儲備，規(guī)劃編制、規(guī)劃修改等規(guī)劃實施全過程開展服務和應用，并且可以結合規(guī)劃審批的需求，及時提取和分析相關數(shù)據(jù)，為城鄉(xiāng)規(guī)劃發(fā)展和決策提供重要定量依據(jù)，建筑空間數(shù)據(jù)的應用體系見圖6。3.2.1城市建筑容量分析建筑空間數(shù)據(jù)庫具有建筑信息詳盡的特點，可以快速提取特定區(qū)域的建筑現(xiàn)狀信息，且可以對已實施的城鄉(xiāng)總規(guī)、分區(qū)規(guī)劃和控制性規(guī)劃范圍內的建筑物容積率、建筑密度、建筑高度、各類建筑物用地面積與建筑面積等控制性指標進行核算，通過建筑物信息建庫和屬性錄入，建筑物樓層、建設年代、建筑性質、基底面積、建筑總面積等方面信息都可在地理空間上進行自定義統(tǒng)計，且通過與控制性詳細規(guī)劃、衛(wèi)星影像等圖形進行疊加，能夠快速導出相應的建設經(jīng)濟指標，服務于規(guī)劃編制的數(shù)據(jù)支持（圖7）。3.2.2規(guī)劃實施效果評估通過對片區(qū)內的建筑容積率、建筑密度、建筑高度、各類建筑面積等控制指標進行核算，并與相應規(guī)劃的指標進行對比，可對規(guī)劃的實施效果進行評價，為規(guī)劃修改與調整、規(guī)劃管理與政策安排提供依據(jù)（圖8）。
3.2.3城市空間形態(tài)研究根據(jù)建筑空間信息庫內不同年代建筑物空間分布，構建建筑空間拓展等時線，從而分析城市空間邊界的演化方向和演化加速度，直觀可視化的把握城市的發(fā)展過程（圖9）。通過特定視角下的建筑高度分布分析，可以演化得出城市建筑高度分布天際線，服務于建設項目審批過程，為塑造優(yōu)美城市景觀、天際線、最終構建城市建筑體系起到輔助作用（圖10）。
4展望
建筑空間信息資源的整合改善了城鄉(xiāng)規(guī)劃輔助手段，提高了規(guī)劃編制、規(guī)劃審批、批后管理等業(yè)務實施精準可靠性，為科學規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持。但隨著技術的進步、城鄉(xiāng)建設的飛速發(fā)展，城鄉(xiāng)規(guī)劃管理工作面臨更高的要求。建筑信息資源整合須立足高點，在滿足多用戶的使用和共享的同時，又要滿足建筑信息的深度挖掘的需要。信息資源的廣覆蓋和深挖掘是一項復雜的命題，建筑空間信息資源整合更是規(guī)劃信息化工作的一項長期任務，是一個不斷循環(huán)和提高的過程。在這個過程中，困難與挑戰(zhàn)并存，為滿足人們對信息深層次的追求，建筑空間信息數(shù)據(jù)庫未來工作應從以下方面開展深入研究。
4.1建筑信息多維信息管理
結合BIM和城市仿真的發(fā)展需求，建立“二維”+“三維”的數(shù)據(jù)瀏覽、查詢和展現(xiàn)形式，實現(xiàn)建設項目的項目單元、樓棟單元，樓層單元的建筑信息精細化管理。以3DVP三維地理信息系統(tǒng)內核為基礎，實現(xiàn)城鄉(xiāng)規(guī)劃管理業(yè)務系統(tǒng)與三維平臺之間的無縫集成，支持二三維視圖同步聯(lián)動、二三維信息融合查詢、三維規(guī)劃空間分析等圖文交互功能，為規(guī)劃管理提供多元化的空間信息參考，增進審批決策的科學性（圖14）。
4.2“建筑信息數(shù)據(jù)庫+”應用模式
建筑物管理的信息化、智能化，構建了“智慧城市”的物理底層基礎，而為了進一步豐富建筑物信息的內涵，需要探索建筑物信息與其他行業(yè)信息的整合，如能源使用信息、人動和居住信息、交通信息等，形成“建筑信息數(shù)據(jù)庫+”應用模式，從而探索建筑空間數(shù)據(jù)庫在規(guī)劃編制、規(guī)劃審批、批后管理和實施評估等階段及其他各行業(yè)的廣泛應用（圖15）。
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海量空間數(shù)據(jù)存儲
(一)空間數(shù)據(jù)存儲技術
隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，空間數(shù)據(jù)庫技術也得到了很大的發(fā)展，并出現(xiàn)了很多新的空間數(shù)據(jù)庫技術(黃釗等，2023)，其中應用最廣的就是用關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)來管理空間數(shù)據(jù)。
用關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來管理空間數(shù)據(jù)，主要解決存儲在關系數(shù)據(jù)庫中的空間數(shù)據(jù)與應用程序之間的數(shù)據(jù)接口問題，即空間數(shù)據(jù)庫引擎(SpatialDatabase Engine)(熊麗華等，2023)。更確切地說，空間數(shù)據(jù)庫技術是解決空間數(shù)據(jù)對象中幾何屬性在關系數(shù)據(jù)庫中的存取問題，其主要任務是:
(1)用關系數(shù)據(jù)庫存儲管理空間數(shù)據(jù);
(2)從數(shù)據(jù)庫中讀取空間數(shù)據(jù)，并轉換為GIS應用程序能夠接收和使用的格式;
(3)將GIS應用程序中的空間數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)庫，交給關系數(shù)據(jù)庫管理。
空間數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)存儲主要有三種模式:拓撲關系數(shù)據(jù)存儲模式、Oracle Spatial模式和ArcSDE模式。拓撲關系數(shù)據(jù)存儲模式將空間數(shù)據(jù)模春存在文件中，而將屬性數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，二者以一個關鍵字相連。這樣分離存儲的方式由于存在數(shù)據(jù)的管理和維護困難、數(shù)據(jù)訪問速度慢、多用戶數(shù)據(jù)并發(fā)共享沖突等問題而不適用于大型空間數(shù)據(jù)庫的建設。而OracleSpatial實際上只是在原來的數(shù)據(jù)庫模型上進行了空間數(shù)據(jù)模型的擴展，實現(xiàn)的是“點、線、面”等簡單要素的存儲和檢索，所以它并不能存儲數(shù)據(jù)之間復雜的拓撲關系，也不能建立一個空間幾何網(wǎng)絡。ArcSDE解決了這些問題，并利用空間索引機制來提高查詢速度，利用長事務和版本機制來實現(xiàn)多用戶同時操縱同一類型數(shù)據(jù)，利用特殊的表結構來實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無縫集成等(熊麗華等，2023)。
ArcSDE是ESRI公司開發(fā)的一個中間件產(chǎn)品，所謂中間件是一個軟件，它允許應用元素通過網(wǎng)絡連接進行互操作，屏蔽其下的通訊協(xié)議、系統(tǒng)結構、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和其他應用服務。中間件位于客戶機/服務器的操作系統(tǒng)之上，管理計算資源和網(wǎng)絡通訊，并營造出一個相對穩(wěn)定的高層應用環(huán)境，使開發(fā)人員可以集中精力于系統(tǒng)的上層開發(fā)，而不用過多考慮系統(tǒng)分布式環(huán)境下的移植性和通訊能力。因此，中間件能無縫地連入應用開發(fā)環(huán)境中，應用程序可以很容易地定位和共享中間件提供的應用邏輯和數(shù)據(jù)，易于系統(tǒng)集成。在分布式的網(wǎng)絡環(huán)境下，客戶端的應用程序如果要訪問網(wǎng)絡上某個服務器的信息，而服務器可能運行在不同于客戶端的操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。此時，客戶機的應用程序中負責尋找數(shù)據(jù)的部分只需要訪春擾問一個數(shù)據(jù)訪問中間件，由該中間件完成網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)或服務的查找，然后將查找的信息返回給客戶端(萬定生等，2023)。因此，本系統(tǒng)實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫存儲的基本思想就是利用ArcSDE實現(xiàn)各類空間數(shù)據(jù)的存儲。
目旦森耐前，空間數(shù)據(jù)存儲技術已比較成熟，出現(xiàn)了許多類似ArcSDE功能的中間件產(chǎn)品，這些軟件基本上都能實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫存儲與管理，但對于海量空間數(shù)據(jù)的存儲，各種軟件性能差別較大。隨著數(shù)據(jù)量的增長，計算機在分析處理上會產(chǎn)生很多問題，比如數(shù)據(jù)不可能一次完全被讀入計算機的內存中進行處理。單純依賴于硬件技術，并不能滿足持續(xù)增長的數(shù)據(jù)的處理要求。因此需要在軟件上找到處理海量數(shù)據(jù)的策略，并最終通過軟硬件的結合完成對海量數(shù)據(jù)的處理。在海量數(shù)據(jù)存儲問題上，許多專家從不同側面進行過研究，Lindstrom在地形簡化中使用了外存模型(Out-of-core)技術;鐘正采用了基于數(shù)據(jù)分塊、動態(tài)調用的策略;汪國平等人在研究使用高速網(wǎng)絡進行三維海量地形數(shù)據(jù)的實時交互瀏覽中，采用了分塊、多分辨率模板建立模型等方法。這些技術、方法已經(jīng)在各自系統(tǒng)上進行了研究和實現(xiàn)。本系統(tǒng)采用的ArcSDE軟件基本上也是采用分塊模型的方法，具體存儲和操作不需要用戶過多了解，已經(jīng)由ArcSDE軟件實現(xiàn)。因此，對海量數(shù)據(jù)的存儲管理，更需要從數(shù)據(jù)的組織方式等方面進行設計。塔里木河流域生態(tài)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采集了大量的遙感影像、正射影像等柵格結構的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有很大的數(shù)據(jù)量，為適應流域空間基礎設施的管理需要，采取一種新的方式來管理、分發(fā)這些海量數(shù)據(jù)以適應各部門的快速瀏覽和管理需要。
(二)影像金字塔結構
影像數(shù)據(jù)庫的組織是影像數(shù)據(jù)庫效率的關鍵，為了獲得高效率的存取速度，在數(shù)據(jù)的組織上使用了金字塔數(shù)據(jù)結構和網(wǎng)格分塊數(shù)據(jù)結構。該技術主導思想如下:
(1)將數(shù)據(jù)庫中使用到的紋理處理成為大小一致的紋理塊;
(2)為每塊紋理生成5個細節(jié)等級的紋理，分別為0、1、2、3、4，其中1級紋理通過0級紋理1/4壓縮得到，2級紋理通過1級紋理1/4壓縮得到，…，以此類推;
(3)在顯示每個塊數(shù)據(jù)之前，根據(jù)顯示比例的大小，并以此決定該使用那一級的紋理;
(4)在內存中建立紋理緩沖池，使用LRU算法進行紋理塊的調度，確保使用頻率高的紋理調度次數(shù)盡可能少。
(三)影像數(shù)據(jù)壓縮
影像數(shù)據(jù)壓縮有無損壓縮和有損壓縮兩個方法，具體采取哪種壓縮方法需根據(jù)具體情況確定。對于像元值很重要的數(shù)據(jù)，如分類數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)等采用無損壓縮(即LZ77算法)，否則采用有損壓縮(即JPEG算法)。通過對影像數(shù)據(jù)的壓縮，一方面可以節(jié)約存儲空間，另一方面可以加快影像的讀取和顯示速度。影像數(shù)據(jù)的壓縮一般與構建金字塔同時進行，在構建影像金字塔過程中自動完成數(shù)據(jù)的壓縮。
關于空間數(shù)據(jù)庫設計方法的介紹到此就結束了，不知道你從中找到你需要的信息了嗎 ？如果你還想了解更多這方面的信息，記得收藏關注本站。
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