城市空间数据库设计

海口市城市规划设计研究院 韩平 城市空间数据库设计 海口城市规划设计研究院 韩平 摘要:本文通过城市空间数据库功能分析, 建设规范、可靠、现时、共享的城市空间数据库

关键词: 城市空间数据, 结构设计

在我国城市化发展的过程中，不同部门、组织积累了大量的空间数据信息，但这些数据分散、标准不一，且多以纸张为数据载体，信息检索、数据共享难度大，随时间的推移数据保存也成问题。另一方面，随着计算机软硬件及网络技术的发展，数据库技术飞速发展，已能建立处理海量数据的分布式数据库管理系统，这些都使得建立面向城市级应用的空间数据库系统成为可能。 城市空间数据库用于存贮、管理城市空间信息和属性信息，同时也是GIS（地理信息系统）的数据源，面向GIS的各种应用服务。城市空间数据的应用流程如图1所示。

图1 城市空间数据的应用流程 一、软件选型 城市空间数据库需要集成的数据包括多种基本比例尺的地形图数据、地名数据、数字栅格地图数据、数字正射影像数据、和数字高程数据等，总共的数据量达到GB甚至TB级。借鉴国内外成功建库经验，城市空间数据库系统采用ESRI体系的ArcGIS作为GIS平台，采用Oracle 9i + ArcSDE用作数据存储；通过COM接口实现数据入库；采用MapObjects作为系

动态监测三维可视 决策支持工程管理ArcSDE Oracle元数据库G P S 手工数字化野外测量数据存储数据获取格式转换遥 感摄影测量统计资料DLG库DEMDRGDOM库专题库1、2。。。.N

应用服务数据接口GIS平台 海口市城市规划设计研究院 韩平 统应用的开发接口，实现数据库的调用和查询，以及后期应用系统的开发。 二、城市空间数据库功能分析

A．空间数据库的管理功能 空间数据库管理系统主要是从对数据库的安全、组织、更新、时态等几个方面对空间数据进行科学的管理，使用户可以合理的合法的使用空间数据，真正做到空间数据的共享。 数据库的安全管理：结合关系数据库的用户管理机制，建立角色和用户，同时定制对象、功能、和区域权限，保证数据的安全性。 灵活的更新功能：可以按照标准的地形图更新数据，也可以自定义范围更新数据。 历史数据的浏览：可以方便的浏览任意时刻的历史数据，也可以对历史数据做删除、合并的操作。 B．空间数据库的综合应用 空间数据的应用功能包括编辑、分析、制图等主要GIS功能，同时还根据实际应用情况和业务流程定制专业的应用功能。 强大的编辑功能，实现了目前作业中用到的所有编辑功能，同时针对特殊的需要设计相应的功能。 查询分析，灵活、方便的查询、分析和统计的功能。 专业制图，使用户可以根据国家标准的地形图规范生成标准的地形图，也可以对空间分析查询的的结果制作专题地图。 C．空间数据的发布和共享 可以通过（INTERNET、INTRANET）浏览或使用空间数据库中的数据，做到空间数据更大范围的共享。

三、结构设计

城市空间数据库采用一体化的空间数据和属性数据组织方法，按图幅方式进行水平方向的数据组织,分图层进行垂直方向的数据组织。以图幅和图层为单位进行管理，划分的图层在不同图幅中都是一致的。

图2 城市空间数据库结构图 城市空间数据库

基础地理数据库 专题数据库 数字高程模型数据库

数字线划地图数据库河流专题图道路专题图 厂矿企业专题图 经贸营业点专题图 数字正射影像数据库数字栅格图数据库 地名数据库 元数据库

……………………海口市城市规划设计研究院 韩平 在城市空间数据库的建库与系统设计中，考虑用户对界面和操作控制的要求，也为了提高查询速度和数据管理的便利性，数据的组织和管理采用金字塔结构（树状层次结构），顶层是城市总图，比例尺为1:5万，下层依次为1： 1万、1：5000、1：1000、1：500甚至更大比例尺的基础空间数据图，各比例尺基础空间数据分地理基础数据和专题数据两部分，其中基础地理数据包括核心要素地形图(数字线划地图数据库，DLG)、数字栅格图(DRG)、数字高程模型 (DEM)、数字正射影像 (DOM)、地名图，专题数据包括道路专题图、厂矿企业专题图、河流专题图、经贸营业点专题图等。 1、概念结构设计 （1）空间数据库的分层和各层的数据模型

空间数据可分以下几类：

JZWS 建筑物类 DLSJ 道路类 SXSJ 水系类 YXSJ 影象数据类 XZJJ 行政境界类 ……… 对应于数据分类体系的要求，空间数据中矢量共分n层，另加系统中实际的影像数据层数。数据格式采用Arc/Info的Coverage格式转入SDE，空间信息部分的存储由Arc/Info本身定义和管理。各层采纳的数据模型如下：

要素层名称 要素类型

建筑物JZWS Polygon 道路中心线DLZX Line 水系SXSJ Polygon 影象空间范围YXFW Polygon DEM数据DEM Raster 航片影象HP Raster 卫片影象WP Raster 行政境界XZJJ Line ……… （2）属性数据库的划分 属性数据库设计以及其包含的数据表划分如下：

表1 序 号 数据库名称 数据库标识 备 注 1 建筑物属性数据库 JZWDB 2 道路属性数据库 DLSDB 3 水系属性数据库 SXSDB 4 影像数据属性数据库 YXSDB ……… ……… ……… 海口市城市规划设计研究院 韩平 2、逻辑结构设计 本逻辑结构设计针对总体方案确定的系统Arc/Info数据模型，对概念设计的内容进行详细具体的规划布局。 根据总体设计的功能与子系统的划分，对概念设计提出的空间分层方案进行进一步的设计，具体每层的附加属性字段设计为： JZWS层（建筑物） 附加属性：UserID、CODE、层数、高程、类型、所属村庄； DLZX层（道路中心线） 附加属性：UserID、CODE、宽度、通往城镇、； SXSJ层（水系层） 附加属性：UserID、CODE、名称、宽度、流域概况、平均比降、五年一遇洪水 位、五十年一遇洪水位、百年一遇洪水位、最高通航水位、备注； YXFW层（影象范围层） 附加属性：UserID、线路名称、航片图层名、卫片图层名、DEM图层名； ……… 3、物理结构设计 本物理结构设计是对系统中数据存储结构的详细设计。

（1）数据源 本系统空间数据的数据源有几种，一种是在建设系统过程种利用数字摄影测量系统（DPS）生成的空间数据库，包括正射影像数据，一种是用户自身累计的资料，包括设计资料、用户设备工具资料、用户需要管理的历史资料等，第三种是从其他系统转入的数据。 不管那种数据来源，数据进入系统均需执行《数据规范化标准化方案》，数据处理过程和处理结果均要严格符合方案的要求。 （2）数据库的物理存储方式 采用客户/服务器体系。所有的数据都存储在服务器中，用户通过网络在向SDE服务器发出各种服务请求，由SDE再针对众多用户进行协调，并实现不同用户不同权限的身份确认，并向后台数据库进行查询、修改数据等具体功能。 属性数据库存储在数据服务器的Oracle数据库管理系统中。 四、需要注意的问题

1、城市空间数据库信息分类编码 城市空间信息分类编码是城市空间数据库建设过程中一个不可回避的问题，同时也是一个棘手的问题。如果城市空间信息分类编码体系不合理，将增加城市空间数据库建库工作量，影响城市空间数据库的使用和信息共享，甚至将缩短城市空间数据库的生命周期，造成巨大的损失。因此，建立完善的城市空间信息编码体系，对城市空间数据库建设至关重要。 海口市城市规划设计研究院 韩平 城市空间信息分类编码应遵循以下原则： （1）遵从国家标准 （2）兼顾制图与城市专题应用、空间分析 （3）适用性、易用性 （4）科学性、系统性 （5）唯一性、相对稳定性 （6）完整性、可扩展性 （7）不受地形图比例尺的限制 （8）便于系统实现 2、城市空间数据库安全保密设计 （1）用户身份鉴别 在系统数据库中，专门定义了用户数据库，实现对用户的管理。用户数据库的所有者为数据库管理员，除数据库管理员之外，任何人不能读写用户数据库。 在系统功能实现过程中，根据用户数据库，通过对用户的验证，确定登录数据库的用户的合法性，并为其分配响应的权限。 系统将数据划分为不同的安全级别，当用对数据进行插入、编辑或删除操作时，将检查数据用户（操作者）的权限，无相应权限的将无法修改数据。有修改空间数据权限的用户方可对于空间数据和属性数据进行修改，修改采用数据锁定机制，从而避免多个用户对数据库的并发修改，数据锁定在功能实现过程中可以按不同情况采纳记录锁定。 一般用户只能对数据进行读取（浏览），不能更新数据。 带限制条件的用户在数据库管理员给定的限制条件范围内对数据进行相关操作。 （2）备份与恢复 数据备份:对不同的数据采用不同的备份策略，对于变化不频繁的基础数据采取定期备份的方法。 系统恢复:从系统后备介质恢复系统。 数据恢复:从备份的数据库数据恢复。 备份软件和硬件:系统拟采用专用的备份软件和硬件，可以实现无人值守备份。 （3）数据加密方法 为了防止系统中所有用户浏览所有系统信息，保证系统信息的保密性，系统将所有重要的信息都进行加密，阅读时解密即可。 （4）数据防火墙 数据库服务器与Internet用路由器和防火墙从物理上进行隔离，确保数据的安全。在SDE数据服务器登录的用户身份验证的失败次数限定为不超过3次，超过后系统记录试图登录数据库的用户IP号以及其物理地址（网卡号），禁止其再次登录系统。用户禁入后，只有