白洪偉，吳滿意

（1.宿州學(xué)院 安徽省煤礦勘探工程技術(shù)研究中心，安徽 宿州 234000；2.國家測繪地理信息局第一地形測量隊(duì)，陜西 西安 710054）

應(yīng)急平臺的最主要部分為公共安全科技，以信息技術(shù)、應(yīng)急管理流程為支撐，以軟件硬件相結(jié)合的方式服務(wù)于突發(fā)公共事件應(yīng)急保障技術(shù)系統(tǒng)，是實(shí)施應(yīng)急預(yù)案的有力工具.應(yīng)急平臺是個(gè)工具，是塊黑板.例如當(dāng)煤礦災(zāi)害發(fā)生后，氣象部分會(huì)預(yù)報(bào)未來降水情況，國土資源部發(fā)布災(zāi)害區(qū)有關(guān)關(guān)山體滑坡情況，煤炭相關(guān)部門會(huì)組織救援行動(dòng)，但各個(gè)專業(yè)部門只能將各自領(lǐng)域分頭向上級部門匯報(bào)，而應(yīng)急平臺能夠起到“黑板”的作用，將各方意見進(jìn)行集納.在將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入應(yīng)急平臺并啟動(dòng)綜合研判分析模型后，平臺就充當(dāng)了“大腦”功能.它能得出讓人一目了然的綜合研判結(jié)果，其中包括災(zāi)害基本情況，可能發(fā)生的次生災(zāi)害，災(zāi)害影響范圍及程度，需要啟動(dòng)的專項(xiàng)、部門、地方應(yīng)急預(yù)案，參與應(yīng)急處置的單位及職責(zé)，應(yīng)急救援所需要的隊(duì)伍、物資、裝備、資金，目前部門和地方已有的物資情況及地理分布等，這些分析結(jié)果以直觀的專題地圖、數(shù)據(jù)表格等形式展現(xiàn)在“黑板”上.同時(shí)針對這些分析結(jié)果，平臺能給出幾套應(yīng)急方案.滿足平戰(zhàn)結(jié)合，貫穿應(yīng)急管理全過程.當(dāng)前，在全國范圍內(nèi)，各個(gè)部門，機(jī)構(gòu)都在對應(yīng)急救援平臺進(jìn)行研究，并建立相應(yīng)的應(yīng)急救援平臺，一臺災(zāi)害、事故、災(zāi)難即將發(fā)生、正在發(fā)生，應(yīng)急救援平臺立即啟動(dòng)，可以對救援工作進(jìn)行指導(dǎo)作用，使得救援工作有序、合理、及時(shí)、有據(jù)可依的進(jìn)行.以安徽省宿州市祁縣鎮(zhèn)祁東煤礦為例,介紹了建立煤礦安全應(yīng)急救援空間數(shù)據(jù)庫的基本技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了空間信息的可視化查詢，能夠較好地提高煤礦安全應(yīng)急救援的工作效率.

1 ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎

1.1 空間數(shù)據(jù)庫引擎

空間數(shù)據(jù)庫引擎簡稱SDE是借助關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理空間數(shù)據(jù)的一個(gè)中間件技術(shù)，其利用現(xiàn)有的關(guān)系數(shù)據(jù)庫本身的功能，通過加入一個(gè)空間數(shù)據(jù)列在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)表中，對于與之相關(guān)聯(lián)的空間數(shù)據(jù)用戶可以管理和訪問.通過空間索引機(jī)制，SDE將空間數(shù)據(jù)和其屬性數(shù)據(jù)一體化存儲(chǔ)在商業(yè)大型數(shù)據(jù)庫中.實(shí)現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)和與其相關(guān)聯(lián)的屬性數(shù)據(jù)高效率的操作.由于SDE沒有專用的數(shù)據(jù)庫，它管理空間數(shù)據(jù)是通過與商業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的集成來實(shí)現(xiàn)的[1-3].這種集成的方式可以分為兩種：與傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的集成，與對象—關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的集成.

1.2 ArcSDE體系結(jié)構(gòu)

ArcSDE對空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)采用一體化的存儲(chǔ)和管理，可以存儲(chǔ)和管理海量、多源空間數(shù)據(jù).ArcSDE通過三層結(jié)構(gòu)（RDBMS服務(wù)器，ArcSDE服務(wù)器和客戶端）來完成對數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和操作.

(1)RDBMS服務(wù)器：RDBMS服務(wù)器管理著所有數(shù)據(jù)庫訪問的內(nèi)容.用戶瀏覽或者修改數(shù)據(jù)的權(quán)限也是由RDBMS驗(yàn)證的，并輸入的SQL語句進(jìn)行解釋，提供一個(gè)環(huán)境來進(jìn)行事務(wù)處理.

(2)ArcSDE服務(wù)器：為RDBMS解釋空間數(shù)據(jù)正是ArcSDE服務(wù)器的任務(wù)，客戶端對數(shù)據(jù)端的請求是通過ArcSDE來轉(zhuǎn)換為SQL語句的，對于存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫表中的幾何數(shù)據(jù)使得RDBMS能讀寫.

(3)ArcSDE客戶端:在客戶端，向ArcSDE服務(wù)器發(fā)出請求是通過用戶輸入命令或者操作圖形控制器來實(shí)現(xiàn)的，繼而獲取數(shù)據(jù)用來顯示、分析或者裝入新數(shù)據(jù).

1.3 ArcSDE對空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方案

SDE組織與存儲(chǔ)的模式是將空間數(shù)據(jù)加載在數(shù)據(jù)庫中，對于現(xiàn)有的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫不改變也不影響.只是加入圖形數(shù)據(jù)項(xiàng)對應(yīng)于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)表中.通常情況下，SDE采用二進(jìn)制方案來對空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ).ArcSDE通過空間元數(shù)據(jù)(GeometryMetadata)的管理、創(chuàng)建和訪問，保存空間數(shù)據(jù)列的屬性與行為.在ArcSDE中，主要通過SPATIAL_REF_SYS、GEOMETRY_COLUMNS與LAYERS，這三張表對空間元數(shù)據(jù)進(jìn)行管理.

1.4 ArcSDE對矢量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理

缺省情況下，ArcSDE使用壓縮的二進(jìn)制格式來存儲(chǔ)要素的幾何圖形，一個(gè)壓縮的二進(jìn)制要素類由商業(yè)表，特征表，空間索引表組成.ArcSDE 對所有的圖層建立了層表(Layertable),其中,每條記錄對應(yīng)一個(gè)圖層,其中記錄了如下信息:所有者、對應(yīng)表名、空間數(shù)據(jù)列名稱、空間索引大小、包絡(luò)矩形(MBR)等[4-6].

ArcSDE主要通過商業(yè)表來管理屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)之間的連接，通過層表（Layertable），特征表和空間索引表在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）中存儲(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù).對于用戶來說，特征表和空間索引表是不可見的，空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理是通過對層表和商業(yè)表的讀寫操作實(shí)現(xiàn)的.

1.5 ArcSDE對柵格數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理

(1)柵格數(shù)據(jù)表,在ArcSDE中，柵格數(shù)據(jù)集的存儲(chǔ)方式與它存儲(chǔ)壓縮二進(jìn)制要素類的方式類似，ArcSDE數(shù)據(jù)庫加載柵格數(shù)據(jù)時(shí)，ArcSDE增加一個(gè)柵格列（一個(gè)表只允許一個(gè)柵格列）在創(chuàng)建的商業(yè)表中，同時(shí)創(chuàng)建柵格波段表，柵格分塊表，柵格輔助表，柵格表和柵格元數(shù)據(jù)表.

柵格數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在柵格元數(shù)據(jù)表中，在ArcSDE中，用唯一標(biāo)識碼標(biāo)識每一幅柵格數(shù)據(jù)，其實(shí)列Raster columnsID存儲(chǔ)著這些唯一標(biāo)識碼，Tablename列存儲(chǔ)著柵格數(shù)據(jù)的商業(yè)表名.底層的柵格數(shù)據(jù)表與商業(yè)表相互關(guān)聯(lián)是通過IMAGE列中的唯一標(biāo)示符來實(shí)現(xiàn).

(2)ArcSDE對柵格數(shù)據(jù)的組織,ArcSDE對于柵格數(shù)據(jù)主要有兩種組織形式：無縫鑲嵌(柵格集)和柵格編目(柵格目錄).

無縫鑲嵌(柵格集)是將兩景或多景映像融合為一個(gè)無縫的柵格數(shù)據(jù)集，根據(jù)各影像加載時(shí)的順序影像重疊部分會(huì)由后加載的影像修改、覆蓋先前加載的影像.客戶端得到的是一個(gè)無縫的柵格鑲嵌圖是無縫鑲嵌的好處，因此用戶訪問時(shí)不需要分別打開組成鑲嵌圖的各個(gè)柵格數(shù)據(jù)集，只要打開一個(gè)柵格數(shù)據(jù)集就可以了.

柵格編目(柵格目錄)不必將柵格圖鑲嵌，其組織形式在一個(gè)無縫的柵格圖中顯示多景影像.柵格編目實(shí)質(zhì)上其實(shí)是一張表，各柵格數(shù)據(jù)的空間范圍和它們的名稱被記錄在這張表中.因此，一個(gè)大的數(shù)據(jù)集被模擬成柵格編目，用戶訪問這個(gè)大的數(shù)據(jù)集時(shí)它也指向所需要的柵格分塊，是客戶端返回的.相同的空間參考，對于柵格編目來講是不需要的.

(3)柵格數(shù)據(jù)的優(yōu)化組織,柵格數(shù)據(jù)都有很大的數(shù)據(jù)量，在實(shí)際應(yīng)用中快速瀏覽和檢索是我們必須要解決的問題，因此需要優(yōu)化組織這些大數(shù)據(jù)量的柵格數(shù)據(jù).柵格數(shù)據(jù)分塊和建立影像金字塔是典型的柵格數(shù)據(jù)組織優(yōu)化措施.

2 煤礦應(yīng)急救援?dāng)?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)需求分析

煤礦應(yīng)急救援平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)主用包括以下三個(gè)方面的應(yīng)用需求：

(1)海量數(shù)據(jù)入庫以及及時(shí)更新需求：數(shù)據(jù)的規(guī)范化，標(biāo)準(zhǔn)化，入庫前的數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的編碼體系、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式、統(tǒng)一的空間參考上；數(shù)據(jù)應(yīng)該有優(yōu)良的現(xiàn)勢性，數(shù)據(jù)入庫的同時(shí)要考慮數(shù)據(jù)及時(shí)更新的問題.

(2)空間數(shù)據(jù)的管理需求：煤礦應(yīng)急救援平臺數(shù)據(jù)庫是一個(gè)空間數(shù)據(jù)庫，空間數(shù)據(jù)庫的一個(gè)首要特點(diǎn)是存儲(chǔ)和管理以圖幅為單位的數(shù)據(jù).以便產(chǎn)品分發(fā)，為此，本數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)也是存儲(chǔ)和管理以圖幅為單元的數(shù)據(jù)，同時(shí)為了保障有效地組織及高效的管理這些數(shù)據(jù)，要把分幅的數(shù)據(jù)組織成一個(gè)整體，而且邏輯上要無縫的，同時(shí)在垂直方向上，通過一致的空間參考能夠相互套合和疊加各種數(shù)據(jù).在數(shù)據(jù)庫的后期工作中，應(yīng)需注意數(shù)據(jù)的安全，包括數(shù)據(jù)庫運(yùn)行安全與數(shù)據(jù)恢復(fù)備份等，同時(shí)注意歷史數(shù)據(jù)的管理與更新.

(3)應(yīng)用服務(wù)需求分析：數(shù)據(jù)庫主要是為救援指揮部的救援指揮決策提供服務(wù)的，一方面為救援指揮部提供最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)顯示，包括：空間數(shù)據(jù)的顯示、漫游、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、符號化和制圖輸出，以及救援隊(duì)自身數(shù)據(jù)的查看；另一方面是為輔助決策支持軟件提供數(shù)據(jù)支撐.

2.2 數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)

把用戶的需求加以解釋，并抽象成概念模型.概念模型是現(xiàn)實(shí)世界到信息世界的抽象，既獨(dú)立于集體的信息內(nèi)容（不涉及具體數(shù)據(jù)），也獨(dú)立于信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式.GIS數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)是從獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫軟硬件的抽象層次上進(jìn)行數(shù)據(jù)組織和設(shè)計(jì)，以保證數(shù)據(jù)庫內(nèi)完整、組織合理和便于應(yīng)用.

煤礦應(yīng)急救援平臺數(shù)據(jù)庫主要存放某煤礦的空間數(shù)據(jù)和以礦區(qū)輔助的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為主的屬性數(shù)據(jù).空間數(shù)據(jù)庫存放1:1000的某市政區(qū)信息、1：500某煤礦礦區(qū)信息、某煤礦專題圖信息、某煤礦的DEM數(shù)據(jù)、航空影像圖、遙感影像圖和多媒體數(shù)據(jù)等；屬性數(shù)據(jù)庫存放整個(gè)煤礦區(qū)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和某市與煤礦相關(guān)的輔助數(shù)據(jù)等.

2.3 矢量數(shù)據(jù)邏輯設(shè)計(jì)

本數(shù)據(jù)庫采用GeoDatabase通過空間要素集（Feature Dataset）、空間要素類（FeatureClass）和空間要素（Feature）三級模型組織矢量地圖數(shù)據(jù).空間要素類，比如：建筑物、河流、主干道、礦區(qū)等，對應(yīng)了RDBMS中的表，具體的一個(gè)要素（Feature）是表中的一條記錄.具有共同空間參考的一組空間要素類又可以組成更大的結(jié)構(gòu)，稱要素?cái)?shù)據(jù)集合（Feature Dataset）.

2.4 柵格數(shù)據(jù)邏輯設(shè)計(jì)

柵格影像數(shù)據(jù)庫：用于管理和存儲(chǔ)與煤礦應(yīng)急救援相關(guān)的各種遙感影像數(shù)據(jù)、DEM、DRG等柵格數(shù)據(jù)的柵格影像數(shù)據(jù)庫.

柵格數(shù)據(jù)集：按照影像礦區(qū)名、影像拍攝時(shí)間等分區(qū)的不同定義的，把具有相同空間參考的，這些柵格數(shù)據(jù)類的集合，是影像數(shù)據(jù)劃分的主要邏輯單元，作為影像數(shù)據(jù)庫中的影像目錄來管理數(shù)據(jù).

柵格數(shù)據(jù)層：柵格影像數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)管理柵格影像數(shù)據(jù)的基本邏輯單元是柵格數(shù)據(jù)層，每個(gè)柵格影像圖層可以使單波段柵格影像或者多波段的柵格影像.

波段：一定波段范圍的影像數(shù)據(jù)用波段記錄，單波段影像與DEM影像被看作單波段影像，多波段影像如SPOT、TM、QuikBird、IKONOS彩色數(shù)據(jù)，在一個(gè)柵格圖層中存儲(chǔ)管理多波段的影像數(shù)據(jù).

調(diào)色板：每個(gè)波段影像在顯示時(shí)被指定的彩色映射表，一個(gè)波段有多個(gè)調(diào)色板，如DEM數(shù)據(jù)可以采用不同的調(diào)色板表達(dá)坡度、高程、坡向數(shù)據(jù)等.

2.5 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)

ArcSDE中的矢量數(shù)據(jù)是作為Shape存儲(chǔ)的，一個(gè)Shape可以使一個(gè)點(diǎn)、一條線、一個(gè)面，一個(gè)Shape是地圖上的一個(gè)對象，每個(gè)Shape有獨(dú)立的屬性，例如道路名稱，居民地等.

在ArsSDE中，柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為SQLServer的諸關(guān)系表，這些表主要包括SDE系統(tǒng)用戶方案下的柵格元數(shù)據(jù)表(Rastercolumnstable)、用戶方案下的業(yè)務(wù)表(Businesstable)和4個(gè)輔助表：柵格表 (Rastertable)、柵格波段表(Raster bandtable)、柵格輔助表(Rasterauxiliarytable)、柵格分塊表(Rasterblocktable)，以及它們的索引.這6個(gè)表中，柵格分塊表是真正存儲(chǔ)影像像元值的，因此記錄數(shù)最多，記錄數(shù)的多少與ArcSDE的存儲(chǔ)參數(shù)有關(guān).

2.5.1 磁盤分配設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫文件一般都存儲(chǔ)在磁盤上，因此磁盤的分配布局和優(yōu)良使用也是很重要的.磁盤分配布局的目標(biāo)是：數(shù)據(jù)庫性能的實(shí)現(xiàn)不能被磁盤性能阻礙，數(shù)據(jù)庫磁盤專用于數(shù)據(jù)庫文件，否則數(shù)據(jù)庫將會(huì)受到非數(shù)據(jù)庫的影響，而且是不可預(yù)測的影響；系統(tǒng)硬件和鏡像都要滿足性能和恢復(fù)的要求，磁盤的I/O和大小應(yīng)該是數(shù)據(jù)文件I/O和大小的上限，沒有不能恢復(fù)的數(shù)據(jù)庫，在后臺進(jìn)程之間的競爭應(yīng)該達(dá)到最小化.

在規(guī)劃磁盤分配時(shí)要注意：首先使用的磁盤容量，有時(shí)用一個(gè)大的磁盤可能比多個(gè)容量小的磁盤的效果要差，因?yàn)槟苓M(jìn)行級別更高的并行I/O操作；其次磁盤的速度，可以考慮使用合適的文件系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)文件.

2.5.2 SDE參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

①空間數(shù)據(jù)和SDE系統(tǒng)表空間分離

獨(dú)立于SDE表空間，建立IMAGE、SBDT、DXT三個(gè)獨(dú)立的表空間，分別用于存儲(chǔ)遙感影像(包括DEM)、煤礦應(yīng)急救援專題地圖和基礎(chǔ)地形圖.

②空間數(shù)據(jù)表空間和索引表空間分離

獨(dú)立于空間數(shù)據(jù)的表空間，單獨(dú)建立空間索引表空間IDXRASTER、SINDEX，分別用戶存儲(chǔ)影像數(shù)據(jù)的索引和存儲(chǔ)矢量地圖的索引，以提高空間數(shù)據(jù)檢索的效率.

3 煤礦應(yīng)急救援平臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

煤礦應(yīng)急救援平臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是煤礦應(yīng)急救援平臺數(shù)據(jù)庫建設(shè)的核心，目的在于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護(hù)，根據(jù)系統(tǒng)研制的目標(biāo)來設(shè)計(jì)功能模塊，并規(guī)劃各個(gè)組成部分及系統(tǒng)的規(guī)模以使系統(tǒng)能更好的管理和維護(hù)數(shù)據(jù)庫.依據(jù)安徽省宿州市祁縣鎮(zhèn)祁東煤礦應(yīng)用需求及各種資料數(shù)據(jù)開發(fā)系統(tǒng).

(1)文件管理模塊：對用戶信息進(jìn)行管理和修改，加載數(shù)據(jù)等.

(2)數(shù)據(jù)入庫與查詢：主要的功能是空間數(shù)據(jù)和表數(shù)據(jù)的入庫，并顯示圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù).

(3)數(shù)據(jù)管理模塊：該模塊分為空間數(shù)據(jù)管理和表數(shù)據(jù)管理，空間數(shù)據(jù)管理是對己入庫的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的編輯工作，表管理主要實(shí)現(xiàn)表中的數(shù)據(jù)刪除、更改、添加的功能.

(4)符號編輯模塊：自定義點(diǎn)、線、面圖片格式的符號.

(5)地圖輸出：對已編輯的圖片輸出為柵格格式和矢量格式.

(6)空間分析模塊：包括緩沖區(qū)分析、距離量算、面積量算等.

(7)元數(shù)據(jù)：描述煤礦應(yīng)急救援平臺數(shù)據(jù)的相關(guān)信息.包括：煤礦應(yīng)急救援資料表、數(shù)據(jù)質(zhì)量表、空間參考信息、字段信息.

4 結(jié)論

煤礦安全應(yīng)急救援工作在煤礦安全應(yīng)急中占有重要地位，其工作的及時(shí)成效直接影響人民生命的救助.筆者對當(dāng)前煤礦應(yīng)急救援工作的現(xiàn)狀做了分析，針對煤礦災(zāi)害在實(shí)施救援工作時(shí)遇到的困難提出了建設(shè)煤礦應(yīng)急救援平臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng).分析和研究了ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎及煤礦應(yīng)急救援平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，雖然在數(shù)據(jù)的入庫方面做了一定的工作，但還是不夠，應(yīng)在以后的學(xué)習(xí)工作中更為深入的研究.

〔1〕孟華,李曉東,韓敏,邢軍等.基于 GeoDatabase 和 ArcSDE的濕地GIS數(shù)據(jù)庫技術(shù)研究與應(yīng)用實(shí)例[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2005(10):184-187.

〔2〕劉洪岐,宮輝力.基于 ArcSDE 和 SQL Server2000的洪澇災(zāi)害救助決策支持系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)研究[J],首都師范大學(xué)學(xué)報(bào),2008,29(2):65-71.

〔3〕秦琳.基于ArcSDE和Geodatabase的森林空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建研究[J],林業(yè)調(diào)查規(guī)劃,2010,35(2):86-89.

〔4〕楊金玲,曹先革,劉璐璐.基于ArcSDE的數(shù)字城市規(guī)劃空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J],測繪與空間地理信息,2010,33(4):16-18.

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