浅谈文化遗产保护数据库设计的一些问题

卢岚 刘牛 刘兴权

摘 要 本文给出了京杭运河文化遗产数据库的物理存储设计，对安全共享原则做了强调。

关键词 GIS 文化遗产 空间数据库 安全共享

一、引言

利用“数字地球”理念，基于现代空间信息技术开展历史文化遗产保护领域的应用研究，已经成为当前历史文化遗产保护工作的重点。可以预见，随着信息化的不断深入发展，国家对历史文化遗产的保护力度将不断加大，空间信息技术的需求也将不断增加，其应用深度和广度上都将有广阔的发展空间。本文以京杭运河为例，给出了大遗址空间数据库物理存储设计。

二、京杭运河文化遗产保护物理存储设计

（一）空间数据库文件设计

数据的存储，逻辑上是以数据库中表空间的形式实现，物理上是以数据文件的方式实现，[1]每个数据文件只能属于一个表空间，并且数据文件一旦加入到某个表空间后就不能再从这个表空间中删除，也不能和其他表空间关联。数据库中的所有对象和数据最终都存放到了数据文件中，如表和表中的数据、视图、存储过程等。因此，数据文件的管理将直接影响数据库的性能。

数据库数据文件设计时要从以下几个方面考虑：把不同表空间的数据文件分别放在不同的磁盘上以减少I/O竞争，必要时也要把同一表空间的不同数据文件放在不同的磁盘上；数据文件和日志文件放在不同的磁盘上，避免读写数据和写日志文件的I/O竞争；考虑数据文件的个数与大小因素：从Oracle的性能来讲，少量的大数据文件要优于大量的小数据文件，操作系统通常会限制每个进程可以同时打开的文件数目，Oracle数据库系统也会限制每个数据库实例可打开的数据文件的数量；把访问频率高的数据文件放在高性能存储设备上，把访问频率较低的数据放在性能相对较低的存储设备上。在保证高访问次数基础上，减少整个数据库物理设备的开支。

综合考虑上述因素，京杭运河文化遗产保护数据库的各子库的表空间在设置数据文件时，应考虑到基础地理数据子库中可能会出现单个的大数据文件，如拼接的遥感影像，所以可采用大数据文件，以减少数据文件的数量。对于文化遗产专题子库中，除了遗址矢量数据外，基本都是二维关系表，因此可人为设置多个数据文件，并根据数据量的大小设置数据文件的数量和大小，以满足存储需求。在物理文件的存放上，把基础地理历史数据库、基础地理现状数据库、遗址专题数据库的表空间数据文件放在不同的磁盘中，同时各数据子库的控制文件、日志文件在存放时也要避免跟数据文件放在同一磁盘中，以达到减少I/O冲突的目的，实现数据的快速存取。其中，遗址专题数据库和基础地理现状数据库的访问频率远远高于基础地理历史数据的访问频率。因此，将遗址专题数据库和基础地理现状库的数据存储在高性能的存储设备上，而基础地理历史数据库则可存放在性能相对较差的存储设备中。

（二）空间数据库安全设计

对于基础数据子库而言，一旦质检无误入库之后，一般无需进行数据修改。因此，除了超级管理员有修改、拷贝和更新的权限之外，其他的用户都无权进行修改、拷贝和更新，只有查看的权限。对于文化遗产专题数据，在本项目中，是由清华大学负责专题数据的处理和入库，各省市提交各种调查资料。但考虑到日后运河文化遗产数据的更新和维护工作，可能会下放到各省市的文物中心，所以，在进行数据库安全考虑时，应根据遗址所属的省市来进行控制，各省市的不同用户只对自己本省市的运河文化遗产有修改、更新和删除的权限，对其他省市的文化遗产只有查看的权限。各省市对各数据的控制权限，主要是通过对前台各系统用户设置不同的权限来实现对数据库的操作权限的控制。但各省市在进行数据维护时仍保留历史记录，超级管理员有权限对修改错误的文化遗产进行恢复，保证数据在维护过程中不出现错误。

（三）数据的备份与恢复

为了保证故障发生后，数据库中的数据能从错误状态恢复到某种逻辑一致的状态，可利用ArcSDE提供的管理功能和关系型数据库管理系统中的备份/恢复子系统来共同实现数据的多目的备份。按照备份的对象来分，备份可分为重点备份和整体备份；按照备份的时间方式来分，又可分为实时备份和定时备份。前者可以通过ArcSDE提供的备份恢复方式来实现：指定空间数据对象的备份恢复和整体空间数据库的备份恢复。后者则可利用关系数据库Oracle10g提供的备份和恢复技术来实现。

对于京杭运河文化遗产基础地理历史和现状数据子库，由于数据的变动不大，可采用定时整体备份的方式。同时，可以将数据备份到离线的磁带上。且备份的数据跟正在使用的数据放在不同的磁盘中。这样，即使发生任何不可抗力，整个在线数据都被破坏的情况下，也能够有安全的备份数据，不至于失去所有数据。对于数据库的整体备份大都可以分为静态转储和动态转储两个类型。静态转储是在系统中无事务处理时进行的转储操作，因而这种方式得到的一定是一个数据一致性的副本。静态转储的优点是操作简单，保证数据一致性，缺点是转储操作必须等待用户事务结束才能进行，而新的事务必须等待转储操作结束才能执行，所以会降低数据库的可用性。动态转储，是指转储操作与用户事务并发进行，转储期间允许数据库进行存取和修改操作，它不必等待所有运行的事务结束，也不会影响新事务的运行，但是无法保证副本中的数据正确、有效、完整。所以在动态转储期间，往往会建立日志文件。后备文件加上日志文件就可以把数据库恢复到正常状态。对于京杭运河文化遗产保护基础地理历史数据子库而言，访问相对较少，而其变更也不大，不需经常备份，因此可以采用静态转储的方式进行备份，以保证备份数据的正确性、有效性和完整性。对于京杭运河文化遗产保护基础地理现状子库，则可采用静态转储和动态转储相结合的方式，按照一定的时间间隔。比如2年进行一次静态转储，每半年再进行一次动态转储。

对于京杭运河专题数据，在采用整体备份的同时，对某些特别重要的数据或变更后的数据要重点备份。在进行重点备份时，可指定要备份的数据对象，如某个图层要素类、某些满足特定条件的记录，甚至特定的版本。实现这种备份方式的方法主要是利用ArcSDE提供的管理工具：sdexport和sdeimport命令。其中，sdeexport用于将空间数据从ArcSDE Server上备份为单独的数据文件，而sdeimport用于将经由sdeexport备份的数据文件恢复到ArcSDE中。

三、结语

本文给出了京杭运河文化遗产数据库的物理存储设计，具体谈了文件设计、安全设计和数据的备份与恢复等问题，希望能为日后大遗址空间数据库建设提供参考。

（卢岚单位为长沙环境保护职业技术学院；刘牛单位为长沙市规划信息服务中心；刘兴权单位为中南大学地学与环境工程学院）

[作者简介：卢岚（1983—），女，湖南城步人，硕士研究生，毕业于中南大学，讲师，研究方向：地理信息系统。刘牛（1987—），男，湖南长沙人，本科，毕业于中南大学，助理工程师，主要从事信息技术在城乡规划中的应用工作。刘兴权（1962—），男，湖北天门人，硕士研究生，毕业于中南工业大学，教授，主要从事GIS专业教学及GIS工程与应用方面的工作。基金项目：本文系国家科技支撑计划项目“空间信息技术在大遗址保护中的应用研究——以京杭大运河为例”，编号：2006BAK30B01。]

参考文献

[1] 路川，胡欣杰，何楚林.Oracle 10g DBA宝典[M].电子工业出版社，2007.

[2] 李明明，王勇，等.基于GIS的秦始皇陵兵马俑文物保护数据库研究[J].宝鸡文理学院学报（自然科学版），2007，27（3）：246-248.

[3] 肖鸣.基于Geodatabase的空间数据库系统设计与实现[D].武汉：武汉大学，2005.