摘要：由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展速度很快, 地形地物等要素不斷變化, 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)具有鮮明的現(xiàn)勢(shì)特性, 直接制約著其使用價(jià)值和使用范圍。因此有必要對(duì)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的更新進(jìn)行研究。本文介紹了空間數(shù)據(jù)庫(kù)的基本特點(diǎn)及建庫(kù)的簡(jiǎn)要步驟;同時(shí)探討了空間數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)的若干技術(shù)問(wèn)題，如空間數(shù)據(jù)的快速檢索、無(wú)縫數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。最后論述了地理數(shù)據(jù)庫(kù)更新問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞：空間數(shù)據(jù)庫(kù)更新,無(wú)縫集成,海量數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)壓縮,數(shù)據(jù)檢索

　　一、引言

　　隨著基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的積累逐步完成和共享應(yīng)用，其現(xiàn)勢(shì)性問(wèn)題已成為廣大用戶關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。《國(guó)家科技基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)與發(fā)展的研究報(bào)告》指出：持續(xù)更新和業(yè)務(wù)化運(yùn)行是一個(gè)科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)存在的根本。目前許多科技數(shù)據(jù)庫(kù)是按項(xiàng)目方式一次性建立的，缺乏持續(xù)的數(shù)據(jù)來(lái)源，或有效的數(shù)據(jù)更新機(jī)制[1]，很容易變成死庫(kù)，或逐步地失去應(yīng)用價(jià)值。因此有必要對(duì)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)成果定期進(jìn)行更新，以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的急切需求。

　　目前，空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化、集成化、組件化和可視化的趨勢(shì)。Internet與Intranet的出現(xiàn)使分散于各地的數(shù)據(jù)，相互訪問(wèn)與遠(yuǎn)距離傳輸成為現(xiàn)實(shí);數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的出現(xiàn)，使人們能夠快速、有效地對(duì)海量空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。雖然關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展的主流，但單一關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)已不能完全滿足對(duì)空間數(shù)據(jù)的管理[2]。隨著數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，面向?qū)ο蠹夹g(shù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合[3]，形成了對(duì)象—關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。這進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)管理的靈活性和應(yīng)用開發(fā)能力。

　　二、空間數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介

　　1 數(shù)據(jù)庫(kù)的概念

　　地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)(簡(jiǎn)稱空間數(shù)據(jù)庫(kù)或地理數(shù)據(jù)庫(kù))是某一區(qū)域內(nèi)關(guān)于一定地理要素特征的數(shù)據(jù)集合。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)相比，它具有如下特點(diǎn)：

　　(1)數(shù)據(jù)量特別大，地理系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的綜合體，要用數(shù)據(jù)來(lái)描述各種地理要素，尤其是要素的空間位置，其數(shù)據(jù)量往往很大。

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

　　(3)數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛，例如地理研究、環(huán)境保護(hù)、土地利用與規(guī)劃等。

　　三、空間數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)步驟

　　1空間數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)

　　地理信息空間數(shù)據(jù)庫(kù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)與管理，其體系結(jié)構(gòu)[4]如圖l所示。

　　2 空間數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)流程

　　以下是空間數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)流程圖[5]：

　　四、空間數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)的若干技術(shù)

　　1.多尺度數(shù)據(jù)的組織

　　為滿足不同的需要，城市測(cè)繪部門一般要生產(chǎn)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(wèi)星遙感影像等，如何對(duì)這一系列的比例尺的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，主要有三種方法[6]：

　　(1)建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)的多個(gè)比例尺;

　　(2)開發(fā)更好的層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)支持空間數(shù)據(jù)的多級(jí)表達(dá)，包括運(yùn)用面向?qū)ο蠓椒ā⒄Z(yǔ)義數(shù)據(jù)模型等技術(shù);

　　(3)通過(guò)自動(dòng)綜合的方法自動(dòng)生成同一數(shù)據(jù)庫(kù)的多個(gè)版本，這種方法的難度很大。

　　2.數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成

　　GIS數(shù)據(jù)集成類型分空間數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成和空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成。

　　2.1 空間數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成

　　傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)都是基于圖幅的，每一圖幅以文件的方式存放起來(lái)。由于數(shù)據(jù)生產(chǎn)的系統(tǒng)誤差或偶然誤差，在圖幅與圖幅之間往往存在數(shù)據(jù)不一致的情況，如河流在圖幅之間發(fā)生了錯(cuò)位、房屋在圖幅之間不能閉合等現(xiàn)象，這種情況稱為“圖幅縫隙”。由于分幅生產(chǎn)的原理，這種“圖幅縫隙”無(wú)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(shù)據(jù)被人為的修改，增大了誤差。可以設(shè)想，如果在整個(gè)數(shù)字化區(qū)域內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)生產(chǎn)，就可避免這一問(wèn)題。具體實(shí)施步驟[7]為：

　　(1)詳細(xì)擬定空間數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，提出可操作的數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)方案。

　　(2)按照數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)方案對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化整理。

　　(3)對(duì)于有屬性表的數(shù)據(jù)如MapInfo、Arc/Info數(shù)據(jù)，進(jìn)行屬性整理;沒有屬性的數(shù)據(jù)如AutoCAD數(shù)據(jù)，單獨(dú)在數(shù)據(jù)庫(kù)里建立屬性表。

　　(4)對(duì)已整理完成的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行批量入庫(kù)。

　　(5)對(duì)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行批量入庫(kù)。

　　(6)進(jìn)行圖形歸一化處理，保證跨圖幅的特征地物保持連續(xù)。

　　(7)進(jìn)行屬性連接。

　　2.2 空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成

　　對(duì)于這種情況，在數(shù)據(jù)入庫(kù)時(shí)只需對(duì)圖形和屬性進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)照入庫(kù)即可。

　　3.海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理

　　當(dāng)前，航空和航天對(duì)地觀測(cè)技術(shù)迅速發(fā)展，利用多種星載和機(jī)載傳感器，人們已經(jīng)能夠(準(zhǔn))實(shí)時(shí)獲取反映地球表面動(dòng)態(tài)變化的、多時(shí)相、多波段、多分辨率的對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)[8]。因此，對(duì)海量空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理形式的研究和探索也成為一個(gè)重要的研究方面，目前國(guó)際上正在采用對(duì)象—關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù)的技術(shù)和方法。

　　對(duì)象—關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)可以支持多用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)空間數(shù)據(jù)的直接訪問(wèn)，從而擴(kuò)展了空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍和方式，滿足人們?cè)谌魏螘r(shí)間、任何地點(diǎn)，對(duì)空間數(shù)據(jù)的使用需求。

　　4.數(shù)據(jù)壓縮

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、影像獲取和處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，使人們不僅需要不斷地接收和處理數(shù)據(jù)量呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)的影像數(shù)據(jù)，而且影像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理也隨著數(shù)據(jù)量的增加而變得愈來(lái)愈重要。大數(shù)據(jù)量的影像文件，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的容量、數(shù)據(jù)傳輸速度，提出了更高的要求。數(shù)據(jù)庫(kù)如何提高對(duì)海量數(shù)據(jù)的存取速度、操作便利性等成為空間數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)要考慮的問(wèn)題。目前，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速調(diào)度的技術(shù)有：多分辨率影像金字塔數(shù)據(jù)組織技術(shù)、影像數(shù)據(jù)分塊組織技術(shù)、影像數(shù)據(jù)空間索引技術(shù)[8]等。

　　5.數(shù)據(jù)檢索

　　對(duì)空間數(shù)據(jù)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(shí)體對(duì)象(目標(biāo))。我們可以根據(jù)用戶指定的地理區(qū)域，檢索出數(shù)據(jù)的內(nèi)容及相關(guān)信息，還可以根據(jù)數(shù)據(jù)部分屬性信息進(jìn)行檢索，如居民地名稱、元數(shù)據(jù)等。

　　在存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，如何以最大限度地減少其所占用的存儲(chǔ)空間，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間，提高查詢檢索的速度，是目前研究的熱點(diǎn)。基于內(nèi)存映射文件技術(shù)的海量影像數(shù)據(jù)讀取[9]就是一個(gè)很好的解決辦法。

　　五、數(shù)據(jù)庫(kù)更新面臨的問(wèn)題

　　目前一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家的測(cè)繪部門已開始或正在著手將工作重點(diǎn)從數(shù)據(jù)建庫(kù)轉(zhuǎn)移到更新與應(yīng)用。并在建立更新機(jī)制、利用遙感影像獲取變化信息、歷史數(shù)據(jù)存取等方面做了大量工作[10]。其中包括：

　　1.建立持續(xù)更新機(jī)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(qū)動(dòng)的變化檢測(cè)方法。其基本思想是將GIS 數(shù)據(jù)庫(kù)中前一版本的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為正射影像相對(duì)應(yīng)的柵格數(shù)據(jù)格式，然后與正射影像疊加。由計(jì)算機(jī)比較兩個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)，提取變化信息。

　　3.歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

　　基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的持續(xù)更新不僅是一項(xiàng)長(zhǎng)期、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。而且向我們提出了一系列與“初始建庫(kù)”不同的理論、方法和關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。其中包括：

　　(1) 數(shù)據(jù)模型演化與動(dòng)態(tài)建模問(wèn)題;

　　(2) 基礎(chǔ)地理要素變化的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與自動(dòng)提取問(wèn)題;

　　(3) 主數(shù)據(jù)庫(kù)更新的方法問(wèn)題。

　　4.多比例尺數(shù)據(jù)的協(xié)同更新問(wèn)題

　　在不同尺度背景下。地球空間現(xiàn)象或?qū)嶓w往往具有不同的空間形態(tài)、結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)。為了滿足宏觀、中觀和微觀層次的空間建模和分析應(yīng)用的需要。人們對(duì)地球表層各種自然和人文現(xiàn)象的空間形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了不同尺度的抽象表達(dá)，形成了不同比例尺的系列地形圖。建立了多種比例尺數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫(kù)。雖然這些多尺度地圖數(shù)據(jù)庫(kù)為宏觀到微觀的規(guī)劃、決策和管理提供了內(nèi)容逐步詳盡的基礎(chǔ)地理信息，但其建立和維護(hù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，耗資巨大，不僅存在著同一實(shí)體的多重表達(dá)間一致性問(wèn)題。也給多比例尺數(shù)據(jù)的協(xié)同更新帶來(lái)了不少困難。因此，對(duì)最新的較大比例尺數(shù)字地圖進(jìn)行自動(dòng)綜合，派生出較小比例尺的數(shù)字地圖，或更新較小比例尺的數(shù)字地圖，成為當(dāng)前人們面臨的又一大難題。

　　六、結(jié)論

　　就宏觀而言，加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)持續(xù)更新的研究，將深化人們對(duì)這方面有關(guān)基本問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，為國(guó)家基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)持續(xù)更新的工程設(shè)計(jì)和實(shí)施、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)增量服務(wù)等提供發(fā)展思路，為發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)提供理論方法。

　　今后還應(yīng)重點(diǎn)研究：

　　1、主數(shù)據(jù)庫(kù)增量數(shù)據(jù)建模的研究;

　　2、多源遙感影像與矢量化地圖數(shù)據(jù)的自動(dòng)配準(zhǔn)研究;

　　3、GIS集成環(huán)境下的重要基礎(chǔ)地理要素變化信息提取研究;

　　4、多尺度地圖數(shù)據(jù)庫(kù)級(jí)聯(lián)更新的自動(dòng)綜合方法研究;

　　5、客戶數(shù)據(jù)庫(kù)更新方法的問(wèn)題等。

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