摘  要： 為滿足對(duì)水土流失相關(guān)數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)與管理的需求以及支撐水土流失評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)，需要建立高效的水土流失評(píng)價(jià)空間數(shù)據(jù)庫(kù)。首先介紹了建立水土流失評(píng)價(jià)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵技術(shù)（ArcGIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎（ArcSDE）和Oracle），接著從數(shù)據(jù)內(nèi)容、系統(tǒng)架構(gòu)、建設(shè)原則、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方面詳細(xì)闡述了該空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，最后介紹了數(shù)據(jù)的檢查及入庫(kù)工作。實(shí)踐表明，建立的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)水土流失評(píng)價(jià)相關(guān)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)與管理，可滿足實(shí)用需求。

　　關(guān)鍵詞： 空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎；空間數(shù)據(jù)庫(kù)；水土流失評(píng)價(jià)；數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

0 引言

　　水土保持是生態(tài)環(huán)境建設(shè)的核心內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。水土流失預(yù)防與治理是水土保持的基本措施，分別針對(duì)尚未發(fā)生和已經(jīng)存在水土流失的地域，水土流失評(píng)價(jià)是其中的先導(dǎo)性工作，對(duì)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(guān)的數(shù)據(jù)是水土流失評(píng)價(jià)的依據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)與管理的水平直接決定這項(xiàng)工作的可靠性與效率。

　　本文依托國(guó)家十二五科技支撐計(jì)劃課題“南方紅壤水土保持評(píng)價(jià)與決策”（2013BAC08B02），以福建省長(zhǎng)汀縣為實(shí)證研究區(qū)域，針對(duì)水土流失評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，集成ArcGIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎（ArcSDE）和Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，設(shè)計(jì)與建立了支撐水土流失評(píng)價(jià)的大型專題數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)多源、海量地理空間數(shù)據(jù)和實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、高效管理。

1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)

　　1.1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎

　　ArcSDE是ESRI公司推出的針對(duì)國(guó)際上各主要大型數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，是目前使用最廣泛、性能最穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎之一。它是借助關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其本身并不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)[2]。ArcSDE位于GIS應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)之間，是各種格式的空間數(shù)據(jù)出入大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，也可以從數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)

　　Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)是Oracle公司于20世紀(jì)70年代后期推出的一款RDBMS的高端產(chǎn)品，目前最新的版本為Oracle 11g，它具有良好的體系結(jié)構(gòu)、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力、豐富實(shí)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(duì)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、在線分析與數(shù)據(jù)挖掘功能的支持）是其相對(duì)優(yōu)勢(shì)。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)總體設(shè)計(jì)

　　2.1 數(shù)據(jù)內(nèi)容分析

　　水土流失評(píng)價(jià)涉及基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、水土流失評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其中水土流失評(píng)價(jià)（采用RUSLE模型[4-5]）業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)又包括評(píng)估測(cè)算水土流失強(qiáng)度的降雨侵蝕力、土壤可蝕性、坡度、坡長(zhǎng)、植被覆蓋和水保措施6個(gè)因子方面的數(shù)據(jù)。表1列出了本文所設(shè)計(jì)和建立的水土流失評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)包含的具體數(shù)據(jù)內(nèi)容。

　　2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫(kù)總體框架結(jié)構(gòu)的核心部分，它決定數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性[6]。水土流失評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)采用標(biāo)準(zhǔn)的3層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1所示。

　　（1）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層用來存儲(chǔ)水土流失評(píng)價(jià)業(yè)務(wù)的各種相關(guān)數(shù)據(jù)，采用ArcSDE和Oracle技術(shù)對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的存儲(chǔ)和管理，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的基本操作。

　　（2）邏輯層。在VS2010開發(fā)環(huán)境下，采用C#編程語(yǔ)言開發(fā)水土流失評(píng)價(jià)應(yīng)用系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊，為系統(tǒng)應(yīng)用提供邏輯支持。

　　（3）應(yīng)用層。應(yīng)用層專門實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)表現(xiàn)，專注于與用戶的交互功能，使各個(gè)功能的操作簡(jiǎn)單、明了，且應(yīng)最大限度降低應(yīng)用層的數(shù)據(jù)處理工作。

　　2.3 系統(tǒng)建設(shè)原則

　　水土流失評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其建設(shè)過程復(fù)雜、繁瑣。為了提高數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)效率和使用性能，本數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與建設(shè)過程中遵循下列原則：

　　（1）空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)相結(jié)合的原則。

　　（2）共享度高、冗余度低的原則。

　　（3）系統(tǒng)可靠性、安全性與完整性原則。

　　（4）系統(tǒng)具有可修改、可擴(kuò)充性原則。

　　2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)

　　空間數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)包括空間數(shù)據(jù)邏輯設(shè)計(jì)和屬性數(shù)據(jù)邏輯設(shè)計(jì)。空間數(shù)據(jù)邏輯設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是將空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織，從用戶的觀點(diǎn)描述空間數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)，其過程分為橫向的圖塊劃分設(shè)計(jì)和縱向的圖層劃分設(shè)計(jì)。本數(shù)據(jù)庫(kù)中針對(duì)空間數(shù)據(jù)主要進(jìn)行圖層劃分，前述影響水土流失的6個(gè)因子分別劃分為6個(gè)相應(yīng)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(gè)地理要素的靈活性和顯示的速度。

　　本數(shù)據(jù)庫(kù)的屬性數(shù)據(jù)包括要素層屬性數(shù)據(jù)和項(xiàng)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(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)、調(diào)查樣區(qū)數(shù)據(jù)、調(diào)查樣點(diǎn)數(shù)據(jù)等；項(xiàng)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(jié)構(gòu)表，如表2所示。

　　2.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)前面數(shù)據(jù)內(nèi)容的分析，本數(shù)據(jù)庫(kù)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(chǔ)方式不同。空間數(shù)據(jù)采用Geodatabase數(shù)據(jù)模型[7]（ArcGIS8中引入的、建立在關(guān)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(chǔ)到Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，其中矢量數(shù)據(jù)采用要素?cái)?shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，柵格數(shù)據(jù)采用柵格數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)和Tin數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)。屬性數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的屬性表中。文件數(shù)據(jù)（其大小是可變的）上傳到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的變長(zhǎng)字段中，便于共享和管理。

　　2.6 數(shù)據(jù)庫(kù)功能設(shè)計(jì)

　　（1）數(shù)據(jù)管理。該模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)添加、數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及元數(shù)據(jù)管理等功能。

　　（2）基本地圖操作。該模塊實(shí)現(xiàn)針對(duì)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。

　　（3）水土流失評(píng)價(jià)。水土流失評(píng)價(jià)功能是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心功能，主要包括水土流失敏感性評(píng)價(jià)功能和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估功能。

　　（4）用戶管理。該模塊實(shí)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(jī)構(gòu)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(quán)限。

　　2.7 元數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

　　元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，用于描述數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)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]。空間元數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)地理空間信息共享的核心標(biāo)準(zhǔn)之一，它可以幫助人們有效地定位、評(píng)價(jià)、獲取和使用地理相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的集成與共享。本數(shù)據(jù)庫(kù)的元數(shù)據(jù)采用關(guān)系表在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中單獨(dú)存儲(chǔ)，并與對(duì)應(yīng)的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。元數(shù)據(jù)的內(nèi)容參考美國(guó)聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(huì)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，如圖2所示。

3 數(shù)據(jù)檢查與入庫(kù)

　　3.1 數(shù)據(jù)檢查

　　矢量數(shù)據(jù)包括長(zhǎng)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(duì)其位置、屬性信息和拓?fù)潢P(guān)系的合理性、準(zhǔn)確性和完整性進(jìn)行檢查，并依據(jù)長(zhǎng)汀縣區(qū)劃圖進(jìn)行圖層配準(zhǔn)和范圍裁剪。柵格數(shù)據(jù)包括長(zhǎng)汀縣DEM數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)、坡長(zhǎng)數(shù)據(jù)和植被覆蓋數(shù)據(jù)，主要檢查其坐標(biāo)系、分辨率、像素值等的合理性、準(zhǔn)確性和完整性，并建立柵格金字塔。屬性數(shù)據(jù)包括實(shí)地調(diào)查與統(tǒng)計(jì)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(kù)

　　經(jīng)過反復(fù)的數(shù)據(jù)檢查和數(shù)據(jù)處理，在確保數(shù)據(jù)質(zhì)量符合要求后，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫(kù)。入庫(kù)工作在ArcCatalog中完成，利用ArcCatalog的“添加空間數(shù)據(jù)庫(kù)連接”選項(xiàng)連接已經(jīng)建立的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，通過ArcSDE通道實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的入庫(kù)和查詢等工作。

4 結(jié)論

　　空間數(shù)據(jù)庫(kù)是支撐GIS應(yīng)用的基礎(chǔ)，空間數(shù)據(jù)的多源和海量特性增加了建立和維護(hù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的難度。本文集成ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎與Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，構(gòu)建的水土流失評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)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(píng)價(jià)的需求，所使用的策略對(duì)同類數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與建設(shè)具有一定的參考價(jià)值。

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