基于ArcSDE的数字正射影像（DOM）数据库的建立

李小秋1 尹志永2 方辉3
（1，3桂林市测绘研究院 2河北省地理信息中心）

【摘　要】　当今社会，人们正越来越将空间或基于位置的数据看作是许多业务应用程序的不可或缺的元素。影像是空间数据的重要组成部分，随着地理信息应用越来越广泛，有效管理这些“特殊”数据的需求变得更加迫切。本文主要介绍通过基于ArcSDE建立影像数据库来高效存储和管理空间影像数据。
【关键词】　数字正射影像（DOM） 数据库 ArcSDE ORACLE

　　一、引言
　　数字正射影像（DOM）作为空间数据的一种，本身具有多分辨率、多数据源和包含信息量巨大等特点，社会对这种地理数据的需求越来越大。随着测绘新技术和计算机软硬件的发展，获取手段的提高，人们拥有了大量的影像数据。为了更好的为社会服务，海量数据的存储、管理已成为亟待解决的问题，建立DOM数据库是解决这一问题的有效途径。
　　二、ARCSDE概述
　　ArcSDE是ESRI公司的发布的服务器GIS，它允许用户在多种数据库中存储和管理地理信息。ArcSDE本身并非一个关系数据库或数据存储模型，它是一个能在多种数据库管理系统（DBMS）平台上提供高级的、高性能的GIS数据管理的借口，可以支持海量的空间数据库。ArcSDE用于高效地存储、索引和访问维护在DBMS中的矢量、栅格、元数据及其它空间数据。ArcSDE同时也提供了开放的客户端开发接口（C API和Java API），通过这些接口用户定制的应用程序也可以完全访问底层的空间数据表。
　　三、系统体系结构
　　1、总体框架
　　DOM数据库系统采用客户/服务器体系结构。客户端的管理系统基于ARCOBJECT对象模型和VB6开发，服务器端采用WINDOWS 2000 SERVER 操作系统及ORACLE数据库和ARCSDE服务，建立DOM数据库。系统结构如图一：

图一

　　DOM数据库：存储影像数据的子库。
　　元数据库：存储影像数据的元数据的子库。
　　历史数据库：存放各个历史时期的影像数据的子库。
　　2、数据库设计
　　2.1 数据库存储模式：数据库采用对象关系模式，基于ARCSDE，ORACLE建立，数据存储在对象关系数据库的关系表中。影像存储在表的一个二进制变长字段中。采用这种模式存储影像数据的优点如下：
　　※　海量存储数据量可达TB级
　　※　并发访问
　　※　影像数据和属性数据统一存储，无缝结合。
　　2.2 影像存储方式的选择：
　　ArcSDE管理影像方式主要有连续的栅格数据集和栅格目录两种。单个栅格数据集是所有影像拼接成一个栅格，存储在数据库中，栅格目录是每个影像存储成一个栅格数据集，是表的一条记录，数据库表可以有多行记录。栅格目录具有以下优点：每个栅格都是独立的，利于更新和数据库维护；可查询访问单个数据集，可以根据用户定义的属性在表中加入用户定义字段：每个栅格数据集可以用不同的显示选项。
　　2.3 数据结构
　　DOM库和历史数据库由包含IMAGE列的关系表存储，每一幅影像为表的一条记录。元数据库由关系表存储，每一幅影像的元数据为表的一条记录。
　　影像库：表结构如下：

　　※ NAME字段：图象名称
　　元数据库：通过图幅号这一关键字与DOM库关联，表结构如下：

　　历史数据库：存放各个历史时期的影像数据的子库，各个历史时期的影像数据存放在同一个子库中，数据存放方式为：影像和其元数据存放于同一表中，表结构如下：

　　DOM入库参数设置：
　　分块大小：分块的目的在于把影像数据分成较小的物理数据块，便于管理和存储。块以BLOB类型存储。块的大小决定表的记录数，会影响系统的性能。分块大小128*128像素。
　　金字塔技术：金字塔是影像数据的逐级降低分辨率的“拷贝”。建立金字塔可提高显示效率，但会增加存储空间。1：1万数据库对影像建立金字塔，级数由ARCSDE缺省设置。
　　压缩方式：由于DOM数据量巨大，为了减少存储空间，提高显示效率，在入库前应对数据进行压缩。目前有LZ77和JPEG两种压缩方式。DOM数据库采用LZ77压缩方式，为无损压缩。
　　2.4 数据库安全设置与管理
　　数据库安全机制采用ORACLE安全机制，设置不同的用户、角色和权限。
　　DOM数据库管理员：拥有数据库的所有权限。
　　空间数据库管理员：空间数据的入库、索引的建立、数据的编辑、管理。
　　高级用户：数据的编辑、查询、输出。
　　用户级：进行数据的查询检索。
　　数据库性能优化：调整ARCSDE和ORACLE性能参数。
　　备份和恢复：使用数据库备份功能，利用磁带机（TAPE）或磁盘（DISK）、光盘（CD）备份。
　　四、管理系统功能设计
　　DOM数据库管理系统，完成DOM数据输入、DOM数据管理、系统维护、DOM查询分析、DOM数据输出等功能。
　　具体功能如下：
　　1、数据库用户管理：负责数据库用户的增加、删除和用户权限的修改。
　　2、DOM数据输入：
　　交互方式单幅影像入库：系统提供对话框，在对话框中输入要入库的图像的文件名及所在路径，并准确输入入库后对应的各种属性及元数据，确定后系统则将该幅影像入库。
　　交互方式批量影像入库：将批量影像及其属性和元数据置于同一目录下，系统提供对话框，在对话框中输入该目录，确定后系统则将该目录下所有影像入库。
　　3、DOM数据显示和浏览：
　　任意放大、缩小、平移
　　按比例尺显示DOM：在对话框中输入比例尺，确定后系统则按该比例尺显示DOM。
　　按坐标范围显示：在对话框中输入构成一定范围的一组X，Y坐标，确定后系统则显示该范围的DOM。
　　按区域显示：在对话框中输入行政区域名称，确定后系统则显示该区域的DOM。或者先在图上选定一定行政区域，系统则显示选定区域的DOM。
　　导航窗口：导航窗口显示影像范围的略图，导航窗口和地图主窗口实现互动，与矢量要素叠加显示功能。
　　4、DOM查询分析
　　DOM的查询分为地理范围查询、行政区域查询、图幅号查询三种方式，用户可以根据需要进行不同的查询，具体如下：
　　按地理范围查询：给定地理范围，系统将查询出地理范围对应的影像并将影像显示在地图窗口上。
　　按行政区域查询：给定行政区域名称，系统将查询出该行政区域对应的影像并将影像显示在地图窗口上。
　　按图幅号查询：给定标准图幅号，系统将查询出该图号对应的影像并将影像显示在地图窗口上。
　　历史数据查询：给定地理范围和时间，系统将查询出此地理范围在该时间的影像并将影像显示在地图窗口上。
　　5、DOM数据输出
　　DOM的数据输出分为按地理范围输出、按行政区域输出、按图幅号输出三种方式，用户可以根据需要进行输出，具体如下：
　　按地理范围输出：给定地理范围，系统将查询出地理范围对应的影像并将影像输出到文件或打印机。
　　按行政区域输出：给定行政区域名称，系统将查询出该行政区域对应的影像并将影像输出到文件或打印机。
　　按图幅号输出：给定一个标准图幅号，系统将查询出该图号对应的影像并将影像输出到文件或打印机。
　　6、元数据查询
　　查询屏幕上图像任意一点的元数据信息：点击地图上任意一点，系统弹出该点影像的元数据信息列表；
　　按照图幅号查询元数据信息：输入一个标准图幅号，系统弹出该图幅影像的元数据信息列表；
　　按照SQL语句查询：输入一个标准SQL语句，系统弹出符合该条件的元数据信息列表。
　　7、系统维护
　　DOM数据库的备份与恢复：利用数据库的备份功能，将DOM数据库异地备份。利用数据库的恢复功能，恢复DOM数据库。
　　DOM数据库的更新：利用最新的影像更新DOMD数据库，并将更新前的影像及其属性和元数据存入历史库中。
　　五、结束语
　　由于ArcSDE本身具有海量数据存储、多用户并发访问、版本管理、长事务处理等强大优势，ORACLE是成熟的关系数据库，基于ArcSDE，ORACLE的空间数据库建库技术是实现GIS和DBMS的完美结合。基于此技术河北省1：10000DOM数据库已建成，数据库具有先进性、实用性，可以实现DOM数据的存储、管理、利用、综合分析及更新，为社会更好的提供基础地理信息服务。

参 考 文 献
[1] Raster Data in ArcSDE 8.3，An ESRI.White Paper，September 2003
[2] 龚键雅，地理信息系统基础，北京：科技出版社，2001
作者简介
李小秋，男，广西桂林市人，助理工程师，主要从事城市信息工程工作。
尹志永，男，河北人，工程师，主要从事地理信息工程工作。
方　辉，男，广西柳州市人，高级工程师，主要从事城市信息工程及3S集成研究。