摘  要： 為滿足對(duì)水土流失相關(guān)數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)與管理的需求以及支撐水土流失評(píng)價(jià)業(yè)務(wù),，需要建立高效的水土流失評(píng)價(jià)空間數(shù)據(jù)庫。首先介紹了建立水土流失評(píng)價(jià)空間數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵技術(shù)（ArcGIS空間數(shù)據(jù)庫引擎（ArcSDE）和Oracle）,，接著從數(shù)據(jù)內(nèi)容,、系統(tǒng)架構(gòu)、建設(shè)原則,、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方面詳細(xì)闡述了該空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),，最后介紹了數(shù)據(jù)的檢查及入庫工作。實(shí)踐表明,，建立的數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了對(duì)水土流失評(píng)價(jià)相關(guān)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)與管理,，可滿足實(shí)用需求。

　　關(guān)鍵詞： 空間數(shù)據(jù)庫引擎,；空間數(shù)據(jù)庫,；水土流失評(píng)價(jià),；數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

0 引言

　　水土保持是生態(tài)環(huán)境建設(shè)的核心內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要保障,。水土流失預(yù)防與治理是水土保持的基本措施,，分別針對(duì)尚未發(fā)生和已經(jīng)存在水土流失的地域，水土流失評(píng)價(jià)是其中的先導(dǎo)性工作,，對(duì)提升水土流失防治的決策水平具有重要意義[1],。與水土流失有關(guān)的數(shù)據(jù)是水土流失評(píng)價(jià)的依據(jù)，數(shù)據(jù)庫建設(shè)與管理的水平直接決定這項(xiàng)工作的可靠性與效率,。

　　本文依托國家十二五科技支撐計(jì)劃課題“南方紅壤水土保持評(píng)價(jià)與決策”（2013BAC08B02）,，以福建省長汀縣為實(shí)證研究區(qū)域，針對(duì)水土流失評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的特點(diǎn),，集成ArcGIS空間數(shù)據(jù)庫引擎（ArcSDE）和Oracle數(shù)據(jù)庫技術(shù),，設(shè)計(jì)與建立了支撐水土流失評(píng)價(jià)的大型專題數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)多源,、海量地理空間數(shù)據(jù)和實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)的統(tǒng)一,、高效管理。

1 空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)

　　1.1 空間數(shù)據(jù)庫引擎

　　ArcSDE是ESRI公司推出的針對(duì)國際上各主要大型數(shù)據(jù)庫平臺(tái)的空間數(shù)據(jù)庫引擎,，是目前使用最廣泛,、性能最穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)庫引擎之一。它是借助關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）管理空間數(shù)據(jù)的中間件,，也是一種空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法,，其本身并不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)[2]。ArcSDE位于GIS應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間,，是各種格式的空間數(shù)據(jù)出入大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的通道和橋梁,。利用ArcSDE，用戶既可以將不同形式的空間數(shù)據(jù)提交給數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理,，也可以從數(shù)據(jù)庫中獲取各種類型的空間數(shù)據(jù)以滿足客戶端操作需求,。

　　1.2 Oracle數(shù)據(jù)庫

　　Oracle數(shù)據(jù)庫是Oracle公司于20世紀(jì)70年代后期推出的一款RDBMS的高端產(chǎn)品，目前最新的版本為Oracle 11g,，它具有良好的體系結(jié)構(gòu),、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力、豐富實(shí)用的功能和許多創(chuàng)新特性,，高可靠性,、高安全性、高性能[3]（包括出色的數(shù)據(jù)管理能力以及對(duì)數(shù)據(jù)倉庫,、在線分析與數(shù)據(jù)挖掘功能的支持）是其相對(duì)優(yōu)勢(shì),。

2 數(shù)據(jù)庫總體設(shè)計(jì)

　　2.1 數(shù)據(jù)內(nèi)容分析

　　水土流失評(píng)價(jià)涉及基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、水土流失評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其中水土流失評(píng)價(jià)（采用RUSLE模型[4-5]）業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)又包括評(píng)估測(cè)算水土流失強(qiáng)度的降雨侵蝕力,、土壤可蝕性,、坡度、坡長,、植被覆蓋和水保措施6個(gè)因子方面的數(shù)據(jù)。表1列出了本文所設(shè)計(jì)和建立的水土流失評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫包含的具體數(shù)據(jù)內(nèi)容,。

　　2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫總體框架結(jié)構(gòu)的核心部分,，它決定數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性[6]。水土流失評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫采用標(biāo)準(zhǔn)的3層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，如圖1所示,。

　　（1）數(shù)據(jù)層,。數(shù)據(jù)層用來存儲(chǔ)水土流失評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)的各種相關(guān)數(shù)據(jù),，采用ArcSDE和Oracle技術(shù)對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的存儲(chǔ)和管理，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的基本操作,。

　?。?）邏輯層。在VS2010開發(fā)環(huán)境下,，采用C#編程語言開發(fā)水土流失評(píng)價(jià)應(yīng)用系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊,，為系統(tǒng)應(yīng)用提供邏輯支持。

　?。?）應(yīng)用層,。應(yīng)用層專門實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)表現(xiàn)，專注于與用戶的交互功能,，使各個(gè)功能的操作簡單,、明了，且應(yīng)最大限度降低應(yīng)用層的數(shù)據(jù)處理工作,。

　　2.3 系統(tǒng)建設(shè)原則

　　水土流失評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,，其建設(shè)過程復(fù)雜、繁瑣,。為了提高數(shù)據(jù)庫的建設(shè)效率和使用性能,，本數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與建設(shè)過程中遵循下列原則：

　　（1）空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)相結(jié)合的原則,。

　?。?）共享度高、冗余度低的原則,。

　?。?）系統(tǒng)可靠性、安全性與完整性原則。

　?。?）系統(tǒng)具有可修改,、可擴(kuò)充性原則。

　　2.4 數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)

　　空間數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)包括空間數(shù)據(jù)邏輯設(shè)計(jì)和屬性數(shù)據(jù)邏輯設(shè)計(jì),?？臻g數(shù)據(jù)邏輯設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是將空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織,，從用戶的觀點(diǎn)描述空間數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu),，其過程分為橫向的圖塊劃分設(shè)計(jì)和縱向的圖層劃分設(shè)計(jì)。本數(shù)據(jù)庫中針對(duì)空間數(shù)據(jù)主要進(jìn)行圖層劃分,，前述影響水土流失的6個(gè)因子分別劃分為6個(gè)相應(yīng)的圖層,。圖層劃分是將具有相同幾何特征和相同屬性特征的數(shù)據(jù)分為一層，表示地理特征以及描述這些特征的屬性的邏輯意義上的集合,，有利于提高各個(gè)地理要素的靈活性和顯示的速度,。

　　本數(shù)據(jù)庫的屬性數(shù)據(jù)包括要素層屬性數(shù)據(jù)和項(xiàng)目屬性數(shù)據(jù)。其中,，要素層屬性數(shù)據(jù)包括土壤類型數(shù)據(jù),、土地利用類型數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù),、調(diào)查樣區(qū)數(shù)據(jù),、調(diào)查樣點(diǎn)數(shù)據(jù)等；項(xiàng)目屬性數(shù)據(jù)主要包括用戶數(shù)據(jù),。由于文章篇幅限制,，這里僅列出土壤類型數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)表，如表2所示,。

　　2.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)前面數(shù)據(jù)內(nèi)容的分析,，本數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)包含空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和文件數(shù)據(jù),，不同類型的數(shù)據(jù)其存儲(chǔ)方式不同,。空間數(shù)據(jù)采用Geodatabase數(shù)據(jù)模型[7]（ArcGIS8中引入的,、建立在關(guān)系型DBMS之上的,、統(tǒng)一的、智能化的,、全新的空間數(shù)據(jù)模型）通過ArcSDE存儲(chǔ)到Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫中,，其中矢量數(shù)據(jù)采用要素?cái)?shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，柵格數(shù)據(jù)采用柵格數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)和Tin數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)存儲(chǔ),。屬性數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫的屬性表中,。文件數(shù)據(jù)（其大小是可變的）上傳到關(guān)系數(shù)據(jù)庫的變長字段中,，便于共享和管理。

　　2.6 數(shù)據(jù)庫功能設(shè)計(jì)

　?。?）數(shù)據(jù)管理,。該模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)添加、數(shù)據(jù)刪除,、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及元數(shù)據(jù)管理等功能,。

　　（2）基本地圖操作,。該模塊實(shí)現(xiàn)針對(duì)各種地理空間數(shù)據(jù)的瀏覽,、放大、縮小,、漫游、全圖,、圖和屬性互查,、屬性顯示等功能。

　?。?）水土流失評(píng)價(jià),。水土流失評(píng)價(jià)功能是整個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心功能，主要包括水土流失敏感性評(píng)價(jià)功能和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估功能,。

　?。?）用戶管理。該模塊實(shí)現(xiàn)各類用戶的添加,、刪除,、更新、查詢等功能,。本系統(tǒng)的用戶分為政府機(jī)構(gòu)人員,、研究人員和普通大眾三類，不同類型的用戶擁有不同的權(quán)限,。

　　2.7 元數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

　　元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù),，用于描述數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量,、表示方式,、空間參照、管理方式,、數(shù)據(jù)的所有者,、提供方式以及數(shù)據(jù)集的其他特征[8]?？臻g元數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)地理空間信息共享的核心標(biāo)準(zhǔn)之一,，它可以幫助人們有效地定位、評(píng)價(jià)、獲取和使用地理相關(guān)數(shù)據(jù),，實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的集成與共享,。本數(shù)據(jù)庫的元數(shù)據(jù)采用關(guān)系表在Oracle數(shù)據(jù)庫中單獨(dú)存儲(chǔ)，并與對(duì)應(yīng)的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián),。元數(shù)據(jù)的內(nèi)容參考美國聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(huì)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),，如圖2所示。

3 數(shù)據(jù)檢查與入庫

　　3.1 數(shù)據(jù)檢查

　　矢量數(shù)據(jù)包括長汀縣區(qū)劃數(shù)據(jù),、降雨數(shù)據(jù),、土壤類型數(shù)據(jù)和土地利用類型數(shù)據(jù)，主要對(duì)其位置,、屬性信息和拓?fù)潢P(guān)系的合理性,、準(zhǔn)確性和完整性進(jìn)行檢查，并依據(jù)長汀縣區(qū)劃圖進(jìn)行圖層配準(zhǔn)和范圍裁剪,。柵格數(shù)據(jù)包括長汀縣DEM數(shù)據(jù),、坡度數(shù)據(jù)、坡長數(shù)據(jù)和植被覆蓋數(shù)據(jù),，主要檢查其坐標(biāo)系,、分辨率、像素值等的合理性,、準(zhǔn)確性和完整性,，并建立柵格金字塔。屬性數(shù)據(jù)包括實(shí)地調(diào)查與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),，主要檢查數(shù)據(jù)的完整性和邏輯一致性,。

　　3.2 數(shù)據(jù)入庫

　　經(jīng)過反復(fù)的數(shù)據(jù)檢查和數(shù)據(jù)處理，在確保數(shù)據(jù)質(zhì)量符合要求后,，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫,。入庫工作在ArcCatalog中完成，利用ArcCatalog的“添加空間數(shù)據(jù)庫連接”選項(xiàng)連接已經(jīng)建立的Oracle數(shù)據(jù)庫,，通過ArcSDE通道實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的入庫和查詢等工作,。

4 結(jié)論

　　空間數(shù)據(jù)庫是支撐GIS應(yīng)用的基礎(chǔ)，空間數(shù)據(jù)的多源和海量特性增加了建立和維護(hù)空間數(shù)據(jù)庫的難度,。本文集成ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎與Oracle數(shù)據(jù)庫技術(shù),，構(gòu)建的水土流失評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、高效管理,，能夠滿足水土流失評(píng)價(jià)的需求,，所使用的策略對(duì)同類數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與建設(shè)具有一定的參考價(jià)值。

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