淺析基于面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)的空間數(shù)據(jù)管理應(yīng)用與設(shè)計(jì)論文
從信息構(gòu)成來(lái)看，與空間位置相關(guān)的數(shù)據(jù)占比80%以上，特別是隨著現(xiàn)代定位技術(shù)、遙感技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以空間數(shù)據(jù)庫(kù)為特征的數(shù)據(jù)類(lèi)型也日趨多樣化，而由此帶來(lái)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理卻面臨新的挑戰(zhàn)。從空間數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀來(lái)看，多為文件、文件管理、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，以及全關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)管理等。在文件管理上，數(shù)據(jù)的安全性、一致性相對(duì)統(tǒng)一，而對(duì)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)及其他混合管理模式來(lái)看，由于數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)是分開(kāi)存儲(chǔ)的，其完整性可能遭到破壞，同樣對(duì)于變長(zhǎng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存取時(shí)，還會(huì)涉及到數(shù)據(jù)處理與二進(jìn)制轉(zhuǎn)換而引起的效率低下問(wèn)題。
1 空間數(shù)據(jù)管理研究現(xiàn)狀
從空間數(shù)據(jù)的管理實(shí)踐中，很多學(xué)者提出了不同的管理思路，尤其是在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)空間數(shù)據(jù)管理上，有學(xué)者提出設(shè)計(jì)基于空間數(shù)據(jù)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù);有學(xué)者提出基于空間數(shù)據(jù)映射的嵌入式SQLite 方法;也有學(xué)者通過(guò)對(duì)遙感影像數(shù)據(jù)的分析，提出基于ArcSDE 技術(shù)的算法。然而，對(duì)于面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)，如SQLServer、Oracle、PostgreSQL 等主流數(shù)據(jù)庫(kù)，因其非結(jié)構(gòu)性特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)存取管理上難以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同字段的直接存取。特別是兩者數(shù)據(jù)庫(kù)在程序設(shè)計(jì)上的不匹配問(wèn)題，也給空間數(shù)據(jù)管理帶來(lái)更長(zhǎng)的時(shí)間消耗，影響空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理效率的提升。
2 空間數(shù)據(jù)管理機(jī)制研究
針對(duì)空間數(shù)據(jù)管理對(duì)象的特殊性，主要分為矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)及影像數(shù)據(jù)三種。在程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)上，多通過(guò)定義RasterLayer 類(lèi)、VectorLayer 類(lèi)和ImageLayer 類(lèi)來(lái)進(jìn)行不同類(lèi)型數(shù)據(jù)的表示。因此，在空間數(shù)據(jù)管理機(jī)制上，也分為三種。第一種是基于矢量的空間數(shù)據(jù)管理機(jī)制，以歐幾里得幾何學(xué)中的點(diǎn)、線(xiàn)、面及組合來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)空間分布表示，并從矢量數(shù)據(jù)精度、存儲(chǔ)冗余度等方面來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化分析。如依照維度變化來(lái)劃分0 維點(diǎn)、1 維線(xiàn)、2 維面;在數(shù)據(jù)表示上用一個(gè)坐標(biāo)來(lái)表示點(diǎn)，用連續(xù)坐標(biāo)點(diǎn)表示線(xiàn)，面是由外邊界和0 到多個(gè)內(nèi)邊界組成，邊界表示成環(huán)，環(huán)由多個(gè)連續(xù)的點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)成。因此在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)中，可以利用CPoint、CLine、CPolygon 來(lái)表示空間數(shù)據(jù)及屬性特征，并通過(guò)建立基于面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)的矢量數(shù)據(jù)庫(kù)檢索機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)的管理。
從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的柵格數(shù)據(jù)來(lái)看，其多為均勻的網(wǎng)格單元，并由相應(yīng)的屬性值來(lái)進(jìn)行表示。如某柵格結(jié)構(gòu)中的點(diǎn)可以由單柵格進(jìn)行表示，其數(shù)值與緊鄰網(wǎng)格值具有差異性;柵格線(xiàn)由連續(xù)的柵格單元構(gòu)成，各個(gè)屬性值具有一致性，但與鄰域柵格值具有差異性;面是由多個(gè)連續(xù)聚集的柵格單元構(gòu)成，區(qū)域內(nèi)柵格值具有一致性，而鄰域柵格值具有差異性。從空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成上，柵格數(shù)據(jù)表達(dá)可以用Cell 表示，每個(gè)柵格單元有行號(hào)、列號(hào)及值三部分，而Grid 表示起始坐標(biāo)、行數(shù)、列數(shù);RasterLayer為柵格數(shù)據(jù)圖層，用于表示空間參考信息。
對(duì)于影像數(shù)據(jù)的管理，可以從其記錄載體上對(duì)不同感知方式、空間尺寸及監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)變化信息進(jìn)行表征，并以圖像方式來(lái)呈現(xiàn)，為后續(xù)影像空間數(shù)據(jù)管理創(chuàng)造條件。通過(guò)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，將Image 類(lèi)作為影像數(shù)據(jù)表達(dá)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)圖像處理函數(shù)實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制文件轉(zhuǎn)換，以便于對(duì)其進(jìn)行快速存取。當(dāng)然，遙感影像數(shù)據(jù)在管理上多以塊為單位，建立基于面向?qū)ο蟮膲K數(shù)據(jù)檢索是實(shí)現(xiàn)存取操作的前提。
3 基于面向?qū)ο罂臻g數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
在對(duì)空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行管理中，需要滿(mǎn)足三項(xiàng)要求，一是對(duì)矢量、柵格及影像數(shù)據(jù)的存取操作;二是滿(mǎn)足對(duì)矢量、柵格、影像數(shù)據(jù)類(lèi)型的定義、檢索與更新;三是實(shí)現(xiàn)對(duì)矢量、柵格、影像數(shù)據(jù)的可視化交互管理。為此，在設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，需要從兩個(gè)方面來(lái)保障協(xié)同管理。
3.1 系統(tǒng)架構(gòu)上的設(shè)計(jì)
根據(jù)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)原型，需要搭建三層數(shù)據(jù)管理架構(gòu)，即基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)層、數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能層及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)層。對(duì)于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)層，主要包括面向?qū)ο蟮氖噶繑?shù)據(jù)庫(kù)、柵格數(shù)據(jù)庫(kù)及影響數(shù)據(jù)等空間數(shù)據(jù)，也是構(gòu)成整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的底層基礎(chǔ);對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能層，主要是滿(mǎn)足基于空間數(shù)據(jù)的`表示、存取、數(shù)據(jù)庫(kù)檢索、空間數(shù)據(jù)更新等要求;對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)層，以滿(mǎn)足對(duì)空間數(shù)據(jù)的表征、控制，增刪空間數(shù)據(jù)、縮放空間數(shù)據(jù)圖層，以及平移等操作，在與空間數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)交互過(guò)程中為用戶(hù)瀏覽提供條件。
3.2 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)
以Visual Studio 軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)Db40 進(jìn)行存取，來(lái)設(shè)計(jì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)模型。在空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)上，利用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)存取方案，分別從點(diǎn)、線(xiàn)、面矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與表征上，建立與db40 數(shù)據(jù)庫(kù)的存取機(jī)制，利用柵格數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)滿(mǎn)足對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)柵格數(shù)據(jù)類(lèi)型的存取，特別是設(shè)計(jì)柵格數(shù)據(jù)庫(kù)檢索與更新機(jī)制，來(lái)實(shí)現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)的快捷、直觀可視化管理;針對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)中不同城市、建筑、邊界等差異，在柵格數(shù)據(jù)表示上，融入高程模型，以亮度來(lái)區(qū)分不同高程區(qū)域，以滿(mǎn)足對(duì)空間數(shù)據(jù)遙感影像的準(zhǔn)確展示。
4 結(jié)語(yǔ)
從本研究對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的分析與應(yīng)用來(lái)看，基于面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上，應(yīng)該滿(mǎn)足矢量空間數(shù)據(jù)、柵格空間數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)換，尤其是在數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)的設(shè)計(jì)上，要避免面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言在空間數(shù)據(jù)表征與執(zhí)行中的效率低下問(wèn)題，通過(guò)建立與空間數(shù)據(jù)庫(kù)不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的檢索與映像，來(lái)快速呈現(xiàn)不同空間數(shù)據(jù)庫(kù)的管理需求，滿(mǎn)足對(duì)空間數(shù)據(jù)多維性、時(shí)態(tài)性要求。當(dāng)然，隨著空間數(shù)據(jù)庫(kù)海量性特征，在建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)空間索引機(jī)制上，著重于對(duì)數(shù)據(jù)檢索效率的提升，解決延時(shí)性問(wèn)題。
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