农业地质与生态地球化学调查数据库的设计与实现

摘要:为了实现对农业地质和生态地球化学调查的多种来源、多种类型的大量数据的有效管理和利用,文章在全面分析调查数据的情况和各层次的功能需求的基础上,按照有关国家标准和数据库设计原则,综合应用数据库、地理信息系统、遥感和网络技术,采用规范化的数据库设计流程,设计和实现了农业地质与生态地球化学调查数据库。

关键词:农业地质;生态地球化学;调查数据库;数据库设计

中图分类号:P208

文献标识码:A

文章编号:1009-2374(2009)18-0102-02

近年来,各地纷纷组织实施了农业地质和生态地球化学调查。农业地质和生态地球化学调查综合运用地质、地球化学、遥感等调查方法技术,开展农业地质与生态地球化学调查,将为区域国土资源规划、管理、保护与合理开发,农业发展规划、环境保护和污染整治、人居环境的改善和优化,生态环境建设和社会经济可持续发展提供科学依据。

为了实现对农业地质与生态地球化学调查的多种来源、不同类型、海量数据的统一存储管理,要综合应用数据库、GIS、RS和网络技术,建立农业地质与生态地球化学调查数据库。

一、需求分析

(一)数据分析

农业地质与生态地球化学调查,主要包括区域地球化学调查、区域地球化学评价、局部地球化学评价、综合评价等不同层次的专题调查。每个专题又可以细分为不同的子专题,对区域范围内的不同地质现象和情况进行调查和勘查,形成大量不同类型的数据。数据包括基础地理、基础地质、遥感影像三类背景数据和各个专题的子专题的数据等。按照数据类型,可以分为矢量数据、栅格数据、属性数据、文档数据等。

具体的数据情况如下:

1.基础地理:各种比例尺的地理底图数据,MapGis格式。

2.基础地质:各种比例尺的基础地质图,MapGis格式。

3.遥感影像:各种比例尺的遥感影像,SPOT和ETM等格式。

4.生态地球化学调查评价数据:包括区域地球化学调查、区域地球化学评价、局部地球化学评价、综合评价的各个子专题的数据,主要数据类型是野外调查数据和成果图件数据。野外调查数据为Excel或Access表格形式,包括对土壤、近岸海域、水系、农田、城市等领域的调查样本及分析测试数据;成果图件为MapGis格式,包括土壤地球化学背景系列图件、土壤质量评价系列图件、各类污染物分布图件等。

5.文档数据:包括立项、总体设计、专题设计、实施、成果应用等各阶段的文件、文档(报告)、照片、多媒体及相关参照标准和政策法规等,格式主要是Word、Excel、Txt、JPEG、MPEG等。

(二)功能分析

农业地质与生态地球化学调查数据库,要满足以下几个方面功能需求:

1.依据项目的专业特点,结合数据库技术,对数据进行分析、整合,实现数据的统一存储和有效管理。

2.为农业地质与生态地球化学调查各个调查评价专题和信息系统的研究、开发和应用提供数据支持。

3.为各种相关分析评价软件提供数据支持。

4.为国土、农业、环保等部门的规划决策、科研机构的研究应用、社会公众的信息查询提供基础数据支撑。

二、数据库设计

(一)总体结构

农业地质与生态地球化学调查数据库建设,基于大型国产地理信息平台MapGis和大型商业关系数据库系统Oracle进行。在MapGis的GeoDatabase空间数据库的支持下,利用Oracle提供的严格的数据存储和操作的关系数据模型,将海量的农业地质和生态地球化学调查数据集中存储管理。

由于系统涉及的数据来源广、类型多、数据量大,要想有效地存储、管理和使用数据,必须进行分类。按照数据来源的不同,将数据库划分为基础地理、基础地质、遥感影像区域地球化学调查等十多个不同的子数据库。

整个数据库的层次结构如下图所示:

(二)数据库设计

1.数据库设计步骤。农业地质与生态地球化学调查数据库建设,按照数据库规范设计方法,综合考虑农业地质与生态地球化学调查数据库及应用系统开发目标及特点,将数据库设计大致划分为以下六个阶段:需求分析、概要设计、逻辑设计、物理设计、数据库实施、数据库运行和维护。

2.概念设计。概念结构设计,是将现实世界的用户需求转化为概念模型。通常采用P.P.S.Chen于1976年提出的实体-关系联系方法,用ER图表示概念模型。概念设计通常有自顶向下,自底向上,逐步扩张和混合策略四种方法。

决定采用自底向上的设计方法,经过局部ER模型设计和全局ER模型设计两个步骤将各个专题的需求转化为ER模型。

3.逻辑设计。概念设计所得的概念模型,独立于任何DBMS,与实现无关。逻辑结构设计就是将概念结构设计阶段设计的ER模型,转化为具体DBMS支持的数据模型相符的逻辑模型。通过概念模型转换为关系模型、关系模型的优化、设计用户子模式三个步骤,将ER模型转换为Oracle关系数据模型。

4.物理设计。数据库在物理设备上的存储结构和存储方法称为数据库的物理结构(内模式)。物理结构设计的目的,一是要提高数据库的性能,满足用户的性能需求,二是有效的利用存储空间。总之,就是为使数据库系统在时间和空间上最优。(1)确定数据的存放位置。将遥感影像数据库建立为固定大小,平均放置在Raid5的各个磁盘上,在读取时通过多个磁盘同时读取,提高物理I/O读写的效率及响应速度。其它的数据,如图形数据、表格数据、索引数据、日志数据分别建立不同数据库,并存储于不同的磁盘空间中。(2)系统配置及优化。系统配置及优化工作一般在软件系统开发完成后,根据测试结果进一步配置,并在后期用户使用中,根据用户对数据的调用频率、系统瓶颈等参数进行。主要方法及过程如下:1)通过操作系统的一些工具检查系统的状态,采用更换高性能硬件设备、优化操作系统设置等方法来改进性能。2)编写Oracle脚本,查找性能差的sql语句。占用系统资源特别大的Oracle的session及其执行的语句,并根据情况对其进行优化。3)对Oracle中访问量频繁的表,除建立索引外,还需把这些表分表空间存放以免访问上产生热点。4)改进存取方法,采取快速存取技术。把相同专题的数据集中存放在连续的物理块中,以提高访问速度。

(三)数据编码

数据的分类编码是对数据资料进行有效管理的重要一环,目的是节省计算机内存空间,便于用户理解使用。地理属性进入数据库之前进行编码是必要的,只有进行了正确的编码,才能实现空间数据库与属性数据库的正确连接。

本系统的数据采用三级分类,按照图形数据、属性数据等不同的类型,分别对图层、图元、数据表和数据库等进行编码。

三、实现方案

农业地质与生态地球化学调查数据库建设工作,需要按照数据类型的不同,分别进行。

1.矢量数据。依次经过资料收集、资料数字化、内容正确性检查、符号库统一、分层正确性查检、拓扑结构检查、坐标系与投影方式的统一、数据入库、数据测试等步骤,完成基础和成果图件数据的建库工作。

2.属性数据。依次经过资料收集、资料数字化、资料检查、数据格式转换、数据入库、数据测试等步骤,完成属性数据的建库工作。

3.栅格数据。栅格数据经过影像解译和图像融合,然后入库。

4.文档数据。各类文档资料,经过专题技术人员确认,建立起文档对照表,然后入库。

5.元数据。根据中国地质调查局发布的《地质调查元数据内容与结构标准》,结合各个专题的实际情况,专题技术人员填写好8个元数据子集后,交由数据库建库人员入库。

四、结语

农业地质与生态地球化学调查数据库建设,按照国家有关标准的指导,依据数据库规范化设计流程进行,力争满足政府决策、专题研究、社会信息服务等多个层次的要求。

参考文献

[1]蔡子华,段学军,李向远,等.浙江省农业地质环境信息系统建设初探[J].资源调查与环境,2005,26(2).

[2]萨师煊,王珊.数据库系统概论(第三版)[M].高等教育出版社,2000.

[3]秦子晗.农业地质信息数据库的设计与实现[J].科技经济市场,2007,(7).

[4]蔡子华,戴磊,段学军.浙江省农业地质环境GIS设计与实现[M].地质出版社,2007.

作者简介:黄铁兰(1981-),男,湖南湘潭人,广东省地质调查院助理工程师,硕士,研究方向:地质、矿产数据库、GIS应用系统。