1 城市基础地理信息数据库的内容
城市基础地理信息数据库主要应包括以下7个数据库:控制测量成果库 (CSP) ;数字线划矢量数据库 (DLG) ;数字正射影像数据库 (DOM) ;数字高程模型数据库 (DEM) ;数字栅格图数据库 (DRG) ;地名数据库 (PN) ;元数据库 (MD) 。基础地理信息数据库还可包括管线、规划、地质等相关数据。
数字线划地图数据库主要包括道路、境界、水系、土地利用等基本矢量数据, 建立以影像为基底、矢量数据进行分析的城市基础地理信息数据库, 可以直观、方便的完成城市空间信息的查询、分析及各种应用服务。在基本要素中加入各种专业属性信息, 使空间信息与属性信息有机的融合, 实现了空间与非空间信息的统一。对于需求基本要素之外要素的用户, 可以调用航摄影像库及控制成果库中的航摄影像及定向参数, 快速恢复立体模型, 实现其它要素的便捷提取, 满足不同用户对空间信息的需求。
正射影像具有精度高、信息丰富、真实直观、获取快捷等优点, 利用正射影像可以便捷提取城市所需要的各类空间地理信息、自然资源信息及其它派生信息;可以为城市的空间基础设施建设及社会公众提供空间信息等服务。把正射影像与数字高程模型数据进行叠加, 可以真实再现城市自然景观, 并为城市规划、建设等部门提供信息丰富的空间地理数据。
地名作为最直观、高度概括的信息, 是自然和经济信息的特殊载体, 是人们生活、交往不可缺少的工具, 可为语言学、地理学、历史学、民族学等学科的研究提供宝贵资料。地名数据库是一个空间定位型的关系数据库, 它存储和管理各类地名信息, 包括行政区划、居民地、河流、湖泊、风景名胜、自然保护区的名称、行政归属、沿革和历史、类别和级别、审定日期和坐标等。它是联系社会、经济信息和空间信息的纽带, 是空间数据基础设施建设的重要组成部分。
2 矢量数据库的逻辑层次
矢量地形图数据作为数字线划图的主要组成部分, 用以表示城市的基本面貌并作为各种专题数据统一的空间定位载体, 包括测量控制点和城市地形、交通、水系、境界、居民地、植被等核心地理要素。矢量数据库的逻辑关系可以设计如下。
2.1 矢量地形图数据子库
矢量地形图数据子库的划分可以依据城市在建立城市基础地理信息系统时使用的矢量地形图数据的比例尺来进行, 如有的城市有1∶500、1∶2000和1∶10000的矢量数据, 就可划分为3个子库, 分别为1∶500地形图子库、1∶2000地形图子库、1∶10000地形图子库;而有的城市可能只有1∶500和1∶10000的矢量数据, 那其地形图子库就有1∶500地形图子库和1∶10000地形图子库两种了。
2.2 矢量地形图数据大类
根据通常应用的需要, 将基础数据库中的矢量数据按地形实体的大类进行逻辑分组, 每一个逻辑组就是一个矢量地形图数据大类。矢量数据按照国标可以分为控制点、居民地、交通、水系等几个大类。一个大类中的空间实体数据在逻辑上被看作属于同一范围, 其代码的第一位都相同, 往往被同时应用。
2.3 矢量数据图层
一个矢量地形图数据大类通常包含多个空间实体类型, 可以再根据实体的类型 (点、线、面) 和实体在数据中的意义 (辅助信息、主要信息) 划分出具体的逻辑层, 一个逻辑层还可以含有一个注记层。
2.4 矢量数据实体
矢量数据实体作为单个图层中的独立单元, 包含图形数据 (几何属性) 和非图形数据 (非几何属性) 。图形数据一般指实体的地理位置和形状, 非图形数据包括标量属性 (如高程、面积、长度的数据及实体的编码数据等) 和名称属性 (如道路名称、河流名称等) 。地理实体按几何形状分为点、线、面三种基本类型, 这种分类法对于地理实体的特征描述和编码表示很合适。例如点类有控制点、独立地物点等, 线类有道路、地类分界线、管线等, 而面类有行政区域、建筑物、绿化带等。
3 面向更新的矢量时空数据库设计
地理信息系统中, 时间、空间和属性是信息的三种基本成分, 随着地理信息系统应用领域的不断扩大, 对数据的处理提出了更高的要求, 要能够保存并有效地管理历史变化数据, 以方便将来重建历史状态、跟踪变化、预测未来I’91, 这样的地理信息系统应支持信息的时态性, 对时空数据进行统一的模拟和管理, 称为时态地理信息系统 (TGIS) 。基础地理信息系统信息量大, 需要定期对数据进行更新并保存历史数据, 是一种典型的时态地理信息系统。
时空数据按照其生存的时间来分可分为现状数据和历史数据。现状数据是指其生命周期至今还没有终止的目标所产生的信息, 历史数据是指其生命周期到目前已终止的目标所产生的信息。根据常理, 人们关心的一般是现在的情况, 只有当考察区域历史变化或其它特定目的时才对历史数据感兴趣, 应该说将它们分开存储管理比较方便, 数据查询效率较高。
因此, 在基础地理数据库中创建2个表达不同时态的数据库:现状数据库 (现在时态) 和历史数据库 (过去时态) 。
与地籍、地名属性信息很多, 可追溯性很强的信息不同, 矢量地形图着重表示一个区域指定时间的地形面貌。所以在存储地形图时空信息时, 图形信息不可丢失, 至于某个地形图要素是如何变化而来的并不重要。因此本文的研究中, 地形图上某个要素只要其图形信息或属性信息或图形属性之一发生了变化, 就视为该要素的生命周期终止, 改变后的新要素生命周期开始。
现状数据库中保存对象的最新数据, 即现势数据。现状数据库中的对象作为基态, 处于最频繁操作的状态。现状数据库是操作对象的现在时态的空间和属性信息, 数据库中的每个元组都处于“激活”状态, 是数据库当前操作对象。历史数据库保存对象的历史数据。一个对象当由一事件引起变化后, 其最新的状态被存入现状数据库中。当变化的所有条件成立时, 事件将会按时间顺序排列, 将相对基态的修正值存入历史数据库中。此外, 历史数据库还需要存储数据更新的时间、更新的范围和位置、数据存放的位置等信息。历史数据库和现状数据库的划分有利于历史数据的回溯。随着时间的推移, 现状要素不断产生进入现状数据库, 旧的要素不断被更新成为历史要素而进入历史数据库。为了实现对现状数据库的更新与历史数据的回溯, 需要设立临时数据库用来存储用户操作过程中产生的临时数据。用户在对数据库进行某项操作过程中, 某些突发事件可能会造成原始数据的破坏, 如果直接对现状数据库进行操作, 可能会造成不可估量的损失。通过设立临时数据库, 将用户操作中所需数据先转移到临时数据库, 处理过程中所产生的数据也保存在临时数据库, 处理结束后通过检核的数据可以进入现状数据库, 这样可以最低限度地减少对原始数据的破坏。
为了保证数据的准确性与完整性, 不允许直接操作现状数据库, 而将待更新数据复制一份提取到临时数据库, 在临时数据库中进行更新, 当更新符合要求时再确认更新现状数据库。
历史数据回溯时也需要首先将现状数据和历史数据分别从现状数据库和历史数据库中提取出来, 在临时数据库中进行历史的再现。三库之间的功能关系如图1所示。
历史数据库与现状数据库的逻辑结构相同, 矢量数据在其中也是分层存储的, 这样的存储方式便于历史数据的存储和管理, 以及历史数据的回溯。临时数据库只保存数据更新和历史回溯过程中产生的临时数据, 因此不需要有固定的逻辑结构。基础地理信息系统中的时空数据库逻辑设计如图2所示。
摘要：本文基于笔者多年从事地理信息系统的相关工作经验, 以城市基础矢量数据库设计为研究对象, 研究分析了城市时空矢量数据库的设计思路, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词：更新,矢量,数据库,设计
参考文献
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