摘  要： 為滿足對水土流失相關數(shù)據(jù)高效存儲與管理的需求以及支撐水土流失評價業(yè)務，需要建立高效的水土流失評價空間數(shù)據(jù)庫。首先介紹了建立水土流失評價空間數(shù)據(jù)庫的關鍵技術（ArcGIS空間數(shù)據(jù)庫引擎（ArcSDE）和Oracle），接著從數(shù)據(jù)內容、系統(tǒng)架構、建設原則、數(shù)據(jù)存儲等方面詳細闡述了該空間數(shù)據(jù)庫的設計與實現(xiàn)，最后介紹了數(shù)據(jù)的檢查及入庫工作。實踐表明，建立的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了對水土流失評價相關數(shù)據(jù)的高效存儲與管理，可滿足實用需求。

　　關鍵詞： 空間數(shù)據(jù)庫引擎；空間數(shù)據(jù)庫；水土流失評價；數(shù)據(jù)庫設計

0 引言

　　水土保持是生態(tài)環(huán)境建設的核心內容，是實現(xiàn)經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重要保障。水土流失預防與治理是水土保持的基本措施，分別針對尚未發(fā)生和已經存在水土流失的地域，水土流失評價是其中的先導性工作，對提升水土流失防治的決策水平具有重要意義[1]。與水土流失有關的數(shù)據(jù)是水土流失評價的依據(jù)，數(shù)據(jù)庫建設與管理的水平直接決定這項工作的可靠性與效率。

　　本文依托國家十二五科技支撐計劃課題“南方紅壤水土保持評價與決策”（2013BAC08B02），以福建省長汀縣為實證研究區(qū)域，針對水土流失評價數(shù)據(jù)的特點，集成ArcGIS空間數(shù)據(jù)庫引擎（ArcSDE）和Oracle數(shù)據(jù)庫技術，設計與建立了支撐水土流失評價的大型專題數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了針對多源、海量地理空間數(shù)據(jù)和實地調查數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、高效管理。

1 空間數(shù)據(jù)庫構建的關鍵技術

　　1.1 空間數(shù)據(jù)庫引擎

　　ArcSDE是ESRI公司推出的針對國際上各主要大型數(shù)據(jù)庫平臺的空間數(shù)據(jù)庫引擎，是目前使用最廣泛、性能最穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)庫引擎之一。它是借助關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）管理空間數(shù)據(jù)的中間件，也是一種空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其本身并不存儲數(shù)據(jù)[2]。ArcSDE位于GIS應用程序和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間，是各種格式的空間數(shù)據(jù)出入大型關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的通道和橋梁。利用ArcSDE，用戶既可以將不同形式的空間數(shù)據(jù)提交給數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，也可以從數(shù)據(jù)庫中獲取各種類型的空間數(shù)據(jù)以滿足客戶端操作需求。

　　1.2 Oracle數(shù)據(jù)庫

　　Oracle數(shù)據(jù)庫是Oracle公司于20世紀70年代后期推出的一款RDBMS的高端產品，目前最新的版本為Oracle 11g，它具有良好的體系結構、強大的數(shù)據(jù)處理能力、豐富實用的功能和許多創(chuàng)新特性，高可靠性、高安全性、高性能[3]（包括出色的數(shù)據(jù)管理能力以及對數(shù)據(jù)倉庫、在線分析與數(shù)據(jù)挖掘功能的支持）是其相對優(yōu)勢。

2 數(shù)據(jù)庫總體設計

　　2.1 數(shù)據(jù)內容分析

　　水土流失評價涉及基礎地理數(shù)據(jù)、水土流失評價業(yè)務數(shù)據(jù)和相關調查統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其中水土流失評價（采用RUSLE模型[4-5]）業(yè)務數(shù)據(jù)又包括評估測算水土流失強度的降雨侵蝕力、土壤可蝕性、坡度、坡長、植被覆蓋和水保措施6個因子方面的數(shù)據(jù)。表1列出了本文所設計和建立的水土流失評價數(shù)據(jù)庫包含的具體數(shù)據(jù)內容。

　　2.2 系統(tǒng)架構設計

　　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結構是數(shù)據(jù)庫總體框架結構的核心部分，它決定數(shù)據(jù)庫的運行效率和穩(wěn)定性[6]。水土流失評價數(shù)據(jù)庫采用標準的3層結構設計，如圖1所示。

　　（1）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層用來存儲水土流失評價業(yè)務的各種相關數(shù)據(jù)，采用ArcSDE和Oracle技術對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行高效的存儲和管理，支持數(shù)據(jù)庫的基本操作。

　?。?）邏輯層。在VS2010開發(fā)環(huán)境下，采用C#編程語言開發(fā)水土流失評價應用系統(tǒng)的各個功能模塊，為系統(tǒng)應用提供邏輯支持。

　　（3）應用層。應用層專門實現(xiàn)業(yè)務表現(xiàn)，專注于與用戶的交互功能，使各個功能的操作簡單、明了，且應最大限度降低應用層的數(shù)據(jù)處理工作。

　　2.3 系統(tǒng)建設原則

　　水土流失評價數(shù)據(jù)庫建設是一項系統(tǒng)工程，其建設過程復雜、繁瑣。為了提高數(shù)據(jù)庫的建設效率和使用性能，本數(shù)據(jù)庫設計與建設過程中遵循下列原則：

　?。?）空間數(shù)據(jù)庫設計與應用系統(tǒng)設計相結合的原則。

　?。?）共享度高、冗余度低的原則。

　?。?）系統(tǒng)可靠性、安全性與完整性原則。

　?。?）系統(tǒng)具有可修改、可擴充性原則。

　　2.4 數(shù)據(jù)庫邏輯設計

　　空間數(shù)據(jù)庫邏輯設計包括空間數(shù)據(jù)邏輯設計和屬性數(shù)據(jù)邏輯設計。空間數(shù)據(jù)邏輯設計的主要任務是將空間數(shù)據(jù)進行分類、組織，從用戶的觀點描述空間數(shù)據(jù)庫的邏輯結構，其過程分為橫向的圖塊劃分設計和縱向的圖層劃分設計。本數(shù)據(jù)庫中針對空間數(shù)據(jù)主要進行圖層劃分，前述影響水土流失的6個因子分別劃分為6個相應的圖層。圖層劃分是將具有相同幾何特征和相同屬性特征的數(shù)據(jù)分為一層，表示地理特征以及描述這些特征的屬性的邏輯意義上的集合，有利于提高各個地理要素的靈活性和顯示的速度。

　　本數(shù)據(jù)庫的屬性數(shù)據(jù)包括要素層屬性數(shù)據(jù)和項目屬性數(shù)據(jù)。其中，要素層屬性數(shù)據(jù)包括土壤類型數(shù)據(jù)、土地利用類型數(shù)據(jù)、監(jiān)測站點數(shù)據(jù)、調查樣區(qū)數(shù)據(jù)、調查樣點數(shù)據(jù)等；項目屬性數(shù)據(jù)主要包括用戶數(shù)據(jù)。由于文章篇幅限制，這里僅列出土壤類型數(shù)據(jù)的邏輯結構表，如表2所示。

　　2.5 數(shù)據(jù)存儲設計

　　根據(jù)前面數(shù)據(jù)內容的分析，本數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)包含空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和文件數(shù)據(jù)，不同類型的數(shù)據(jù)其存儲方式不同?？臻g數(shù)據(jù)采用Geodatabase數(shù)據(jù)模型[7]（ArcGIS8中引入的、建立在關系型DBMS之上的、統(tǒng)一的、智能化的、全新的空間數(shù)據(jù)模型）通過ArcSDE存儲到Oracle關系數(shù)據(jù)庫中，其中矢量數(shù)據(jù)采用要素數(shù)據(jù)集結構存儲，柵格數(shù)據(jù)采用柵格數(shù)據(jù)集結構和Tin數(shù)據(jù)集結構存儲。屬性數(shù)據(jù)直接存儲在關系數(shù)據(jù)庫的屬性表中。文件數(shù)據(jù)（其大小是可變的）上傳到關系數(shù)據(jù)庫的變長字段中，便于共享和管理。

　　2.6 數(shù)據(jù)庫功能設計

　　（1）數(shù)據(jù)管理。該模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)添加、數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)轉換以及元數(shù)據(jù)管理等功能。

　　（2）基本地圖操作。該模塊實現(xiàn)針對各種地理空間數(shù)據(jù)的瀏覽、放大、縮小、漫游、全圖、圖和屬性互查、屬性顯示等功能。

　?。?）水土流失評價。水土流失評價功能是整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心功能，主要包括水土流失敏感性評價功能和風險評估功能。

　　（4）用戶管理。該模塊實現(xiàn)各類用戶的添加、刪除、更新、查詢等功能。本系統(tǒng)的用戶分為政府機構人員、研究人員和普通大眾三類，不同類型的用戶擁有不同的權限。

　　2.7 元數(shù)據(jù)設計

　　元數(shù)據(jù)是關于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，用于描述數(shù)據(jù)的內容、質量、表示方式、空間參照、管理方式、數(shù)據(jù)的所有者、提供方式以及數(shù)據(jù)集的其他特征[8]?？臻g元數(shù)據(jù)是實現(xiàn)地理空間信息共享的核心標準之一，它可以幫助人們有效地定位、評價、獲取和使用地理相關數(shù)據(jù)，實現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的集成與共享。本數(shù)據(jù)庫的元數(shù)據(jù)采用關系表在Oracle數(shù)據(jù)庫中單獨存儲，并與對應的空間數(shù)據(jù)進行關聯(lián)。元數(shù)據(jù)的內容參考美國聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會的元數(shù)據(jù)標準設計，如圖2所示。

3 數(shù)據(jù)檢查與入庫

　　3.1 數(shù)據(jù)檢查

　　矢量數(shù)據(jù)包括長汀縣區(qū)劃數(shù)據(jù)、降雨數(shù)據(jù)、土壤類型數(shù)據(jù)和土地利用類型數(shù)據(jù)，主要對其位置、屬性信息和拓撲關系的合理性、準確性和完整性進行檢查，并依據(jù)長汀縣區(qū)劃圖進行圖層配準和范圍裁剪。柵格數(shù)據(jù)包括長汀縣DEM數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)、坡長數(shù)據(jù)和植被覆蓋數(shù)據(jù)，主要檢查其坐標系、分辨率、像素值等的合理性、準確性和完整性，并建立柵格金字塔。屬性數(shù)據(jù)包括實地調查與統(tǒng)計數(shù)據(jù)，主要檢查數(shù)據(jù)的完整性和邏輯一致性。

　　3.2 數(shù)據(jù)入庫

　　經過反復的數(shù)據(jù)檢查和數(shù)據(jù)處理，在確保數(shù)據(jù)質量符合要求后，可以進行數(shù)據(jù)入庫。入庫工作在ArcCatalog中完成，利用ArcCatalog的“添加空間數(shù)據(jù)庫連接”選項連接已經建立的Oracle數(shù)據(jù)庫，通過ArcSDE通道實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的入庫和查詢等工作。

4 結論

　　空間數(shù)據(jù)庫是支撐GIS應用的基礎，空間數(shù)據(jù)的多源和海量特性增加了建立和維護空間數(shù)據(jù)庫的難度。本文集成ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎與Oracle數(shù)據(jù)庫技術，構建的水土流失評價數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、高效管理，能夠滿足水土流失評價的需求，所使用的策略對同類數(shù)據(jù)庫的設計與建設具有一定的參考價值。

參考文獻

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