盧嵐 劉牛 劉興權(quán)

摘 要 本文給出了京杭運河文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的物理存儲設(shè)計，對安全共享原則做了強調(diào)。

關(guān)鍵詞 GIS 文化遺產(chǎn) 空間數(shù)據(jù)庫 安全共享

一、引言

利用“數(shù)字地球”理念，基于現(xiàn)代空間信息技術(shù)開展歷史文化遺產(chǎn)保護領(lǐng)域的應(yīng)用研究，已經(jīng)成為當前歷史文化遺產(chǎn)保護工作的重點?？梢灶A(yù)見，隨著信息化的不斷深入發(fā)展，國家對歷史文化遺產(chǎn)的保護力度將不斷加大，空間信息技術(shù)的需求也將不斷增加，其應(yīng)用深度和廣度上都將有廣闊的發(fā)展空間。本文以京杭運河為例，給出了大遺址空間數(shù)據(jù)庫物理存儲設(shè)計。

二、京杭運河文化遺產(chǎn)保護物理存儲設(shè)計

（一）空間數(shù)據(jù)庫文件設(shè)計

數(shù)據(jù)的存儲，邏輯上是以數(shù)據(jù)庫中表空間的形式實現(xiàn)，物理上是以數(shù)據(jù)文件的方式實現(xiàn)，[1]每個數(shù)據(jù)文件只能屬于一個表空間，并且數(shù)據(jù)文件一旦加入到某個表空間后就不能再從這個表空間中刪除，也不能和其他表空間關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)庫中的所有對象和數(shù)據(jù)最終都存放到了數(shù)據(jù)文件中，如表和表中的數(shù)據(jù)、視圖、存儲過程等。因此，數(shù)據(jù)文件的管理將直接影響數(shù)據(jù)庫的性能。

數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件設(shè)計時要從以下幾個方面考慮：把不同表空間的數(shù)據(jù)文件分別放在不同的磁盤上以減少I/O競爭，必要時也要把同一表空間的不同數(shù)據(jù)文件放在不同的磁盤上；數(shù)據(jù)文件和日志文件放在不同的磁盤上，避免讀寫數(shù)據(jù)和寫日志文件的I/O競爭；考慮數(shù)據(jù)文件的個數(shù)與大小因素：從Oracle的性能來講，少量的大數(shù)據(jù)文件要優(yōu)于大量的小數(shù)據(jù)文件，操作系統(tǒng)通常會限制每個進程可以同時打開的文件數(shù)目，Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也會限制每個數(shù)據(jù)庫實例可打開的數(shù)據(jù)文件的數(shù)量；把訪問頻率高的數(shù)據(jù)文件放在高性能存儲設(shè)備上，把訪問頻率較低的數(shù)據(jù)放在性能相對較低的存儲設(shè)備上。在保證高訪問次數(shù)基礎(chǔ)上，減少整個數(shù)據(jù)庫物理設(shè)備的開支。

綜合考慮上述因素，京杭運河文化遺產(chǎn)保護數(shù)據(jù)庫的各子庫的表空間在設(shè)置數(shù)據(jù)文件時，應(yīng)考慮到基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)子庫中可能會出現(xiàn)單個的大數(shù)據(jù)文件，如拼接的遙感影像，所以可采用大數(shù)據(jù)文件，以減少數(shù)據(jù)文件的數(shù)量。對于文化遺產(chǎn)專題子庫中，除了遺址矢量數(shù)據(jù)外，基本都是二維關(guān)系表，因此可人為設(shè)置多個數(shù)據(jù)文件，并根據(jù)數(shù)據(jù)量的大小設(shè)置數(shù)據(jù)文件的數(shù)量和大小，以滿足存儲需求。在物理文件的存放上，把基礎(chǔ)地理歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)地理現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫、遺址專題數(shù)據(jù)庫的表空間數(shù)據(jù)文件放在不同的磁盤中，同時各數(shù)據(jù)子庫的控制文件、日志文件在存放時也要避免跟數(shù)據(jù)文件放在同一磁盤中，以達到減少I/O沖突的目的，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速存取。其中，遺址專題數(shù)據(jù)庫和基礎(chǔ)地理現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫的訪問頻率遠遠高于基礎(chǔ)地理歷史數(shù)據(jù)的訪問頻率。因此，將遺址專題數(shù)據(jù)庫和基礎(chǔ)地理現(xiàn)狀庫的數(shù)據(jù)存儲在高性能的存儲設(shè)備上，而基礎(chǔ)地理歷史數(shù)據(jù)庫則可存放在性能相對較差的存儲設(shè)備中。

（二）空間數(shù)據(jù)庫安全設(shè)計

對于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子庫而言，一旦質(zhì)檢無誤入庫之后，一般無需進行數(shù)據(jù)修改。因此，除了超級管理員有修改、拷貝和更新的權(quán)限之外，其他的用戶都無權(quán)進行修改、拷貝和更新，只有查看的權(quán)限。對于文化遺產(chǎn)專題數(shù)據(jù)，在本項目中，是由清華大學負責專題數(shù)據(jù)的處理和入庫，各省市提交各種調(diào)查資料。但考慮到日后運河文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)的更新和維護工作，可能會下放到各省市的文物中心，所以，在進行數(shù)據(jù)庫安全考慮時，應(yīng)根據(jù)遺址所屬的省市來進行控制，各省市的不同用戶只對自己本省市的運河文化遺產(chǎn)有修改、更新和刪除的權(quán)限，對其他省市的文化遺產(chǎn)只有查看的權(quán)限。各省市對各數(shù)據(jù)的控制權(quán)限，主要是通過對前臺各系統(tǒng)用戶設(shè)置不同的權(quán)限來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作權(quán)限的控制。但各省市在進行數(shù)據(jù)維護時仍保留歷史記錄，超級管理員有權(quán)限對修改錯誤的文化遺產(chǎn)進行恢復，保證數(shù)據(jù)在維護過程中不出現(xiàn)錯誤。

（三）數(shù)據(jù)的備份與恢復

為了保證故障發(fā)生后，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)能從錯誤狀態(tài)恢復到某種邏輯一致的狀態(tài)，可利用ArcSDE提供的管理功能和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的備份/恢復子系統(tǒng)來共同實現(xiàn)數(shù)據(jù)的多目的備份。按照備份的對象來分，備份可分為重點備份和整體備份；按照備份的時間方式來分，又可分為實時備份和定時備份。前者可以通過ArcSDE提供的備份恢復方式來實現(xiàn)：指定空間數(shù)據(jù)對象的備份恢復和整體空間數(shù)據(jù)庫的備份恢復。后者則可利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫Oracle10g提供的備份和恢復技術(shù)來實現(xiàn)。

對于京杭運河文化遺產(chǎn)基礎(chǔ)地理歷史和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)子庫，由于數(shù)據(jù)的變動不大，可采用定時整體備份的方式。同時，可以將數(shù)據(jù)備份到離線的磁帶上。且備份的數(shù)據(jù)跟正在使用的數(shù)據(jù)放在不同的磁盤中。這樣，即使發(fā)生任何不可抗力，整個在線數(shù)據(jù)都被破壞的情況下，也能夠有安全的備份數(shù)據(jù)，不至于失去所有數(shù)據(jù)。對于數(shù)據(jù)庫的整體備份大都可以分為靜態(tài)轉(zhuǎn)儲和動態(tài)轉(zhuǎn)儲兩個類型。靜態(tài)轉(zhuǎn)儲是在系統(tǒng)中無事務(wù)處理時進行的轉(zhuǎn)儲操作，因而這種方式得到的一定是一個數(shù)據(jù)一致性的副本。靜態(tài)轉(zhuǎn)儲的優(yōu)點是操作簡單，保證數(shù)據(jù)一致性，缺點是轉(zhuǎn)儲操作必須等待用戶事務(wù)結(jié)束才能進行，而新的事務(wù)必須等待轉(zhuǎn)儲操作結(jié)束才能執(zhí)行，所以會降低數(shù)據(jù)庫的可用性。動態(tài)轉(zhuǎn)儲，是指轉(zhuǎn)儲操作與用戶事務(wù)并發(fā)進行，轉(zhuǎn)儲期間允許數(shù)據(jù)庫進行存取和修改操作，它不必等待所有運行的事務(wù)結(jié)束，也不會影響新事務(wù)的運行，但是無法保證副本中的數(shù)據(jù)正確、有效、完整。所以在動態(tài)轉(zhuǎn)儲期間，往往會建立日志文件。后備文件加上日志文件就可以把數(shù)據(jù)庫恢復到正常狀態(tài)。對于京杭運河文化遺產(chǎn)保護基礎(chǔ)地理歷史數(shù)據(jù)子庫而言，訪問相對較少，而其變更也不大，不需經(jīng)常備份，因此可以采用靜態(tài)轉(zhuǎn)儲的方式進行備份，以保證備份數(shù)據(jù)的正確性、有效性和完整性。對于京杭運河文化遺產(chǎn)保護基礎(chǔ)地理現(xiàn)狀子庫，則可采用靜態(tài)轉(zhuǎn)儲和動態(tài)轉(zhuǎn)儲相結(jié)合的方式，按照一定的時間間隔。比如2年進行一次靜態(tài)轉(zhuǎn)儲，每半年再進行一次動態(tài)轉(zhuǎn)儲。

對于京杭運河專題數(shù)據(jù)，在采用整體備份的同時，對某些特別重要的數(shù)據(jù)或變更后的數(shù)據(jù)要重點備份。在進行重點備份時，可指定要備份的數(shù)據(jù)對象，如某個圖層要素類、某些滿足特定條件的記錄，甚至特定的版本。實現(xiàn)這種備份方式的方法主要是利用ArcSDE提供的管理工具：sdexport和sdeimport命令。其中，sdeexport用于將空間數(shù)據(jù)從ArcSDE Server上備份為單獨的數(shù)據(jù)文件，而sdeimport用于將經(jīng)由sdeexport備份的數(shù)據(jù)文件恢復到ArcSDE中。

三、結(jié)語

本文給出了京杭運河文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的物理存儲設(shè)計，具體談了文件設(shè)計、安全設(shè)計和數(shù)據(jù)的備份與恢復等問題，希望能為日后大遺址空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)提供參考。

（盧嵐單位為長沙環(huán)境保護職業(yè)技術(shù)學院；劉牛單位為長沙市規(guī)劃信息服務(wù)中心；劉興權(quán)單位為中南大學地學與環(huán)境工程學院）

[作者簡介：盧嵐（1983—），女，湖南城步人，碩士研究生，畢業(yè)于中南大學，講師，研究方向：地理信息系統(tǒng)。劉牛（1987—），男，湖南長沙人，本科，畢業(yè)于中南大學，助理工程師，主要從事信息技術(shù)在城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應(yīng)用工作。劉興權(quán)（1962—），男，湖北天門人，碩士研究生，畢業(yè)于中南工業(yè)大學，教授，主要從事GIS專業(yè)教學及GIS工程與應(yīng)用方面的工作。基金項目：本文系國家科技支撐計劃項目“空間信息技術(shù)在大遺址保護中的應(yīng)用研究——以京杭大運河為例”，編號：2006BAK30B01。]

參考文獻

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