基于ArcSDE的机场地理空间数据库构建

张一帆，王青山，郗笃刚，田 野，孙启松

（1.信息工程大学，河南 郑州 450052；2.北京交通大学，北京 100081）

基于ArcSDE的机场地理空间数据库构建

张一帆1，王青山1，郗笃刚1，田 野2，孙启松1

（1.信息工程大学，河南 郑州 450052；2.北京交通大学，北京 100081）

为了实现对机场地理信息数据的有效组织管理，保障机场的日常运行和维护，在Oracle10g数据库平台与ArcSDE中间件基础上，构建了Geodatabase驱动的机场地理空间数据库。该数据库按照地理空间的数据标准对机场空间数据进行分类、编码和命名，遵循现实世界中各个地理要素之间的空间关系，建立相关几何网络与拓扑关系，实现了机场地理空间数据的高效存储与管理。

ArcSDE；Geodatabase；Oracle10g；空间数据；数据管理

在机场的选址规划和日常运行过程中涉及大量地理信息，其中包含空间数据和非空间属性数据。这些数据零散地分布在机场的不同部门，难以共享和维护。如何高效地组织、管理这些数据资源是提高机场信息化水平、建设“数字机场”面临的一个主要问题。本文以地理信息为核心，以地理信息数据库为载体，通过统一的标准规范，构建动态更新的机场空间数据体系，实现机场地理信息的统一存储和管理。

许多学者在对空间数据进行组织管理时，选择传统商业数据库平台结合SDE中间件技术来实现。张洪吉[1]等在SQL Server和ArcSDE技术基础上，为四川雁江构建了省级新农村数据库，实现了对新农村建设过程中空间数据的有效管理。韩富江[2]等从海岛管理部门的需求出发，使用ArcSDE和 ArcGIS Engine组件技术，设计和开发了浙江省海岛管理信息系统，实现了对海岛数据的集中统一管理。张立朝[3]等根据人防资源与数据的管理需要出发，按照Geodatabase模型结构对人防数据进行组织和构建，对人防数据处理过程和数据库备份与恢复机制进行了详细阐述。丁明雷[4]等在构建长江测绘成果应用系统基础空间数据库时采用Oracle11g+ArcSDE 10实现了空间数据的访问与交互、多用户并发控制等；杨敏[5]等对滇池北岸污染源的数据结构和类型进行了划分，利用SDE引擎和Oracle11g对滇池北岸空间数据和属性数据进行统一管理。谭德宝[6]等结合长江荆江河段的防洪减灾数据库建设任务，对基于ArcSDE和Oracle平台的数据库构建思路进行了阐述。由于ArcSDE和Oracle技术应用广泛、成熟稳定、能高效管理大量空间数据，因此本文在Oracle10g平台和ArcSDE空间数据引擎技术支持下，构建了机场地理空间数据库。

1 技术路线

机场空间数据库数据量巨大，同时又包括多种比例尺、多种类型和来源的数据形式，现势性要求高，本文采用ArcSDE+Geodatabase+Oracle10技术体系来存储和管理机场地理空间信息。

1.1 ArcSDE空间数据引擎

ArcSDE是ArcGIS与关系数据库之间的GIS通道。它不仅可以让用户在几种不同的DBMS中实现对地理信息的管理，还可以允许所有的ArcGIS应用软件顺利接收和处理这些数据。作为多用户ArcGIS系统的一个关键部件，ArcSDE引擎为众多DBMS提供了一个开放的链接入口，从而使ArcGIS在不同数据库平台（Oracle、Oracle with Spatial/Locator、Microsoft SQL Server、IBM DB2和Informix）上管理地理空间信息成为可能。ArcSDE不仅支持每一个DBMS的特有功能，还可以让同样的功能在所有的DBMS中实现。

1.2 Geodatabase模型

Geodatabase是一种在关系数据库基础上，使用面向对象的方法实现对空间数据组织与管理的空间数据模型。为了能够更自然地对要素进行描述，Geodatabase利用面向对象的建模方法，通过定义对象类型，定义拓扑、空间等关系，实现对所有空间数据及属性数据的统一存储管理。根据模型结构，经过合适的设计，可以使Geodatabase模型的数据对象与用户的模型相似，这时用户操作的对象不再是点、线、面，而是关注的对象，如机场跑道、设施等。参考Geodatabase的模型特征，本文将机场地理空间数据按照一定的空间表达及拓扑关联存储于基于Oracle10g和ArcSDE的空间数据库中。图1为机场地理信息数据在Geodatabase模型中存储的方式。

图1 机场地理信息数据在Geodatabase模型中解决方案

1.3 Oracle关系数据库

由于机场地理空间信息数据量巨大，且包含多种数据类型，管理起来纷繁复杂，因此在选择数据库平台时既要考虑平台稳定性又要便于管理人员操作使用。Oracle10g在原来版本的基础上有效简化了数据库的升级与配置，大量复杂的配置和部署配置被取消和简化；对许多常用操作实行了自动化处理，有效提高了数据库管理人员使用效率。

2 机场空间数据库设计

2.1 需求分析

我国民航机场主要由飞行区、航站区、货运区、维修设施、空中交通管制设施、供油设施、后勤保障设施、地面交通设施和机场空域等部分组成[7]，包含丰富的地理空间信息，然而在对机场各类地理空间数据进行管理时，依然主要依赖于图纸和表格，缺乏方便快捷的空间数据管理途径。特别是近年来，随着机场业务量逐年增大，传统的数据处理和信息管理手段与机场信息化建设需求间的矛盾日渐显现。机场管理者要求在空间数据中集成场务数据，并将空间分析和可视化功能添加到机场地理信息系统中去，以实现机场空间数据与场务数据的融合与展现，因此需要开发符合机场实际需求的地理空间数据库。

2.2 概念模型设计

机场空间数据库的构建目的是为了合理地存储和管理机场的空间数据和属性数据，建立它们的关联关系，形成一个不依赖数据库管理系统的信息结构。现采用E-R模型抽象出实体，如图2所示，机场包括飞行场地、导航设施、供电设施和油料库等。

图2 数据库E-R图

2.3 数据逻辑设计

机场空间数据库主要包括基础地理空间数据子库、业务数据子库、专题数据子库以及元数据库。基础地理数据子库由基础地形图数据、数字高程模型数据、遥感影像数据及三维模型数据等构成；业务数据子库由机场设施数据、导航数据、部门信息、统计数据和业务管理信息等组成；专题数据子库由净空数据、导航数据、规划信息、管线数据和房屋信息等组成。这些数据包含与空间位置相关的空间数据和与其无关的非空间数据，存储前者使用栅格和矢量方式；存储后者主要将和空间要素有关的如机场名称、滑行道、跑道长度、宽度等存储为空间要素的扩展属性信息，其余信息则直接通过相互联系的属性表存储在数据库中。图3为具体逻辑结构。

图3 逻辑结构图

2.3.1 数据字典设计

数据字典主要用来描述存储数据的规格、等级和类别等信息，是一种用户可以访问的记录数据库源数据的表，如机场等级、场站级别、使用性质、导航方式、道面材料、加油方式和主风方向等。

2.3.2 空间实体的Geodatabase模型表达

Geodatabase模型通过层次结构的数据对象来实现对地理数据的组织。这些数据对象存储在要素类（Feature Class）、对象类（Object Class）和数据集（Feature Dataset）中，Object Class应该理解为在Geodatabase模型中存储非空间数据的表，且Feature Class是拥有同样属性结构和几何类型的要素集合。本文涉及的地理数据有机场相关的地形图、专题图及行政区划图等矢量数据，机场区域遥感影像图等栅格数据，机场各专题统计信息等属性数据。根据机场不同空间实体选择对应的表达方式：矢量数据用点线面表示，栅格数据用栅格结构表示、地形表面用不规则三角网（TIN）表示，其余数据用对象表示，以实现对现实世界行为和结构的模拟（表1）。

表1 空间实体表达形式

2.3.3 属性数据结构设计

1）机场空间数据属性设计。机场地理空间数据包含大量属性信息，本文的空间数据属性设计主要是指机场矢量数据的属性结构。表2的shape字段不仅记录了机场内各空间实体（如跑道、导航设施等）的位置坐标信息，也包含每个实体的属性信息。

表2 矢量数据属性结构设计

2）机场非空间数据属性结构设计。非空间数据采用表格记录，通过机场编码或机场名称来关联空间数据，以机场基本信息表为例，其属性结构设计如表3所示。

表3 机场基本信息表

3 机场空间数据库实现

3.1 数据处理

1）地形图、专题图及行政区划图的处理。将

1∶1 000、1∶10 000等纸质地形图扫描成栅格数据，利用ArcMap中的ArcScan工具将图中关注要素（如飞行场、跑道、仓库、机场设施等）矢量化。

2）遥感影像处理。对机场遥感影像按照关注区域和分辨率分类，并进行纠正、配准和投影转化，得到处理好的不同分辨率的遥感影像数据。

3）属性数据入库。机场要素所构成的点、线、面的属性信息，可直接选择对象和可视化手动输入或编辑该对象的属性，对于图形数据则由系统处理以后自动获取宽度、长度及面积等属性信息。

3.2 数据入库

导入栅格数据时，使用ArcCatalog中的Raster to Geodatabase工具，也可以使用ArcSDE的sderaster命令实现；导入矢量数据时，通过Load Objects Wizard或使用ArcToolBox中的数据导入工具；对于空间数据表则可使用Load Objects Wizard导入。

3.3 数据库备份与恢复

1）利用ArcSDE数据库引擎。使用ArcSDE的sdeexport工具将空间数据从ArcSDE Server上备份为单独数据文件，再使用sdeimport将该文件恢复到ArcSDE Server上。

2）利用Geodatabase。本文机场地理空间数据中的图形及属性数据都存储在Geodatabase模型中，图形数据有机场区域行政区划、道路交通、水文及遥感影像等；属性信息有机场设施属性、专题属性等。首先建立个人Geodatabase数据库，对数据库数据进行备份，然后将原始备份数据存储于数据库，恢复时再加载Geodatabase图层即可。

3）利用Oracle数据库平台。Oracle10g数据库本身具有备份与恢复功能。机场地理空间数据库可依据Oracle10g数据库的冷、热备份模式进行备份与恢复。

4 结 语

本文首先梳理了机场运行和维护过程中涉及到的地理空间数据类型和结构，通过构建机场地理空间数据库，实现了对机场地理空间数据的高效组织和管理，提高了机场地理空间数据的共享性和科学管理水平，为机场的规划建设、运行维护和专题研究提供了有力数据支撑，为今后机场GIS的建设提供了数据保障。然而“数字机场”建设任重而道远，机场空间数据库的建设也处于初级阶段，未来还需研究的课题包括空间数据库框架及内容，机场辅助决策的应用研究和机场可视化管理等。

[1] 张红吉,李绪平,罗勇,等.基于ArcSDE和SQL Server的新农村建设数据库设计与实现[J].安徽农业科学,2013,41(4)∶1 836-1 841

[2] 韩富江,张济博,田双凤,等.基于ArcSDE的浙江省海岛管理信息系统设计与实现[J].测绘与空间地理信息,2014,37(12)∶90-92

[3] 张立朝,王珂珂,王青山,等.Geodatabase数据模型驱动的人防地理数据库[J].测绘科学技术学报,2008,25(6)∶443-447

[4] 丁明雷,邹艳红,周冠男,等.长江测绘成果管理应用系统研究[J].测绘科学,2013,38(5)∶66-68

[5] 杨敏,徐晓梅,周鸿斌,等.基于Oracle和ArcSDE的滇池北岸数据库设计与应用[J].环境科学与技术,2013,36(7)∶168-174

[6] 谭德宝,程学军.基于ArcSDE+Oracle 9i的防洪减灾综合数据库的构建及应用[J]武汉大学学报(信息科学版), 2006(1)∶90-93

[7] 高俊启,徐皓.机场工程概论[M].北京∶国防工业出版社,2014

P208

B

1672-4623（2016）05-0051-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.016

张一帆，硕士，主要从事地理信息系统、态势表达等方面研究工作。

2015-05-21。

项目来源：国家自然科学基金资助项目（41401160）。