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文檔簡介
水利工程論文-基于ArcSDE的太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建研究摘要:ESRI的ArcSDE是面向關(guān)系數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)存儲中間件產(chǎn)品。介紹了ArcSDE的主要功能,分析了太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)的主要來源,介紹了太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫的組成結(jié)構(gòu),并基于ArcSDE建立了太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫。關(guān)鍵詞:SDE;空間數(shù)據(jù)庫;GIS;太湖流域1引言太湖流域水環(huán)境數(shù)據(jù)是在流域范圍內(nèi)水質(zhì)、河流、湖泊、生態(tài)等各種環(huán)境要素數(shù)據(jù),污染物排放、環(huán)境質(zhì)量及其變化趨勢,幾乎全部屬于地理空間數(shù)據(jù)的范疇,具有十分典型的時間及空間變化特征。太湖流域水環(huán)境管理信息系統(tǒng)的建設(shè)離不開空間數(shù)據(jù)的支撐,太湖流域環(huán)境空間數(shù)據(jù)已經(jīng)成為太湖流域水環(huán)境管理與決策信息的重要數(shù)據(jù)資源,在流域污染物總量控制、減排考核、環(huán)境統(tǒng)計、飲用水源安全保護(hù)、環(huán)境質(zhì)量分析、生態(tài)分析、環(huán)境應(yīng)急處置、環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境影響評估等大量的業(yè)務(wù)工作中有非常普遍的應(yīng)用需求。因此,有必要建立太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)更多的應(yīng)用,服務(wù)于環(huán)境管理與決策。2ArcSDE功能ArcSDE是ESRI公司開發(fā)的一整套GIS軟件ArcGIS的一個組成部分,是面向關(guān)系數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)存儲中間件產(chǎn)品,提供了矢量、柵格和屬性數(shù)據(jù)的一體化數(shù)據(jù)庫存儲,主要功能是在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)之間充當(dāng)一個應(yīng)用網(wǎng)關(guān),即中間件,以便充分地把GIS和RDBMS集成起來。ESRI的ArcSDE采用真正的客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu),是高性能、面向目標(biāo)的空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),并提供一系列用于管理和訪問大型分布式地理數(shù)據(jù)的功能。用戶可以透明地訪問空間地理數(shù)據(jù),而不必關(guān)心數(shù)據(jù)的格式、存儲位置、方式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等問題。ArcSDE將地理特征數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一地集成在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)中,如Oracle,SQLServer等,利用從關(guān)系數(shù)據(jù)庫環(huán)境中繼承的強大的數(shù)據(jù)庫管理功能對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一而有效的管理。以ArcSDE為引擎和以SQLServer為中心的數(shù)據(jù)庫是空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理的理想模式。本項目擬采用ArcSDE來管理太湖流域水環(huán)境信息共享平臺的海量的GIS數(shù)據(jù)。在空間數(shù)據(jù)服務(wù)器上運行ArcSDE軟件,采用ArcSDE9.3版+SQLServer2008為太湖流域地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)平臺。3數(shù)據(jù)來源及分析3.1基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)主要來自測繪部門,主要是太湖流域各種比例尺的基礎(chǔ)地理信息,這部分?jǐn)?shù)據(jù)來自于測繪部門,主要包括:水系、村鎮(zhèn)點、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣市、地市、省、高速公路、國道、省道、鐵路等。這部分?jǐn)?shù)據(jù)需要運用ArcGISDesktop平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行錯誤檢查、斷線處理、節(jié)點合并、拼接與修正、分塊、提取等處理。3.2遙感影像數(shù)據(jù)主要是美國的陸地衛(wèi)星TM、法國SPOT、美國EOS/MODIS以及部分ASTER遙感影像。環(huán)保部門建立了DVB-S衛(wèi)星接收用戶站,每天接受太湖流域衛(wèi)星遙感影像。需運用Erdas平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行了輻射糾正、幾何校正、波段組合、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換等規(guī)范化處理。3.3業(yè)務(wù)空間數(shù)據(jù)這部分?jǐn)?shù)據(jù)是與太湖流域水質(zhì)狀況密切相關(guān)的空間地理數(shù)據(jù),主要是各類監(jiān)測點、環(huán)境功能區(qū)、污染源、河流和湖泊。河流和湖泊的空間數(shù)據(jù)從基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)提?。槐O(jiān)測點和污染源的空間數(shù)據(jù)由GPS采集到的地理坐標(biāo)經(jīng)緯度生成。4環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫的建立4.1空間參考系統(tǒng)同化在太湖流域水環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)絕大部分都具有空間地理基礎(chǔ),但由于數(shù)據(jù)獲取技術(shù)體系的差異,在地圖投影數(shù)學(xué)基礎(chǔ)方面存在不一致,例如多數(shù)環(huán)境監(jiān)測點位通過GPS測量得到地理經(jīng)緯度,依據(jù)的是WGS84橢球體和坐標(biāo)系。因此,太湖流域水環(huán)境遙感監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫必須考慮空間參考系統(tǒng)的同化:在太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫中規(guī)定統(tǒng)一的地圖投影數(shù)學(xué)基礎(chǔ),確定大地坐標(biāo)系、高程坐標(biāo)系,選擇投影方式(高斯-克呂格投影、Alberts等面積投影)、中央經(jīng)線(太湖流域東、西部地區(qū)分別以117、123度為中央經(jīng)線)。完成了空間參考系統(tǒng)的同化后,將大大有利于水環(huán)境遙感監(jiān)測信息的處理、提取、制圖和共享發(fā)布的流程化、標(biāo)準(zhǔn)化。目前,太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫坐標(biāo)系都統(tǒng)一到西安80坐標(biāo)系。4.2數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)(1)主要比例尺基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)?;A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)主要包括1:25萬基礎(chǔ)地理要素圖層、1:5萬基礎(chǔ)地理要素圖層、部分地區(qū)市區(qū)的1:1萬電子地圖。這些數(shù)據(jù)主要參考GBT13923-2006基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼進(jìn)行圖層分類和組織,并通過建立空間數(shù)據(jù)資源目錄進(jìn)行管理。(2)環(huán)境要素地理空間數(shù)據(jù)。太湖流域環(huán)境要素地理空間數(shù)據(jù)庫主要是在基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上建立,內(nèi)容包括水環(huán)境監(jiān)測點位、集中式飲用水保護(hù)區(qū)、生態(tài)功能區(qū)、太湖湖體、五大湖區(qū)、主要出入湖河流等。(3)衛(wèi)星遙感正射影像數(shù)據(jù)。衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)主要是我國環(huán)境一號衛(wèi)星HJ-1、美國的陸地衛(wèi)星TM、法國SPOT、美國EOS/MODIS以及部分ASTER遙感影像時相全、質(zhì)量好,能準(zhǔn)確解譯和分析太湖生態(tài)景觀特征尤其是藍(lán)藻水華、環(huán)湖地區(qū)植被與河道、圍網(wǎng)養(yǎng)殖占用湖體等信息,是反映太湖生境變化的十分有效的數(shù)據(jù)資料。(4)航空遙感正射影像數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)主要是太湖流域各地區(qū)航空正射影像數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)量達(dá)TB級。考慮海量航片的數(shù)據(jù)庫訪問響應(yīng)速度,這部分?jǐn)?shù)據(jù)單獨建庫,存放在專門的存儲設(shè)備中。(5)三維地形數(shù)據(jù)。三維地形數(shù)據(jù)由高程數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)和三維實時模型四類數(shù),通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行整和、匹配,并根據(jù)三維真實地形的實際應(yīng)用進(jìn)行交互式的調(diào)整,生成太湖流域三維地形的視景系統(tǒng)。三維實時模型基于高級參數(shù)化的矢量建模技術(shù)實現(xiàn),內(nèi)容包括河流、水道、湖泊、森林、道路、管線、建筑等。4.3數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)設(shè)計利用太湖流域水環(huán)境空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行水環(huán)境質(zhì)量狀況空間分析時,需要實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián),在ArcGIS中,要求通過唯一的ID進(jìn)行關(guān)聯(lián)。設(shè)計數(shù)據(jù)庫時,空間要素都設(shè)置了關(guān)鍵字,可通過該字段關(guān)聯(lián)到相應(yīng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。目前流域水環(huán)境監(jiān)測點是通過行政區(qū)代碼和測點代碼關(guān)鍵字組唯一確定,所以在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)過程中設(shè)置了省控編碼PmCode來唯一確定監(jiān)測點位,編碼規(guī)則是行政區(qū)代碼和監(jiān)測點代碼的連接串。由于污染源中的工業(yè)企業(yè)常在不同的地區(qū)開有分公司,用企業(yè)法人代碼并不能唯一確定一家企業(yè),課題中污染源也用EnCode來唯一確定,編碼規(guī)則是行政區(qū)代碼和企業(yè)法人代碼的連接串。4.4數(shù)據(jù)入庫ArcSDE中數(shù)據(jù)的加載通常采用兩種方法:(1)ArcCatalog或ArcToolbox中Shapefile(或Coverage等)toGeodatabase;(2)直接使用命令行。相對來說,第一種方法簡單且效率高,考慮到數(shù)據(jù)庫的通用性,故采用第一種方法。基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)入庫前需確定每個圖層的的坐標(biāo)系統(tǒng),然后導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫
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