摘要：由于我國經濟建設和社會發展速度很快, 地形地物等要素不斷變化, 基礎地理數據具有鮮明的現勢特性, 直接制約著其使用價值和使用范圍。因此有必要對地理數據庫的更新進行研究。本文介紹了空間數據庫的基本特點及建庫的簡要步驟;同時探討了空間數據庫建庫的若干技術問題，如空間數據的快速檢索、無縫數據庫實現。最后論述了地理數據庫更新問題。

　　關鍵詞：空間數據庫更新,無縫集成,海量數據,數據壓縮,數據檢索

　　一、引言

　　隨著基礎地理數據的積累逐步完成和共享應用，其現勢性問題已成為廣大用戶關注的熱點問題。《國家科技基礎數據庫建設與發展的研究報告》指出：持續更新和業務化運行是一個科學數據庫存在的根本。目前許多科技數據庫是按項目方式一次性建立的，缺乏持續的數據來源，或有效的數據更新機制[1]，很容易變成死庫，或逐步地失去應用價值。因此有必要對基礎地理數據成果定期進行更新，以滿足國民經濟、國防建設和社會發展的急切需求。

　　目前，空間數據管理技術呈現出網絡化、集成化、組件化和可視化的趨勢。Internet與Intranet的出現使分散于各地的數據，相互訪問與遠距離傳輸成為現實;數據倉庫和數據庫技術的出現，使人們能夠快速、有效地對海量空間數據進行管理。雖然關系數據庫是數據庫發展的主流，但單一關系型數據庫已不能完全滿足對空間數據的管理[2]。隨著數據庫技術的進一步發展，面向對象技術和關系數據庫技術相結合[3]，形成了對象—關系型數據庫。這進一步提高了數據管理的靈活性和應用開發能力。

　　二、空間數據庫簡介

　　1 數據庫的概念

　　地理信息系統的數據庫(簡稱空間數據庫或地理數據庫)是某一區域內關于一定地理要素特征的數據集合。與傳統數據庫相比，它具有如下特點：

　　(1)數據量特別大，地理系統是一個復雜的綜合體，要用數據來描述各種地理要素，尤其是要素的空間位置，其數據量往往很大。

　　(2)不僅有地理要素的屬性數據，還有大量的空間數據，并且這兩種數據之間具有不可分割的聯系。

　　(3)數據應用廣泛，例如地理研究、環境保護、土地利用與規劃等。

　　三、空間數據庫建庫步驟

　　1空間數據庫的體系結構

　　地理信息空間數據庫是實現數據組織、存儲與管理，其體系結構[4]如圖l所示。

　　2 空間數據庫建庫流程

　　以下是空間數據庫建庫流程圖[5]：

　　四、空間數據庫建庫的若干技術

　　1.多尺度數據的組織

　　為滿足不同的需要，城市測繪部門一般要生產1：500、1：1000、1：2000、1：10000、1：50000等系列比例尺地形圖，各種不同分辨率的航空、衛星遙感影像等，如何對這一系列的比例尺的空間數據進行組織，主要有三種方法[6]：

　　(1)建立統一數據庫的多個比例尺;

　　(2)開發更好的層次數據結構來支持空間數據的多級表達，包括運用面向對象方法、語義數據模型等技術;

　　(3)通過自動綜合的方法自動生成同一數據庫的多個版本，這種方法的難度很大。

　　2.數據的無縫集成

　　GIS數據集成類型分空間數據的無縫集成和空間數據與屬性數據的無縫集成。

　　2.1 空間數據的無縫集成

　　傳統的空間數據都是基于圖幅的，每一圖幅以文件的方式存放起來。由于數據生產的系統誤差或偶然誤差，在圖幅與圖幅之間往往存在數據不一致的情況，如河流在圖幅之間發生了錯位、房屋在圖幅之間不能閉合等現象，這種情況稱為“圖幅縫隙”。由于分幅生產的原理，這種“圖幅縫隙”無法避免，以往的處理方法是增加一道接邊的工序，這就造成了數據被人為的修改，增大了誤差。可以設想，如果在整個數字化區域內進行數據生產，就可避免這一問題。具體實施步驟[7]為：

　　(1)詳細擬定空間數據庫結構，提出可操作的數據庫建庫方案。

　　(2)按照數據庫建庫方案對原始數據進行規范化整理。

　　(3)對于有屬性表的數據如MapInfo、Arc/Info數據，進行屬性整理;沒有屬性的數據如AutoCAD數據，單獨在數據庫里建立屬性表。

　　(4)對已整理完成的空間數據進行批量入庫。

　　(5)對屬性數據進行批量入庫。

　　(6)進行圖形歸一化處理，保證跨圖幅的特征地物保持連續。

　　(7)進行屬性連接。

　　2.2 空間數據與屬性數據的無縫集成

　　對于這種情況，在數據入庫時只需對圖形和屬性進行相應的對照入庫即可。

　　3.海量數據存儲和管理

　　當前，航空和航天對地觀測技術迅速發展，利用多種星載和機載傳感器，人們已經能夠(準)實時獲取反映地球表面動態變化的、多時相、多波段、多分辨率的對地觀測數據[8]。因此，對海量空間數據的存儲和管理形式的研究和探索也成為一個重要的研究方面，目前國際上正在采用對象—關系型數據庫來存儲和管理空間數據的技術和方法。

　　對象—關系型數據庫可以支持多用戶通過網絡對空間數據的直接訪問，從而擴展了空間數據的應用范圍和方式，滿足人們在任何時間、任何地點，對空間數據的使用需求。

　　4.數據壓縮

　　隨著計算機技術、影像獲取和處理技術的迅猛發展，使人們不僅需要不斷地接收和處理數據量呈幾何級數增長的影像數據，而且影像數據的存儲和管理也隨著數據量的增加而變得愈來愈重要。大數據量的影像文件，對數據存儲設備的容量、數據傳輸速度，提出了更高的要求。數據庫如何提高對海量數據的存取速度、操作便利性等成為空間數據庫建庫要考慮的問題。目前，實現數據的快速調度的技術有：多分辨率影像金字塔數據組織技術、影像數據分塊組織技術、影像數據空間索引技術[8]等。

　　5.數據檢索

　　對空間數據的檢索目前主要有2種途徑[8]，一種是按照地理范圍，另一種是按照空間實體對象(目標)。我們可以根據用戶指定的地理區域，檢索出數據的內容及相關信息，還可以根據數據部分屬性信息進行檢索，如居民地名稱、元數據等。

　　在存儲海量數據的空間數據庫中，如何以最大限度地減少其所占用的存儲空間，減少數據傳輸的時間，提高查詢檢索的速度，是目前研究的熱點。基于內存映射文件技術的海量影像數據讀取[9]就是一個很好的解決辦法。

　　五、數據庫更新面臨的問題

　　目前一些經濟發達國家的測繪部門已開始或正在著手將工作重點從數據建庫轉移到更新與應用。并在建立更新機制、利用遙感影像獲取變化信息、歷史數據存取等方面做了大量工作[10]。其中包括：

　　1.建立持續更新機制

　　2.利用遙感影像獲取變化信息

　　以色列專家曾提出了一種GIS驅動的變化檢測方法。其基本思想是將GIS 數據庫中前一版本的數據轉換為正射影像相對應的柵格數據格式，然后與正射影像疊加。由計算機比較兩個時刻的數據，提取變化信息。

　　3.歷史數據存儲

　　基礎地理數據庫的持續更新不僅是一項長期、復雜的系統工程。而且向我們提出了一系列與“初始建庫”不同的理論、方法和關鍵技術問題。其中包括：

　　(1) 數據模型演化與動態建模問題;

　　(2) 基礎地理要素變化的及時發現與自動提取問題;

　　(3) 主數據庫更新的方法問題。

　　4.多比例尺數據的協同更新問題

　　在不同尺度背景下。地球空間現象或實體往往具有不同的空間形態、結構和細節。為了滿足宏觀、中觀和微觀層次的空間建模和分析應用的需要。人們對地球表層各種自然和人文現象的空間形態結構進行了不同尺度的抽象表達，形成了不同比例尺的系列地形圖。建立了多種比例尺數字地圖數據庫。雖然這些多尺度地圖數據庫為宏觀到微觀的規劃、決策和管理提供了內容逐步詳盡的基礎地理信息，但其建立和維護費時費力，耗資巨大，不僅存在著同一實體的多重表達間一致性問題。也給多比例尺數據的協同更新帶來了不少困難。因此，對最新的較大比例尺數字地圖進行自動綜合，派生出較小比例尺的數字地圖，或更新較小比例尺的數字地圖，成為當前人們面臨的又一大難題。

　　六、結論

　　就宏觀而言，加強對基礎地理數據庫持續更新的研究，將深化人們對這方面有關基本問題的認識，為國家基礎地理數據庫持續更新的工程設計和實施、基礎地理數據增量服務等提供發展思路，為發展具有自主知識產權的基礎地理數據更新系統提供理論方法。

　　今后還應重點研究：

　　1、主數據庫增量數據建模的研究;

　　2、多源遙感影像與矢量化地圖數據的自動配準研究;

　　3、GIS集成環境下的重要基礎地理要素變化信息提取研究;

　　4、多尺度地圖數據庫級聯更新的自動綜合方法研究;

　　5、客戶數據庫更新方法的問題等。

　　參考文獻：

　　[1] 劉勇，李成名.城市基礎空間數據庫更新方法研究[J].測繪科學.2006年7月，31(4)：103~105.

　　[2] 李全.城市空間基礎地理信息框架數據庫建庫研究.碩士論文.2004年1月18日.

　　[3]王功明，關永，趙春江，王蕊.面向對象數據庫發展和研究[J].計算機應用研究.2006年，3：1~4.

　　[4] 李濤，劉小生.贛州市基礎地理信息空間數據庫建庫研究[J].江西理工大學學報.2009年2月，30(1)：68~71.

　　[5] 王桂雪.1：150萬山東省地下水資源評價空間數據庫建庫工作方法及流程[J].山東國土資源.2005年3月，21(3).

　　[6]羅靈軍，周玉清，李靜，肖勇.地理空間數據庫建庫的若干關鍵技術的研究[J].北京測繪.2006 年4月.