移动道路测量车内业数据存储方法比较

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摘 要:空间数据具有多种存储方式.本文以京珠高速为例,基于移动道路测量、ESRI的二次开发组件ArcEngine和Visual stdio2008软件平台,结合ArcGIS软件的数据处理功能,开发出一套具有空间数据读取、导入、采集、处理、输出等功能的综合性系统—外业数据综合系统.该系统中的空间数据有应用了三种存储方式,不同的空间数据存储所包含的信息量是不同的,针对不同的空间数据的操作、显示、处理方式也不相同.本文将针对三种不同的空间数据存储方式进行比较,列出在系统开发中三种包含空间信息的数据所起的不同的作用,以及对各自存在的缺陷进行相应的探讨与研究.

关键字:空间数据;ArcEngine;地理信息系统

中图分类号:U412.24 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1003-6970.2013.06.034

0 引言

地理信息系统的数据是海量的,目前存储地理信息数据的方式和方法有多种,如CAD存储模型、Coverage存储模型和Geodatabase存储模型等等.每种方式都有其优势和缺点.在开发地理信息系统时,需要根据实际情况来权衡使用不同空间数据存储方法的利弊,使得存储与读取数据更加有效,快捷.

空间数据(Spatial Data)是指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据.它可以用来描述来自现实世界的目标,它具有定位、定性、时间和空间关系等特性.空间数据适用于描述所有呈一维、二维甚至多维分布的关于区域的现象,空间数据不仅能够表示实体本身的空间位置及形态信息,而且还有表示实体属性和空间关系(如拓扑关系)的信息.在空间数据中不可再分最小单元现象称为空间实体,空间实体是对存在于这个自然世界中地理实体的抽象,主要包括点、线、面以及实体等基本类型.

要完整地描述空间实体或现象的状态,一般需要同时只有空间定位数据和属性数据,如果要描述空间实体或现象的变化,则还需记录空间实体或现象在某一时刻的状态.所以一般认为空间数据具有三个基本特征:空间特征、属性特征和时间特征,空间数据的三个特征反映了所表现空间实体的本质.但是对空间数据来讲,它并不是不受限的反映空间实体,在描述空间目标时有一定的限制,不能无限膨胀,这个限制就是空间数据的第四个特征—地图约束性特征.[1]

1.外业数据综合系统开发基本路线和方法

1.1 OracleSpatial与ArcSDE在技术路线及存储机制上的比较研究(技术路线的差异)

SDE的实现包括内置式和外部调用式两种.内置式是内置于已有的数据库系统中,比如OracleSpatial它是在原来的在数据类型中添加SDO_GEOMETRY类型,把空间信息作为一个字段存储.它的优势在于:空间数据库引擎作为数据库系统的一个功能模块,充分利用数据库系统所特有的安全性、数据完整性和对多用户并发操作的处理能力来实现对空间数据的管理,应用程序只需完成对数据库系统的操作即可.并且其空间数据的数据结构对用户公开,用户可方便地利用数据库的操作方法来管理空间数据.另一种SDE实现方式即外部调用式是在已有的数据库系统上,通过进一步的开发,把SDE系统作为独立的功能调用模块实现,如ESRI的ArcSDE.它的优点是:开发者只须熟悉一种开发工具和掌握空间数据库引擎所提供的编程接口函数就可开发出工作性能较好的应用程序.但是这种空间数据库引擎也存在缺点:ArcSDE空间数据库引擎相对于数据库来说是一个外部应用部件,空间数据库引擎通过数据库接口对空间数据进行管理和操纵,其中间过程被屏蔽了,且空间数据的存贮格式也不公开,因此数据库管理员无法使用数据库自身提供的编程语言来操纵空间数据.[1]


1.2开发平台与数据存储方式

本文中基于ArcEngine所开发的系统中,采用了三种数据存储方式.

(1)Access数据库存储

在外业数据采集中,利用单镜头,双镜头和五镜头相机进行数据采集并存储到相应的相机文件中,在相机文件中,采集位置的坐标、经纬度等信息存储在一个名为CameraData.mdb的Access数据库文件中.影像数据存储在相应的Image文件夹中.

(2)Shapefile矢量文件存储

基于ArcEngine开发的外业数据综合系统在对外业数据进行导入时,是将存储在Access文件中的数据导入至Shpfile文件中,之后就可以在系统的地图窗口进行浏览,编辑等操作.

(3)PersonalGeodatabase空间数据库存储

在对shpfile点文件进行处理后,之后在该shp点和相应的照片播放的同时,需要对其进行点和线的采集,采集数据所用的数据存储方式为PersonalGeodatabase(个人Geodatabase).Geodatabase是一种采用标准关系数据库技术来表现地理信息的数据模型.目前有两种geodatabase结构:个人Geodatabase和多用户Geodatabase (multiuser geodatabase). 个人Geodatabase,对于ArcGIS用户是免费的,它使用Microsoft Jet Engine数据文件结构,将GIS数据存储在小型数据库中.个人geodatabase更像基于文件的工作空间,数据库存储量最大为2GB.个人geodatabase使用微软的Access数据库来存储属性表.

1.3数据处理流程

该系统的数据处理过程如图1所示:

2空间数据存储方式比较与各自存在的问题

Access数据文件:原始的相机数据文件为普通的Access数据库文件,数据主要存在TPhoto表中,存储内容如图2所示:

(2)基于ArcEngine开发的系统进行数据导入处理,生成了相应的shpfile文件并在地图窗口中进行展示,该步骤实现了相机数据的可视化过程(如图3所示). (3)在已有的shp相机数据基础上,需要进行交通标志,人行天桥等高速公路上的点目标和线目标进行数据采集,此时考虑Geodatabase能够更有效的组织和管理数据,并且在结合gridcontrol进行空间数据更新时有很好的优势,因此对用PersonalGeodatabase存储采集数据(appdata.mdb,如图4)).但是,为了对表进行方便的设计,且表的原始字段不需进行可视化的操作,对进行采集的表的原始字段存放在Access数据库(MetaData.mdb)中,以供用户进行设计与更改.

在这三种数据库格式中,各有利弊,主要包括以下几个方面:

(1)外业相机数据根据相机内部的设计用Access数据库存储其位置,照片等信息.此时相机存储的信息按几个表分开存储,主要有GPS点的位置信息表TGpsdata,相片信息表TPhoto.这对于用户根据需求提取相应的信息由很大的便利性.

(2)shpfile文件是读取Access数据库中信息生成的,包含坐标信息,并能够在Mapcontrol显示出来,给用户进行了具体位置的展示,这是原始Access数据库文件不能实现的.shpfile文件具有自带的主键FID,并且在同一个文件中FID是连续的,并且在对文件进行操作(如添加或删除记录,合并等)之后,FID仍保持其连续性.这一特性在使得在对shpfile文件进行操作之后仍能保持文件记录FID的连续性,在对进行相机数据播放时,能够按FID的顺序进行正常播放.

(3)每个shpfile格式 的文件包含至少四个相关文件以保存完整的坐标等信息,其中*.shp文件保存空间矢量数据,*.dbf保存属性数据,矢量数据和属性数据是分开保存的,并且一个shpfile文件只包含点、线、面中的一种要素,只包含一个属性表,这对于数据的组织和统一管理来讲有一定的局限性.并且shp文件的坐标参数在prj文件中完全暴露出来,保密性差.相对于数据库来说,对于删除或修改的文件不易恢复,对于文件中的记录的操作也是不可恢复的,而数据库在条件允许的情况下是能够进行数据的恢复操作的.由于采集的要素包含点、线,面,且每种类型包含数个图层,为了数据组织和统一管理的方便性,本系统基于shpfile点文件上采集的数据统一用Geodatabase数据库保存.一个Geodatabase数据库文件可以同时保存多个不同类型的图层,这使得多个用户在进行数据采集时,各人都将自己采集的数据统一保存在系统的appdata.mdb文件中,当对多用户的数据进行合并和汇总时,只需将每人系统下相应得Geodatabase数据库文件拷贝出来,然后可以利用ArcGIS对相应的图层进行合并,汇总.同时,根据用户需求,用户可以将Geodatabase文件在基于ArcEngine开发的系统中选择需要的字段属性导出成shp文件或Access数据表文件,以便对数据进行修改和汇总.

(4)随着信息技术的迅速发展,地理信息系统软件经历了三代数据模型,即CAD数据模型、 Coverage数据模型和Geodatabase数据模型.[2] 在对采集数据的存储中,同样发现了两个弊端,第一,Geodatabase占用磁盘空间比较大,如果不进行单独压缩,在每个用户的系统下面的数据量都达到一百兆以上甚至几百兆,或许是由于采集时进行数据存储和更新时方法有一定的弊端,也或者才系统对数据信息操作(如剪切、删除)时数据的冗余信息没有被删除,而仍旧被保存在数据库文件中,因此磁盘开销比较大.第二,在用gridcontrol控件进行属性输入并保存到数据库中时,数据库即时更新速度不够快,有时需要保存几次才能将更新的记录保存至数据库.这可能与数据库文件大有关系,也可能更新方法不够好,在添加记录与属性赋值的时间间隙上有改进的空间.

3.建议与方法

下面这对上述问题以及以后可能存在的问题提出可行的建议和方法:

(1)寻找数据更新更好的方法,减少数据冗余量.

(2)在对数据库添加记录与属性赋值中间隔一段时间,该时间段用于数据库的添加更新操作,用户输入属性信息的时间可以用于该时间间隔.

(3)若涉及坐标及相关参数等保密信息的问题,需要对数据库进行加密操作.

(4)对于Geodatabase数据库,在系统闲暇时间内对其进行有效的压缩,减少磁盘开销.压缩可利用AE自带的压缩Compact工具,压缩代码如下:

Geoprocessor gp 等于 new Geoprocessor();

gp.OverwriteOutput 等于 true;

Compact m_Compact 等于 new Compact();

m_Compact.in_workspace等于Application.StartupPath+ \\data\\appdata.mdb";

m_Compact.out_workspace 等于 Application.StartupPath + "\\data\\appdata.mdb";

Application.DoEvents();

gp.Execute(m_Compact, null);

4.结论

本文基于ArcEngine进行二次开发的地理信息系统上,对系统所采用的三种数据存储方式进行了比较与分析,结合三种存储方式在系统中发挥的不同作用,以及各自存在的缺陷,针对性的提出了相应的解决方案.随着地理信息产业与空间信息技术的不断发展,快速,压缩率高,易于组织,更细速度快的数据存储方式是推动GIS向前发展的重要因素之一.在以后的学习和工作中,将继续致力于此方面的研究与探讨,不断提高系统质量,满足用户需求,推动GIS理论与实践不断向前发展.

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