海岸带环境遥感专业数据库的设计

王春磊，丁峰

(1.河北联合大学 信息工程学院，河北 唐山 063009;2.河北联合大学规划处，河北 唐山 063009)

0 引言

海岸带是海陆沉积相交叉地带，具有动态、复合和生产特性;海岸带是地球物质和能量循环和交换过程中的重要截面，是灾害多发地带，是全球环境变迁的见证者，更是人类生活和生产的集中地带，因此对海岸带要进行合理利用和保护［1］。海岸带的利用和保护必须依赖于完整的准确的海岸带信息库。由于我国海岸带研究起步晚，缺乏先进的科技支撑，目前海岸带信息数据整体性差，数据资源分散，基础信息源不足，信息更新缓慢，导致海岸带信息服务缺乏完整性、系统性和时效性。因此，整合、存储和积累海岸带各方面的信息，构造大型数据库，建立起完善的数据共享机制和数据共享体系，使数据资源得到充分的利用对海岸带的管理和开发具有重要意义。

网络的快速发展为海岸带信息的共享提供了条件，利用遥感进行海岸带环境动态变化监测具有快速准确的优点，随着高空间分辨遥感技术的发展，遥感技术已成为海岸带资源环境管理中一个重要的信息获取手段［2］。我们以遥感数据应用为核心，综合中科院烟台海岸带研究所以及兄弟单位的研究成果，根据信息产品生产的业务化需求将遥感数据的获取、预处理、专题信息提取、遥感专题图产品制作的整个过程有机地集成为一体，实现了遥感数据处理、遥感信息提取、专题信息综合、专题产品制作等信息产品的业务化生产。建立海岸带环境遥感专业数据库，本库系统地收集全国海岸带区域的基本数据信息，构建海岸带环境遥感专业数据库，实现了不同部门、不同单位之间的数据共享。

1 数据库的设计

1.1 建库目标设计

(1)满足开展海岸带科学问题研究的空间信息需求

海岸带是海陆相互作用的特殊区域，具有较陆地和海洋更为复杂的下垫面环境，目前海岸带环境遥感研究已经成为国际的研究热点之一，该数据库致力于满足海岸带科学研究对空间信息数据的需求。

(2)满足海岸带重大环境问题决策的需求

海岸带区域生态非常脆弱，对全球变化及人类活动影响的反应也非常敏感。近年来，随着沿海经济的发展，人口不断积聚，城市的扩张，诱发和加剧了一系列的生态、环境问题。整合不同时间序列和不同空间尺度的空间信息数据，针对性地建立以近海、陆地综合的环境遥感数据库，为解决我国海岸带区域生态环境的管理、决策、开发和保护问题提供科学依据。

1.2 数据库结构设计

海岸带环境遥感专业数据库结构设计原则:需求驱动原则、数据获取可行性、数据库可用性、数据库可扩展性。

1.2.1 属性数据库设计

数据库设计的目标是:(1)数据对象命名规范;(2)数据存储合理;(3)符合数据库设计的3个范式。即:表中每一个值都是原子项，只显示一次;表中每行都必须可以被唯一地区分;表中不会有多余的已存在其他表中包含的非关键字信息;(4)数据对象的关系清晰明了，符合业务逻辑;(5)数据的一致性和完整性;(6)便于移植;数据库系统改换时，原有的系统设计要便于转移，减少代码重写;(7)维护方便。

基于以上原则，海岸带环境遥感专业数据库属性数据的设计采用关系数据库管理系统，把实体(entity)表示成一张表，一张表由一个个字段(field)组成;表与表之间通过关联(关系)连接起来;关系由表与表之间的主键或外键表达。属性数据库的设计要照顾到用户的具体需求，但是需求又是多变的，这就要求在数据库设计中从不稳定需求中分析出用户的相对稳定的数据需求，以稳定数据对象为基础来组织数据、构架应用系统。同时，属性数据库存储有遥感图像、区域地图等，我们把这些信息当作对象。因此，在属性数据库的系统选择上，海岸带环境遥感属性数据库选择了具有一些定义面向对象功能的关系数据库管理系统。

属性数据库的内容:

序 号 数据库名称内容说明1 海岸带基础地理数据库 主要基础要素包括行政区划(县、乡镇行政区及界线)、地形(等高线、等高点)、交通网络(公路、铁路)、水系(河流、湖泊、沟渠、水库等)和居民地(包括地名)等。2 海岸带遥感本底数据库 包括海岸带区域的原始遥感数据以及在此基础上合成的区域本底数据库。3 海岸带水色遥感数据库 包括叶绿素、悬浮泥沙、污染物、黄色物质等遥感反演数据。4 海岸带变化数据库 按年度、季度存储海岸带区域空间变化数据，主要包括岸线变迁(海岸侵蚀与增长)，土地利用及土地覆盖变化、城市区域变化等数据。5 海岸带植被指数数据库 包括MODIS、NOAA、SPOT等遥感影像的海岸带区域植被指数数据。6 海岸带河口变化数据库 按季度收集河口面积、改道、水深等数据。7 海岸带典型地物光谱数据库 整合利用野外光谱仪采集的海岸带陆地各种典型地物的光谱数据，包括近海水体光谱数据。

1.2.2 属性数据库的建立

属性数据库通过visual DB1.2数据库管理系统创建，根据指标体系选取的数据内容采集数据，通过设计数据库结构，然后将数据逐一从键盘录入并存储在硬盘上，即建成了属性数据库，并对数据进行规范化、标准化处理，以备计算。

1.3 空间数据库设计:

空间数据库是将信息源部分(遥感信息和常规信息)输入DBMS形成的图形文件包括海岸带地物光谱数据，海岸带基础地理数据，海岸带遥感本底数据，海岸带河口变化数据，海岸带水色遥感数据，海岸带植被指数数据，海岸带变化数据，这些数据以图形的形式展现，并且通过一定的规则与对应的属性数据关联。

1.3.1 空间数据库的建立方法

数据来源:空间数据主要有以下几个来源:通过一些卫星遥感数据网站下载;通过镜像、购买、交换等手段获取的数据;实验、观测、统计调查获得的数据;以及对一级数据进行处理后形成的二级数据。

数据处理:采用ENVI或ARCGIS等软件对一些数据源进行几何、辐射校正，投影坐标系统转换等，进行数据纠正和精度控制，将一些遥感数据源保存为JPG格式的图片文件，图片文件与遥感数据源一一对应。

2 数据库的管理机制

2.1 数据库管理

数据库管理是有关建立、存储、修改和存取数据库中信息的技术，是指为保证数据库系统的正常运行和服务质量，有关人员须进行的技术管理工作。整个项目所需要的数据量是海量数据，且数据类型有着明显的差异，因此必须将这些数据以某种特定的方式组织在一起以保证整个项目的正常运行，那么对这些数据的有效管理成为整个项目中十分重要的组成部分，不仅要实现对海量数据的有效存储，对数据库的高效率操作，还要考虑数据的备份与恢复，以便在原存储数据丢失的情况下再将其找回，还要考虑对数据冗余的处理，以实现共享资源数据库的冗余最小［3］。考虑以上情况，在设计该数据库系统时，采用了大型关系型数据库来实现对数据的有效管理，实现对存储数据库的有效操作，为实现整个项目的高效运行提供有效保障［4］。

使用存储过程管理数据，实现用户和数据分开，从而实现对数据信息的保护。基本思想:将对数据库基表的操作以及对用户信息表的查询口令和添加、修改、删除用户等操作分别封装为相应的存储过程，所有对数据库基表和用户信息表的访问只能通过相应的存储过程来完成，以禁止用户直接访问基表和用户信息表。同时授予用户访问存储过程的相应权限，以便于对数据库的管理。不允许任何对表的完全访问和更新，只是提供实现与基表交互的存储过程。用户把参数提供给插入存储过程，插入存储过程即为它们执行插入操作。用户提供检索的条件，检索存储过程返回找到的数据行。

2.2 数据共享机制

海岸带环境遥感专业数据库中的数据对所有用户开放，用户在系统中进行注册之后，即可免费下载数据;匿名用户只能够在本系统中查询数据而无法下载数据。除数据查询、下载服务外，海岸带环境遥感专业数据库目前采用三种方式提供服务:一是通过网站提供查询与下载服务;二是用户通过网上的联系方式及元数据查询后离线获取数据;三是用户可以根据他们自己的需求内容反馈至海岸带所信息集成与应用实验室，我们在基于现有的研究成果基础上结合实际情况可以为其提供数据服务。

本系统在数据资源表中提供了查询功能，用户可以通过各子库名称、卫星、传感器、获取时间、经纬度等条件进行查询，在搜寻到相关结果后用户可以在各子库页面的数据下载部分进行数据下载。

当然海岸带环境遥感专业数据库也提供了文字查询，允许用户通过输入数据名称和数据描述进行检索。系统通过Dchart、LAS数据服务扩展了Opendap服务，提供交互式的可视化数据服务界面，极大的拓展了数据的服务功能。数据用户可以通过网络浏览器直接在线查看、再抽样、可视化分析数据，并可根据用户需求生成多种类型的数据图形产品或者下载不同格式的数据，还可以将数据链接到Google Earth、Google Map等应用程序，进一步提高了数据及产品可视化，并获得与学科专业相关其他新颖、有价值的应用。

2.3 数据更新机制

分类别建立各子库数据的更新机制，对不同性质的数据设立切合实际的更新方案，充分利用现有的卫星数据、实测点数据以及其他数据收集渠道，及时更新相应的数据库;对于同本底数据库相关的子库采用选定工作区域、数据提取、数据编辑、数据上传、数据更新的流程来实现其更新机制。针对实时性较强的数据，比如水体光谱数据，建立必要的实时数据采集更新体系，满足整个信息系统对数据实时性的要求;本底数据库留出相应接口，以便专门人员可以从专网和广域网对数据库进行更新操作，同时，对于相应的数据更新，应建立完善的管理机制，设置不同权限，保证数据的安全。

3 讨论

海岸带环境遥感专业数据库按照上述设计，目前已基本完成。并在中国科学院科学数据库门户网站上进行了部署，基本上满足了管理人员进行资源环境数据管理，业务人员进行海岸带地理环境分析研究的要求，同时可对外进行信息服务。为了更好的为用户提供服务和数据管理，后期我们将重点开发一个多边形切割查询模块:使用该模块，用户可以对感兴趣的区域，通过多边形划定界限，对界限内的区域进行高分辨率查询，实现多比例尺的无级比例尺漫游显示。

［1］刘卫国.海岸带与海、陆系统间的关系［J］.地球信息，1997，11(02):34-38.

［2］滕骏华，楼秀琳等.海岸带环境遥感信息的系统集成［J］海洋学研究.2006，(04).

［3］高惠瑛.海洋资源信息化工程中的数据库构建模式［J］.海洋科学，2004，(07).

［4］王莉.水土流失遥感监测GIS数据库在嘉陵江流域上的应用［J］.亚热带水土保持.2006(04).