非煤矿山综合治理技术支撑平台数据库设计方法研究

赵晔

（辽宁省地理空间成果应用中心，辽宁沈阳 110034）

为实现辽宁省矿产资源管理的科学化与规范化，充分利用大数据、地理信息+、人工智能等高科技手段对土地利用、环保、生态、地质、矿业等空间数据和业务数据进行科学管理，促进全省矿业转型升级与绿色发展，矿业结构调整，辽宁省组织构建了非煤矿山综合治理技术支撑平台。支撑平台在汇总、精化了“三调”、土地、地质、环保、矿政、矿山规划等成果数据的基础上，兼顾非煤矿山综合治理业务需求依据统一的规范和标准，建立了完整的、空间连续、主要要素时点统一的非煤矿山综合治理技术支撑平台数据库（以下简称非煤数据库）。

一、数据库平台结构设计

1.应用系统构建模式

非煤数据库基于Clien/Server 架构开发数据库管理系统（图1），集成开发环境为Visual Studio 2010，根据需求分析，先进行构件单元的设计与开发，以构件化的设计开发思想，根据应用与管理对象的不同，对软件构件进行灵活组装搭建成不同的应用系统；以ArcEngine 作为开发接口，提供了丰富的底层功能接口。

2.数据库平台系统架构

依托成熟的IT基础架构，针对多源数据成果的管理和存储，通过平台对数据库进行浏览查询、统计分析、制图、报表等操作，辅助非煤矿山治理工作需求，快速输出符合标准或符合用户分析报告要求的各类图件。

（1）基础设施层

基础设施是支撑辽宁省非煤矿山综合治理多源数据管理、共享、服务以及应用所需的网络、系统软硬件设备及其运行环境，主要包括计算资源、存储资源、网络资源等。

（2）数据资源层

数据资源层由非煤矿山综合治理多源数据库成果数据组成，主要包含7个要素集：环境集(envi)、地质集(geology)、基本农田集(land)、非煤矿山集(mine)、矿山规划集(mineplan)、三调矢量集(vector3)、三调影像集(image3)、天地图服务(HeavenEarthService)。7个要素集为三类：非煤矿山集是本项目重点管理要素集，矿山规划集、地质集为非煤矿山修复治理、矿权设置和矿山转型分析参考要素集，其它为背景参考要素集（图2）。

（3）平台组件层

平台组件层是数据库管理和应用服务系统的基本服务能力的体现，通过功能组件和服务接口向上能够支撑应用层的应用构建，向下通过统一数据访问接口能够操作数据层的数据资源[1]。根据非煤矿山综合治理数据库管理和应用服务系统的需求，需要设计数据更新维护、系统运行管理、常规处理方面的功能组件以及信息查询检索、一般统计分析等方面的数据及功能服务。

（4）平台应用层

基于组件服务层提供的功能组件和服务接口，面向桌面端，面向不同接入模式进行应用构建。其中桌面应用主要包括数据更新维护、系统安全管理、数据浏览、信息查询检索、统计分析以及其它方面的应用[1]。

二、数据库的建设流程

1.准备工作

非煤数据库服务器操作系统采用Windows Server 2016，数据库管理系统采用PostgreSQL 9.x，空间数据引擎采用ArcSDE 10.7。

2.数据收集与整理

非煤数据库目的是科学管理各种矿山地理信息成果，实现多源数据在同一平台、同一地理框架下高效管理，涉及数据主要来源于2018年辽宁省事业单位机构改革前隶属于国土资源、测绘地理信息的多家单位，收集的数据涉及面比较广，需要对数据进行匹配与融合、归一化处理等数据预处理操作，生成满足非煤矿山统计分析的数据源。虽然收集的数据都是成果数据但还存在部分坐标系统不一致，需要通过坐标转换方式将所有数据都统一到国家2000坐标系。另外涉及的数据都是各方面专业数据，信息量比较大，需要根据需要对属性信息进行筛选[2]。

3.数据入库

（1）入库前检查

为确保非煤数据库各种成果数据顺利入库，需要对涉及数据进行预处理。主要通过人工、软件检查相结合的方法，通过软件进行批量检查、辅助以人工检查。主要针对属性结构的一致性，空间的拓扑关系以及空间参考关系的正确性等问题进行检查。同时人工检查判断软件检查结果中可疑问题正确性，对统计分析具有重要作用的要素。问题需要返回到前一工序进行修改，检查合格后才能进入下一工序。

图2 数据库的逻辑结构图

（2）数据建库

非煤数据库的关系型数据库采用Oracle，空间数据采用GeoDatabase模型以ST-Geometry格式保存在Oracle数据库中，统计分析采用Hadoop+Hive分布式计算框架，文档数据采用NAS或DFS形式存储，分别按矢量数据集，要素类、栅格数据集，镶嵌数据集，网络数据，表格数据，文档数据作为数据存储记录结构[3]。

各类数据入库后，针对数据入库情况，自动生成数据入库报告。

4.数据库的安全设计

数据库系统安全设计的目标包括三个方面：一是无授权情况下数据库系统中任何数据不被下载、复制；二是满足系统数据对不同级别、不同权限用户的合理使用，使系统正常运行、不被非法入侵、不受外界破坏；三是在系统出现故障（设备故障、运行环境故障或人为操作失误）造成数据的破坏时能及时通过系统数据的备份与恢复策略及时进行数据恢复，从而保障系统数据的准确无误，系统的稳定运行。

非煤数据库用户和权限管理包括网络用户、数据库用户和权限、应用系统用户和权限三个方面的管理。非煤数据库内容安全设计主要通过数据的安全管理和备份恢复两方面实现，对数据库数据定期和不定期进行备份，同时按照数据的情况进行全备份和增量备份，如对数据库初始数据采用全备份，而部分更新变化数据采用增量备份。

三、功能模块设计

本数据库平台功能主要由登录模块、地图操作模块、地图定位模块、数据查询模块、数据统计模块等5大模块组成。

1.登录模块

程序运行时，将用户登录信息保存在内存中，方便记录用户的操作。用户是否可以重复登录，本模块并没有限制，所有用户可以同时登录，程序采取并发方式处理请求（图3）。

2.地图操作模块

该模块主要是通过对地图的基本浏览。实现对地图的一些操作，如可以对图形放大、缩小，可以进行全屏显示等。

图3 登录需求

本系统提供了两种不同的地图视图方式：地图视图和布局视图。当浏览地图中的地理数据时，选择地图视图。地图视图是一种多功能的视图方式，它可以在一个数据框内集中处理数据，如编辑或者分析。地图视图是将布局视图中的地图元素(如标题、指北针和比例尺)隐藏的视图，更直观更便捷。

3.地图定位模块

地图定位提供了通过指定矿山名称、许可证号、指定具体坐标等多种定位方式，将当前窗口快速定位到所要查找的位置的功能。包括以下方式：书签管理、坐标定位、矿名定位、行政区定位（图4）。

4.数据查询模块

该模块实现系统的查询功能，主要包括由图形到属性的查询（如鼠标点击查询）和由属性到图形的查询（如条件查询）等（图5）。

5.数据统计模块

主要提供多种方式的数据统计功能，如统计当前地图中的所有或某类矿山的总面积、个数，以及统计当前地图中的所有矿山的个数、面积，统计符合某项条件的矿山信息等（图6）。

图4 矿名定位查询

图5 数据查询

图6 矿山对象统计结果

四、结语

非煤矿数据库管理海量多源非煤矿山数据，数据库设计是否合理，是非煤矿山综合治理技术支撑平台开发是否成功的关键。数据库中涉及非煤矿山专业数据，同时涵盖“三调”、环保等背景地图数据，为保证系统的效率和可靠性提供了数据基础。