黃夢(mèng)龍，陳子越

（1.福建省基礎(chǔ)地理信息中心，福建 福州 350003；2.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350001）

基于Geodatabase的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)集成應(yīng)用框架

黃夢(mèng)龍1，陳子越2

（1.福建省基礎(chǔ)地理信息中心，福建 福州 350003；2.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350001）

探討了專項(xiàng)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的集成方式，開(kāi)發(fā)了地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)集成框架程序。通過(guò)應(yīng)用實(shí)踐證明，該框架可有效解決各專項(xiàng)測(cè)繪成果分別建庫(kù)和管理帶來(lái)的各種問(wèn)題，推動(dòng)各數(shù)據(jù)庫(kù)的集成應(yīng)用。

Geodatabase；數(shù)據(jù)庫(kù)集成；應(yīng)用程序框架；反射技術(shù)

為滿足國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，各級(jí)測(cè)繪主管部門按計(jì)劃開(kāi)展了各類專項(xiàng)測(cè)繪生產(chǎn)工作，形成了不同專項(xiàng)的測(cè)繪成果，如基礎(chǔ)測(cè)繪生成的1∶10 000和1∶5 000 3D成果、海洋基礎(chǔ)測(cè)繪成果等[1]。在數(shù)字城市和天地圖建設(shè)中，形成了各種比例尺的框架數(shù)據(jù)成果。隨著地理國(guó)情普查專項(xiàng)生產(chǎn)工作的完成，形成了地表覆蓋、地理國(guó)情要素、正射影像、解譯樣本等地理國(guó)情普查成果[2]。在今后可能開(kāi)展的農(nóng)村土地確權(quán)、不動(dòng)產(chǎn)登記等專項(xiàng)測(cè)繪生產(chǎn)中，還會(huì)產(chǎn)生其他測(cè)繪成果。針對(duì)以上各專項(xiàng)測(cè)繪生產(chǎn)成果，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建庫(kù)、管理，形成了多種基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理和應(yīng)用系統(tǒng)，如面向3D成果管理的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng)[3]、面向數(shù)字城市框架數(shù)據(jù)管理的公共地理框架數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng)、面向遙感影像數(shù)據(jù)建庫(kù)管理的影像庫(kù)管理系統(tǒng)、面向地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)建庫(kù)和管理的地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等[4]。這些數(shù)據(jù)庫(kù)在滿足數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用需要的同時(shí)，也帶來(lái)了問(wèn)題。首先是數(shù)據(jù)庫(kù)眾多，數(shù)據(jù)難以共享和綜合利用。以遙感影像數(shù)據(jù)為例，地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)、影像專項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)和基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中都有規(guī)則分幅的影像數(shù)據(jù)但沒(méi)有整合，導(dǎo)致數(shù)據(jù)重復(fù)建庫(kù)造成浪費(fèi)，也給用戶從庫(kù)中獲取最新最優(yōu)的影像數(shù)據(jù)帶來(lái)了困擾；而海洋基礎(chǔ)庫(kù)和針對(duì)3D成果的基礎(chǔ)庫(kù)沒(méi)有集成，導(dǎo)致難以建設(shè)海陸一體的海洋基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。其次是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)眾多，不同系統(tǒng)采用的GIS平臺(tái)、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、系統(tǒng)架構(gòu)等各不相同，導(dǎo)致系統(tǒng)更新維護(hù)困難。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文從數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)架構(gòu)兩方面進(jìn)行了探索，通過(guò)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的整合與集成，促進(jìn)各數(shù)據(jù)庫(kù)間的數(shù)據(jù)綜合利用，并設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理的應(yīng)用程序框架，提高地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率，減少系統(tǒng)維護(hù)的工作量。

1 地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)集成方式

不同時(shí)期的測(cè)繪專項(xiàng)數(shù)據(jù)生產(chǎn)采用不同的平臺(tái)建庫(kù)，以福建省為例，第一代3D數(shù)據(jù)建庫(kù)采用的是GeoStar平臺(tái)和Oracle Spatial的數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)城市地理空間框架數(shù)據(jù)生產(chǎn)建庫(kù)部分采用SuperMap的平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)格式，但總的來(lái)看，ArcGIS平臺(tái)、Geodatabase數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用最廣。鑒于ArcGIS在行業(yè)的領(lǐng)先地位，在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將是數(shù)據(jù)建庫(kù)管理的主要平臺(tái)，本文采用Geodatabase數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)為主、文件式存儲(chǔ)為輔的方式作為分布在內(nèi)部局網(wǎng)的不同專項(xiàng)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)集成的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。其中矢量數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)集、要素類存儲(chǔ)，柵格數(shù)據(jù)（DEM、DOM、坡度坡向數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)等）按需要采用鑲嵌數(shù)據(jù)集、柵格目錄和柵格數(shù)據(jù)集存儲(chǔ)，元數(shù)據(jù)和各種屬性數(shù)據(jù)采用表格存儲(chǔ)，文件式數(shù)據(jù)（電子地圖瓦片、照片、點(diǎn)之記、影像實(shí)體文件等）采用要素類、屬性表與文件目錄相結(jié)合的方式存儲(chǔ)，并通過(guò)屬性字段建立數(shù)據(jù)與其空間位置的關(guān)聯(lián)。

數(shù)據(jù)庫(kù)集成步驟如下：

1） 數(shù)據(jù)導(dǎo)出與重新建庫(kù)。對(duì)非Geodatabase的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括GeoStar數(shù)據(jù)庫(kù)和SuperMap數(shù)據(jù)庫(kù)等，從庫(kù)中導(dǎo)出已有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為中間格式，如shape、E00等，理清數(shù)據(jù)的類別，設(shè)計(jì)Geodatabase數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，再利用ArcGIS軟件重新建庫(kù)，并將數(shù)據(jù)集信息注冊(cè)到系統(tǒng)中。

2）文件式管理與建庫(kù)。對(duì)部分不適合在數(shù)據(jù)庫(kù)中建庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，如國(guó)情普查解譯樣本成果、遙感影像控制點(diǎn)數(shù)據(jù)、電子地圖瓦片數(shù)據(jù)等，設(shè)計(jì)文件式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)表和目錄文件相結(jié)合的方式進(jìn)行管理，并將數(shù)據(jù)集信息注冊(cè)到系統(tǒng)中。

3）數(shù)據(jù)遷移。針對(duì)關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)、在新的數(shù)據(jù)組織方式中邏輯上屬于同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，但分散在不同的服務(wù)器、不同的Oracle用戶中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行遷移，便于數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、查詢與備份。

通過(guò)數(shù)據(jù)的集成，建立數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部對(duì)象間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象進(jìn)行編目和編碼，構(gòu)建了各邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)；最終形成了內(nèi)部局域網(wǎng)的分布式基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)資源池，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)示例如圖1所示。

圖1 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)集成結(jié)構(gòu)

2 地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)集成框架

由于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)針對(duì)的是各類基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)的類型、結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的查詢、符號(hào)化表達(dá)等方面具有較強(qiáng)的共性，但針對(duì)不同的數(shù)據(jù)，有各自的特點(diǎn)，其應(yīng)用需求存在差異，因此要求地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)集成框架具有較強(qiáng)的通用性，能夠提供統(tǒng)一的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)管理框架，封裝基本數(shù)據(jù)庫(kù)管理、符號(hào)、查詢等功能，盡量減少基于框架的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工作量，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性，并要求框架具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，能根據(jù)測(cè)繪專項(xiàng)的增加和應(yīng)用需求的變化，不斷擴(kuò)充系統(tǒng)的功能。

針對(duì)以上需求，本文采用應(yīng)用程序框架技術(shù)和插件技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的集成框架程序。

2.1 集成框架程序結(jié)構(gòu)

應(yīng)用框架是一個(gè)具有部分功能的應(yīng)用程序半成品，提供了可在應(yīng)用程序間共享的可復(fù)用的公共結(jié)構(gòu)。應(yīng)用框架提供了通用服務(wù)，在此基礎(chǔ)上可建立不同應(yīng)用[5]。

插件技術(shù)是一種遵循一定規(guī)范的API或按COM接口編寫的模塊化程序[6-7]。它把應(yīng)用程序分成框架程序和插件兩部分，兩部分間能夠相互通信，且在框架程序不變的情況下，能通過(guò)增減或修改插件來(lái)調(diào)整應(yīng)用程序的功能。插件本質(zhì)上是一種系統(tǒng)功能模塊動(dòng)態(tài)加載的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)插件機(jī)制的方式常用的有：微軟件的COM技術(shù)、.NET開(kāi)發(fā)環(huán)境下的反射技術(shù)和Win32動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)等。

反射是.NET中的重要機(jī)制，通過(guò)反射，可在運(yùn)行時(shí)獲得.NET中每一個(gè)類型（類、結(jié)構(gòu)、委托、接口和枚舉等）的成員，包括方法、屬性、事件[8]等，從而為程序在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)加載模塊、擴(kuò)展系統(tǒng)功能提供了新的方式。

本文基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了公共的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口、應(yīng)用框架規(guī)范接口、事件接口和應(yīng)用模塊開(kāi)發(fā)接口，采用.NET的反射技術(shù)，設(shè)計(jì)了插件式地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)框架程序，如圖2。

圖2 集成框架程序結(jié)構(gòu)

框架在啟動(dòng)時(shí)，首先讀取界面配置文件、模塊配置文件和系統(tǒng)資源配置文件，并從數(shù)據(jù)編目庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)庫(kù)目錄和對(duì)象信息，從模塊配置文件中讀取所有模塊（DLL文件）；再加載各功能模塊，采用反射技術(shù)識(shí)別系統(tǒng)插件，調(diào)用插件對(duì)象創(chuàng)建方法動(dòng)態(tài)創(chuàng)建插件對(duì)象，將框架的通信接口傳入插件對(duì)象，使插件對(duì)象可以調(diào)用框架的操作并從框架獲取所有可用的資源；最后從界面配置文件中讀取各插件對(duì)應(yīng)的界面配置，在框架主窗體上動(dòng)態(tài)創(chuàng)建界面控件（菜單、按鈕、?？看翱诘龋⒖丶牟僮髋c插件的響應(yīng)函數(shù)綁定，完成應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建。

2.2 集成框架程序的實(shí)現(xiàn)

本文以DotNetBar9.3為界面開(kāi)發(fā)庫(kù)，VS2010為開(kāi)發(fā)環(huán)境，ArcGIS 10.1為GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用Ribbon界面風(fēng)格，實(shí)現(xiàn)了框架程序?？蚣艹绦虻膶?shí)現(xiàn)包括框架程序開(kāi)發(fā)接口庫(kù)和框架基本功能。

1）框架程序開(kāi)發(fā)接口庫(kù)，包括應(yīng)用框架程序事件接口、應(yīng)用框架通信規(guī)范接口、應(yīng)用模塊開(kāi)發(fā)規(guī)范接口、數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)訪問(wèn)接口等?；谶@些接口，開(kāi)發(fā)人員可以開(kāi)發(fā)擴(kuò)展功能模塊（插件），在模塊中實(shí)現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)功能，并通過(guò)事件或框架通信接口等方式實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展模塊與框架程序的通信，訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象。

應(yīng)用模塊開(kāi)發(fā)規(guī)范接口定義了插件實(shí)現(xiàn)的接口規(guī)范，簡(jiǎn)化的插件接口UML層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。IPlugin接口用于在反射時(shí)識(shí)別模塊里的類是否為本系統(tǒng)的功能插件，其余派生的接口用于定義具體的插件。根據(jù)插件是否與地圖視圖有交互操作，將插件分為命令類型（Command）和工具類型（Tool）。ToolConrol類型插件是一種特殊的命令類型插件，在框架窗體上的界面是較復(fù)雜的控件或是自定義控件。DockableWindow插件是用于實(shí)現(xiàn)在框架窗體中?？看绑w的插件。

圖3 插件接口UML層次結(jié)構(gòu)

2）框架程序基本功能?？蚣艹绦?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用程序模塊管理、系統(tǒng)界面配置管理、系統(tǒng)資源配置管理等框架程序管理功能；統(tǒng)一的用戶角色權(quán)限管理、日志管理、數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)管理等系統(tǒng)管理維護(hù)功能；以及地圖視圖、頁(yè)面布局視圖操作等GIS基本功能。

基于該框架程序，開(kāi)發(fā)人員無(wú)需重復(fù)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的運(yùn)行管理維護(hù)功能，只需從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取需要的數(shù)據(jù)，利用通信接口與框架程序交互，通過(guò)配置接口獲取各種資源，根據(jù)具體的業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)功能模塊，最后通過(guò)配置組裝，完成系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，從而大大減少了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工作量。

3 應(yīng)用實(shí)踐

基于集成的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，按照本文的框架程序開(kāi)發(fā)接口規(guī)范要求，開(kāi)發(fā)了地理信息數(shù)據(jù)查詢、符號(hào)化、數(shù)據(jù)加載瀏覽、制圖輸出等模塊，配置形成了地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)集成管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集成展示和管理，如圖4所示。

由于實(shí)現(xiàn)了各類數(shù)據(jù)庫(kù)的集成，依靠單一測(cè)繪專項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)資源難以實(shí)現(xiàn)的GIS查詢和分析也變得可行，本文開(kāi)發(fā)了基于多個(gè)專項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)的綜合應(yīng)用。

圖4 地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)集成管理系統(tǒng)主界面

1）基于接合圖和元數(shù)據(jù)的全庫(kù)檢索。在客戶獲取GIS數(shù)據(jù)時(shí)，傾向于選擇現(xiàn)勢(shì)性最好、分辨率最優(yōu)、精度最高的數(shù)據(jù)，若在一種專項(xiàng)測(cè)繪成果（如4D成果庫(kù)）里沒(méi)有合適的數(shù)據(jù)，往往會(huì)考慮其他的專項(xiàng)成果里是否有更合適的數(shù)據(jù)或可替代的數(shù)據(jù)等。本文利用集成的各數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了基于接合圖和元數(shù)據(jù)的全庫(kù)檢索。根據(jù)用戶提供的數(shù)據(jù)類型、空間范圍等條件，從所有集成的數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取數(shù)據(jù)的分布范圍和詳細(xì)信息，分別加載到視圖中瀏覽，為數(shù)據(jù)使用單位提供了更多的選擇。

2）多源數(shù)據(jù)變化對(duì)比分析。利用不同來(lái)源、不同時(shí)相的地理信息進(jìn)行對(duì)比分析、監(jiān)測(cè)也是常見(jiàn)的應(yīng)用需求。通過(guò)分析，可以提取要素的變化，也可分析不同來(lái)源、不同規(guī)范的數(shù)據(jù)間存在的差異。本文開(kāi)發(fā)了多源數(shù)據(jù)變化對(duì)比模塊，可從不同數(shù)據(jù)中篩選面狀要素并提取變化的要素。篩選的條件包括屬性條件和幾何條件，例如可以從基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的植被層、居民地層、工礦層中提取出二代數(shù)據(jù)為耕地（水田、旱地等），但在三代數(shù)據(jù)為非耕地的圖斑，從而分析耕地演變?yōu)榻ㄖ玫氐那闆r。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以Geodatabase數(shù)據(jù)庫(kù)模型為主，結(jié)合自定義的文件式管理方式，設(shè)計(jì)了各測(cè)繪專項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)的集成模式，開(kāi)發(fā)了測(cè)繪專項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)集成與應(yīng)用的框架系統(tǒng)。該框架提供了較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，通過(guò)面向特定業(yè)務(wù)需求功能模塊的定制開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)界面布局配置、專項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)編目和配置還可構(gòu)建面向各專項(xiàng)管理的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，如面向地理地址管理的地名地址庫(kù)系統(tǒng)、面向數(shù)字城市地理空間框架數(shù)據(jù)管理的公共地理框架數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、面向遙感影像數(shù)據(jù)管理的影像庫(kù)管理系統(tǒng)等，可以有效提高各測(cè)繪專項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與維護(hù)的效率，有助于推動(dòng)專項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)的集成與綜合應(yīng)用。

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圖3 “商店”分布過(guò)剩示意圖

4 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了利用模擬退火算法輔助進(jìn)行量化空間關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的方法，并用實(shí)際算例驗(yàn)證了該方法的有效性。然而，該方法過(guò)度依賴于前期的規(guī)則提取方法，不能獨(dú)立完成量化空間關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘。因此，進(jìn)一步的研究工作應(yīng)考慮是否可以結(jié)合二者過(guò)程，進(jìn)行一次挖掘得到量化規(guī)則，使挖掘過(guò)程更加簡(jiǎn)化，更具實(shí)用性。

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第一作者簡(jiǎn)介：杜澤欣，碩士，主要從事空間數(shù)據(jù)挖掘、GIS理論與應(yīng)用方面的研究。

P208

B

1672-4623（2016）05-0021-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.007

黃夢(mèng)龍，高級(jí)工程師，主要從事基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)建庫(kù)和三維GIS應(yīng)用開(kāi)發(fā)相關(guān)工作。

2016-01-20。

項(xiàng)目來(lái)源：福建省測(cè)繪地理信息局科技創(chuàng)新資助項(xiàng)目（2015J12）。