城市三维空间地质数据库建设

贾玉斌 岳红星 杜彬 黄晓阳 刘兆鑫

摘要：经济的发展推动了城市现代化建设，城市内部的数据来源越来越广，种类越来越多，为了进一步了解城市空间地质资源信息，需要构建城市三维空间地质数据库，传统的城市三维空间地质数据库受数据量的限制，调用数据库内部信息的耗时较长，无法满足目前的城市建设需求，因此本文设计了新的城市三维空间地质数据库建设方法。采集城市三维空间数据，构建城市三维空间数据库模型，设计城市三维空间地质数据库架构，从而实现城市三维空间地质数据库建设。实验结果表明，设计的城市三维空间地质数据库调用内部资源信息耗时较短，具有省时性，有一定的应用价值，可以作为后续城市建设的参考。

关键词：三维空间数据;地质数据库;数据库模型;数据库架构

一、引言

随着经济的发展，城市建设也越来越完善，为了进一步了解城市内部的资源和空间信息，相关研究人员设计了城市地质信息采集系统，该系统可以将三维技术与城市信息相融合，实现城市内部空间数据分析[1]。但随着城市现代化发展进程加快，城市三维空间数据的来源也越来越广，数据的格式、种类不统一，且部分数据还具有较强的关联性，大量数据堆积下，傳统的城市地质信息数据库面临着巨大的调整，因此急需设计一种新的城市三维空间地质数据库[2]。

近几年，城市三维空间地质数据库逐渐向服务建设发展，不仅能接收储存海量的城市三维空间地质数据，还需要满足用户的查询需求，因此对三维数据库内的查询算法和空间模型要求越来越高，在设计时也必须要考虑与之相关的服务建设。城市三维空间数据种类较多，来源较广，不仅包含城市内部的工程信息，还包含着各种各样的地质信息[3]。实现城市三维地质资料数字化对高效管理城市三维空间地质数据来说十分有利，因此本文设计了新的城市三维空间地质数据库建设方法，为后续城市三维建设和数字化管理提供参考。

二、城市三维空间地质数据库建设方法设计

（一）采集城市三维空间数据

本文在MapGis67平台中构建城市三维空间地质数据库，为了保证城市三维空间数据库的建设有效性，首先需要采集城市三维空间数据[4]。传统的空间地质数据库在数据采集时主要使用原始的引擎，采集数据的速度较低，采集的效果也较差，本文选取SDE空间数据采集引擎，该空间采集引擎能同时采集不同的异构数据，实现数据共享，最大程度上提高数据信息交流频率，该引擎使用了SDE程序接口，在数据采集时可以通过API不断接收采集命令，并使用标准的Transmission Control Protocol完成数据传输。

数据采集引擎采集后的数据会通过Map Object、MapGIS、Arc GIS进行处理，传输到数据库中心完成数据分析和空间查询，该引擎不仅可以实现高效数据空间检索，还能同时完成数据处理和数据开发，保证空间数据访问的高效性。除此之外，该引擎的使用范围较广，内部含有完整的函数开发数据库，能全方位实现城市地质空间数据开发，SDE空间数据采集引擎使用MapGIS完成复杂信息探测，如城市的矿产资源信息，地址信息等，为后续的数据库建设提供有效的技术支持。

在城市三维空间地质数据库数据采集的过程中，为了进一步提高数据采集的效果，本文设计了数据采集可视化模块，该数据采集可视化模块可以实现数据的无缝连接，实现各个水平面数据的可视化。数据采集可视化模块由Client和Server两部分组成，首先由外部应用通过SDE API输入初始数据，转交到Map DIS客户端处理，其次再通过TCP＼IP构建服务指令，通过AQL传输到RDBMS中，实现空间数据的采集[5]。在数据采集过程中，还可能随时受到空间地理信息影响，降低信息采集的效果，本文构建的城市三维空间地质数据库设计了空间分析函数，服务器可以使用空间分析函数传递数据请求，实现城市空间地质数据信息的有效采集。

（二）构建城市三维空间数据库模型

城市三维空间数据库的性能主要由数据库内部的数据处理储存模型决定，因此本文结合上文中采集的城市三维空间数据信息设计了城市三维空间数据库模型。首先设计数据库的逻辑模型，本文使用MapGIS K9技术设计了可视化管理模块，研究了数据可视化关系，设计了数据模型的逻辑层，结合各个基本的数据信息，设计的城市三维空间数据库模型如下图1所示。

由图1可知，该数据库模型建立在其他数据库基础上，为了提高三维空间数据库的容纳性，本文进一步设计了数据库的物理结构。有效的物流结构对数据库的储存功能扩展有重要意义，除此之外，还能提高数据库内数据的提取速度，因此本文结合数据库设计的基本逻辑和数据之间的关系，设计了城市三维数据库物理结构，为提高数据库的基础性能作参考。

在城市三维空间地理数据库模型综合设计时，本文结合了城市三维数据的应用层次进行了统一设计，构建了标准的目录树结构，通过表设计法确定了数据之间的基础关系，其中地区信息使用METADB_TABLE表储存，矿种信息使用*_MINIDB表储存，省级专题使用METADB_TABLE表储存，不同的关键字之间使用MPDB_FDS进行关联，再通过MINEXID进行数据识别，假设模型应用程序编号为000，此时在数据库建设时需要使用55010103100726000规则进行编码记录，提高数据库的管理效率。

（三）设计城市三维空间地质数据库架构

实现城市三维空间地质数据库建设的最后一步就是设计城市三维空间地质数据库架构。城市三维空间地质数据库属于现代信息系统，因此其架构在设计过程中需要注重基本的设计原则：

第一，需要满足设计完备性原则，保证设计的数据库能满足数据库数据管理需求，能实现高效数据存取的同时保证数据库稳定性，最大程度地满足用户需求。

第二是实用性原则，设计时需要考虑数据的存储更新问题，保证设计的数据库架构满足系统的长期发展需求，结合数据库设计先进技术进行设计。

第三需要满足专业性原则，城市三维空间地质数据库与地质专业有一定的联系，因此在设计时也需要准确地应用地质知识。

第四是可维护性原则，为了尽可能降低数据库的維护成本，设计的数据库架构需要尽可能满足维护功能，最后，需要满足数据库的高效易用性原则，即设计的数据库能快速响应用户，满足用户的访问需求，基于此设计的数据库架构如下图2所示。

由图2可知，本文使用SQL Server设计数据库架构，整个数据库内部包括几个不同的层次，本文使用B＼S进行数据访问层划分，即分为数据库访问层、逻辑层、显示层，数据库内部使用ASP.NET工具进行开发，且使用VRML完成三维建模，为了保证数据库的显示功能，本文设计的数据库使用BS Contact和 JavaScript为三维场景建设提供支持。

在用户使用数据库时首先可以通过指定的浏览器进入到数据库访问界面，然后可以点击任务触发按钮触发相应的事件，结合业务层内部的功能函数可以对数据库中的数据进行连接，为了提高整个数据库的使用性能，本文以数据库为核心，设计了数据分类查询模块，构建了相关的功能划分函数，进一步满足数据库的实际使用需求。

城市三维空间地质数据库可以看成属性元素之间的集合，本文使用了上述设计的数据模型，对设计的数据库架构进行基础性表达，设计了数据库之间的连接关系。此时的字段名和字段类型满足城市三维地质空间数据库标识需求，可以结合该数据结构表完成城市三维空间地质数据库的综合建设。

三、实验

为了验证本文设计的城市三维空间地质数据库建设方法的建设效果，本文搭建了相关的地质数据库建设平台，将其与传统的城市三维空间地质数据库建设方法进行对比，实验如下。

（一）实验准备

本实验使用C#+Arcengine搭建城市三维空间地质数据库测试平台，为了保证该平台的测试准确性，本实验为其添加了GIS测试模块，设计了标准化Arcgis Engine测试框架，Arcgis Engine测试框架内部使用了ArcObject组件进行开发，该架构内部使用GIS组件库完成组件拼接，测试平台内部使用C#语言进行程序设计编程，结合.NET、Microsoft共同设计了系统的功能界面，提高了测试平台的测试效率，增加了测试容错率。在测试过程中，该平台设计了模块划分规则，制定了标准测试方案，使其最大程度地满足测试需求，基于此，绘制测试平台部分架构示意图，如下图3所示。

由图3可知，该测试平台可以实现数据共享，有助于三维空间地质数据库建设测试，在测试前，需要进行综合配置，将数据库与检测目录相连，不断解释业务数据库中的信息，形成检测业务数据库，从而提取检测数据。

业务数据库内存放了城市三维空间地质数据名称、实际类别，以及显示字段，受数据集中显示作用的影响，可能会产生数据集中问题，需要筛选处理后再存放在业务数据库中。使用上述选取的业务数据库，可以进一步构建实验扩展性模块，结合国家对数据库的基础要求，本实验使用数据扩展法对现有的检测数据库进行扩展，首先筛选功能模块加载中所需的业务模块数据，添加到基础地质解释主题中，其次勾选数据存放主题，最后进行反向提取，将筛选结果存放到筛选后的地质主题数据库中，此时可以通过初试测试界面准确地读取测试数据，提高测试的准确性。为了进一步满足数据的测试需求，本文对现有的测试模块进行了伸缩性扩展，首先需要计算伸缩性扩展参数，如下（1）所示。

（1）

公式（1）中，D代表扩展基础数值，S代表数据总量，使用该扩展性参数，可以进一步解释用户的业务需求，设计相关的测试功能，结合字段的伸缩性，可以对现有的数据进行编码，配置相关的业务数据，降低数据整理难度。

（二）实验结果与讨论

在上述验准备的基础上，分别使用本文设计的城市三维空间地质数据库建设方法和传统的城市三维数据库建设方法建设标准字段的传承是三维空间地质数据库，检测两种方法调用不同字段数据消耗的时间，实验结果如下表1所示。

由表1可知，本文设计的城市三维空间地质数据库建设方法调用不同字段数据消耗的时间较短，证明建设的城市三维空间地质数据库具有省时性，有一定的应用价值。

四、结束语

综上所述，经济的发展和城市化建设的进步促使城市内部的资源数据信息越来越多，种类也越来越丰富，传统的城市三维空间地质数据库无法满足目前的城市信息数字化需求，数据信息调用的耗时过长，因此本文结合城市化发展现状，设计了新的城市三维空间地质数据库，进行实验，结果表明，设计的城市三维空间地质数据库数据信息调用耗时较短，具有省时性，有一定的应用价值，可以作为后续城市现代化发展的参考。

参  考  文  献

[1]毛寅，曾玉清，贺安生等.城市三维空间地质数据库多元地学信息的构建法研究——以长株潭城市群核心区为例[J].矿产与地质，2020，34（02）：391-395.

[2]赵由之，李超，陈圆圆.基于多元知识和编图模型的智能地质编图技术及其应用[J].地质通报，2021，40（06）：978-987.

[3]贾飞，胡跃亮，王永锋，等.基于Vulcan软件的山东莱州留村金矿区三维建模及资源量估值[J].地质与勘探，2022，58（01）：12-23.

[4]姜竹君.对地矿行业图书资料馆馆藏资料修复和数据库建设的建议——以甘肃省地矿局地质资料馆为例[J].甘肃地质，2021，30（04）：90-93.

[5]施宝生，杨帆，余璨，等.基于地质统计学的普朗斑岩矿床铜矿化空间结构及品位分布规律研究[J].昆明理工大学学报（自然科学版），2021，46（06）：44-57.

作者单位：贾玉斌    岳红星    杜彬    黄晓阳    北京世纪安图数码科技发展有限责任公司

刘兆鑫    四川省地质调查院

贾玉斌（1989-），男，汉族，辽宁朝阳，本科，工程师，研究方向：地质矿产勘查工作，现从事自然资源政务管理系统开发、建库等工作。