地理信息基础数据库设计方案

地理信息基础数据库设计方案基础数据遥感影像数据本项目是XX高新区主要区域影像数据，建设范围为30平方公里。遥感影像数据处理几何校正，正射校正遥感影像在获取过程中，受到如大气吸收与散射、传感器定标、地形等因素的影响，且它们会随时间的不同而有所差异。因此，在多时相遥感影像中，除了地物的变化会引起影像中辐射值的变化外，不变的地物在不同时相影像中的辐射值也会有差异。利用多时相遥感影像的光谱信息来检测地物变化状况的动态监测，其重要前提是要消除不变地物的辐射值差异。数据融合数据融合实质上是将高分辨率影像空间特征与低分辨率影像多光谱特征组合到一副影像,使得融合后影像即具有高分辨率影像空间特征,又具有低分辨率影像多光谱特征。数据裁剪与镶嵌镶嵌当研究区超出单幅遥感影像所覆盖的范围时，通常需要将两幅或多幅影像拼接起来形成一幅或一系列覆盖全区的较大的影像。在进行影像的镶嵌时，需要确定一幅参考影像，参考影像将作为输出镶嵌影像的基准，决定镶嵌影像的对比度匹配、以及输出影像的像元大小和数据类型等。镶嵌得两幅或多幅影像选择相同或相近的成像时间，使得影像的色调保持一致。但接边色调相差太大时，可以利用直方图均衡、色彩平滑等使得接边尽量一致，但用于变化信息提取时，相邻影像的色调不允许平滑，避免信息变异。裁剪影像裁剪的目的是将研究之外的区域去除，常用的是按照行政区划边界或自然区划边界进行影像的分幅裁剪。图像增强图像增强是指按特定的需要突出一幅图像中的某些信息，同时削弱或去除某些不需要信息的处理方法，其目的是使得处理后的图像对某种特定的应用，比原始图像更合适。处理的结果使图像更适应于人的视觉特性或机器的识别系统。图像增强主要可分为三类:频域图像增强方法、小波域图像增强方法、空域图像增强方法。匀光匀色处理由于光学遥感影像获取的时间、外部光照以及其他因素的影响,导致获取的影像在色彩上存在不同程度的差异,这种差异会不同程度地影响后续数字正射影像生产、数字城市和数字省区无缝影像数据库建设以及其他的影像工程应用中影像的使用效果。为了消除影像色彩上的差异,需要对影像进行色彩平衡处理,即匀光处理。GIS专题数据库GIS空间数据库指的是在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。空间数据库的研究始于20世纪70年代的与领域，其目的是为了有效地利用卫星遥感资源迅速绘制出各种经济专题地图。由于传统的关系数据库在空间数据的表示、存储、管理、检索上存在许多缺陷，从而形成了空间数据库这一数据库研究领域。而传统数据库系统只针对简单对象，无法有效的支持复杂对象（如图形、图像）。GIS空间数据主要有两种组织策略，一种是基于分层的数据组织，另外一种是基于特征的数据组织。基于分层的数据组织是目前常用的也是比较成熟的数据组织策略，基于特征的数据组织是未来GIS数据组织的发展方向，但目前还不成熟。本系统就是采用基于分层的数据组织策略，将空间信息分为地图集、图层集和图层。其中系统用到的图层主要有行政图层、道路图层、河流图层、灾害点图层、监测点图层等。在数据管理方面，前端采用FeatureBase进行管理，后台采用SQLServer2008很好的解决了网络环境下多用户并发操作、权限管理等诸多问题，同时系统采用多级缓冲机制，大大加快了用户操作地图功能的速度。矢量数据:主要是指城市大比例尺地形图。此系统中图层主要分为底图层、道路层、单位层，合理的分层便于进行叠加分析、图形的无逢拼接以实现系统图形的大范围漫游。矢量数据一般通过记录坐标的方式来尽可能将地理实体的空间位置表现的准确无误，显示的图形一般分为和。图层:图象都是由一层或多层图层组成。图层功能允许让多张图片进行叠加放置并保存在一个文件中。通过对图像分层放置，您能够有效的把多张图片混合在一起，隐藏或显示每个单独的图层，文本、绘图和图象可以在各自的图层上被添加、删除、移动和编辑而不会影响其它图层。地形数据：地形数据是能够表示地球表面高低起伏状态的数据，即具有高程信息的数据。数字高程模型（DEM）是一种对空间起伏变化的连续表示方法，是一种特殊的DatasetGrid数据模型，每个网格的值为高程值，而且有标准的颜色表来表示，这对分幅DEM图像的合成很有帮助。三维模型主城区精细化三维建模本项目主城区精细化三维建模和普通三维建模面积为30平方公里。平台建设基础平台平台构成主要由系统软件（操作系统、网络软件等）、数据库软件（如Oracal、SQLServer等）、GIS软件平台、应用软件（GIS二次开发软件、GIS组件库等）组成。层次结构如图所示：图GIS层次结构图基本功能地图浏览系统提供地图放大、缩小、平移、鹰眼、全图等基础地图操作,地图底图服务采用金字塔地图静态缓存切片技术，配合优化后的客户端加载，实现了高效地图刷新，地图操作基本无刷白。同时在地图数据加载过程中，实时提供进度条显示，方便让用户了解地图数据加载情况。电子地图具有平滑过渡，使用时不会出现刷白的现象。图层功能图层是地理数据存储的基本单元，图层存储可以是空间矢量数据(如点、线、面)和属性数据，也可以是一组带地理配准的栅格影像数据，它们都是一组与主题相关的数据单元。系统提供基础底图图层和专题图层，基础底图可以是矢量二位电子地图，也可以是遥感影线数据，一般作为地图背景数据。专题图层通常为空间矢量数据，针对不同业务，可以加载一个或多个相关业务专题图层，进行空间属性分析。数据目录空间数据目录,是指按照一定的格式和标准，对空间数据资源的基本情况进行描述的目录。根据不同的应用属性，目录以多种形式组织和展开。基础数据源选择提供矢量电子地图、卫星遥感影像、DEM基础数据源数据的目录，提供地图基础底图的切换。专题数据筛选提供专题、部门、热门分类的专题数据目录，可自由进行组合叠加。空间分析提供针对数据目录中的专题数据进行空间分析的功能，可以实现空间检索和缓冲区检索。空间检索：提供矩形、圆形、多边形、手绘自由面等多种方式进行空间检索。缓冲区检索：提供点、线、面基于缓冲半径的缓冲区检索。数据搜索图层检索：提供基于数据目录的图层检索，通过指定数据目录中的一个或多个专题图层进行关键字检索。全文检索：提供基于搜索引擎的全文检索，通过关键字在所有专题图层中进行相关性检索，可以根据词典，提供分词、同义词等方式的模糊检索。空间标注点标注：提供基于空间点要素的标注功能，可以实现多种样矢量点和图标点的标注功能。线标注：提供基于空间线要素的标注功能，可以实现多种样式线符号的标注功能。面标注：提供基于空间面要素的标注功能，可以实现多种要素面要素的标注功能。文字标注：提供基于空间点的问题标注功能，可以实现文字自由空间标注。量算功能长度量算：提供空间距离量算功能，可以通过多点折线和手绘自由线进行距离长度量算功能。面积量算：面积空间面积量算功能,可以通过多边形和手绘自由面进行面积量算功能。地图输出地图打印：提供当前地图打印功能，将地图输出到打印机进行输出。地图保存：提供地图截图功能，截图后可保存到剪切板，或者保存为多种格式的图片文件。空间分析空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息，是利用各种空间分析模型及空间操作对地理数据库中的空间数据进行深加工，进而产生新的知识。?缓冲区分析缓冲区分析是地理信息系统中常用的一种空间分析方法，是对空间特征进行度量的一种重要手段。缓冲区分析是研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形实体，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的信息分析方法。它是地理信息系统基本的空间操作功能之一。从空间变换的观点看，缓冲区分析模型就是将点、线、面地物分布图变换成这些地物的扩展距离图，图上每一点的值代表该点距离最近的某种地物的距离。实际上，缓冲区就是地理目标或工程规划目标的一种影响范围。叠置分析叠置分析是地理信息系统中常用的提取空间隐含信息的方法之一，叠置分析是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，其结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生新的属性关系。其中，被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统的，基准面相同的、同一区域的数据。窗口分析地理信息除了在不同层面的因素之间存在着一定的制约关系之外,还表现在空间上存在着一定的关联性。对于栅格数据所描述的某项地学要素，其中的(i，j)栅格往往会影响其周围栅格的属性特征。充分而有效地利用这种事物在空间上相联系的特点，是地学分析的必然考虑因素。窗口分析是指对于栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值等一系列统计计算，或与其它层面的信息进行必要的复合分析，从而实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。栅格数据分析栅格数据由于其空间信息隐含属性信息明确的特点，可以看作是最为典型的数据层面，通过数学关系建立不同数据层面之间的联系是GIS提供的典型功能，空间模拟尤其需要通过各种各样的方式将不同的数据层面进行叠加运算，以揭示某种空间现象或空间过程。同矢量数据多边形叠置分析相比，栅格数据的更易处理，简单而有效，不存在破碎多边形的问题等优点，使得栅格数据的叠置分析在各类领域应用极为广泛。水文分析水文分析专题主要是利用地图的基本应用功能以及地图标识功能，对各个水位站的地理位置坐标数据、各个水位站监测到的水情数据在地图上进行加载，形成一个专题图层，以直观的方式将相关的数据信息集中显示在一张地图上，以供用户查看和浏览，方便用户对各个水位站的地理位置以及实时的水情数据等相关信息进行查看。动态分段动态分段是在数据库中纪录道路的每种属性的起止点到道路原点的距离，并不是真的将道路切断存储，适合于动态的分析，顾名动态分段。采用动态分段之后，一个路段（Segment），是路网上两个交点间连线或者弧的一部分，路段的长度用其占连线的比例来表示，具有唯一的标识码。在GIS数据库中，路段是依附于路网数据，本身没有坐标。由于采用动态分段将道路的各种属性以及其分布集中在一个图层中进行管理，采用线性定位方法，因而容易实现各种“点线”以及“线线”的叠加查询分析。动态分段是对现实世界中的线性特征及其相关属性进行抽象描述的数据模型和计算手段，它可以根据不同的属性按照某种度量标准对线性要素进行相对位置的划分，而对同一个线要素，可以根据不同的度量标准得到不同的相对位置划分方案。图动态分段数据模型插值分析在实际工作中，由于成本的限制、测量工作实施困难大等因素，我们不能对研究区域的每一位置都进行测量（如高程、降雨、化学物质浓度和噪声等级）。这时，我们可以考虑合理选取采样点，然后通过采样点的测量值，使用适当的数学模型，对区域所有位置进行预测，形成测量值表面。插值之所以可称为一种可行的方案，是因为我们假设，空间分布对象都是空间相关的，也就是说，彼此接近的对象往往具有相似的特征。地图裁剪地图裁剪是从地图矢量数据集合中提取所需信息的过程，它是空间数据处理过程中经常遇到的问题。在进行地形图的开窗、放大、漫游显示和空间目标提取，以及多边形叠置分析时，必须进行数据裁剪。裁剪就是把裁剪区域内地理实体及他们之间的拓扑关系表达出来，可分为两个步骤：一是将区域中的地图元素提取出来，建立矢量数据的简单数据结构；二是将这些地图元素之间的拓扑关系提取出来，建立矢量数据拓扑关系的表示结构。裁剪后的地图矢量数据不仅含有该区域中各个地理实体的抽象，而且还有对各个地理实体之间拓扑关系的描述，是认识该区域的基础。拓扑功能拓扑关系是指空间数据的位置关系。空间拓扑描述的是自然界中地理对象的空间位置关系，是地理对象空间属性的一部分。在地理对象中涉及的拓扑关系有邻接，关联和包含。这个很容易理解。那么在GIS中，运用拓扑有什么好处？拓扑的主要目的是保证数据的质量，提高数据的精度。这也就是在GIS软件中，虽然实现的方式不同，但最终的目的无非是保证数据的质量。地理对象的拓扑关系，主要有以下三种：相邻:是指对象之间是否在某一边界重合，例如行政区划图中的省、县数据。重合:是指确认对象之间是否在某一局部互相覆盖，如巴士线路和道路之间的关系。连通:连通关系可以确认通达度、获得路径等。网络分析在GIS中，网络分析是指依据网络拓扑关系（结点与弧段拓扑、弧段的连通性），通过考察网络元素的空间及属性数据，以数学理论模型为基础，对网络的性能特征进行多方面研究的一种分析计算。在GIS中，作为空间实体的网络与图论中的网络不同。它作为一种复杂的地理目标，除具有一般网络的边、结点间的抽象的拓扑含义之外，还具有空间定位上的地理意义和目标复合上的层次意义。具体说来，网络就是指现实世界中，由链和结点组成的、带有环路，并伴随着一系列支配网络中流动之约束条件的线网图形，它的基础数据是点与线组成的网络数据。网络分析是通过模拟、分析网络的状态以及资源在网络上的流动和分配等，研究网络结构、流动效率及网络资源等的优化问题的领域。对地理网络、城市基础设施网络进行地理分析和模型化，是地理信息系统中网络分析功能的主要目的。网络分析的基础是网络的建立，一个完整的网络必须首先加入多层点文件和线文件，由这些文件建立一个空的空间图形网络，然后对点和线文件建立起拓扑关系，加入其各个网络属性特征值，如根据网络实际的需要，设置不同阻强值，网络中链的连通性，中心点的资源容量，资源需求量等。一旦建立起网络数据，全部数据被存放在地理数据库中，由数据库的生命循环周期来维持其运作。地理信息系统中的网络分析就是对交通网络、各种网线、电力线、电话线、供排水管线等进行地理分析和模型化，然后再从模型中提炼知识指导现实，从网络分析应用功能的角度上，网络分析划分为路径分析、最佳选址、资源分配和地址匹配。在路径分析中有以下几类的分析处理方向：静态最佳路径：由用户确定权值关系后，即给定每条弧段的属性，当需求最佳路径时，读出路径的相关属性，求最佳路径。动态分段技术：给定一条路径由多段联系组成，要求标注出这条路上的公里点或要求定位某一公路上的某一点，标注出某条路上从某公里数到另一公里数的路段。N条最佳路径分析：确定起点、终点，求代价较小的几条路径，因为在实践中往往仅求出最佳路径并不能满足要求，可能因为某种因素不走最佳路径，而走近似最佳路径。最短路径：确定起点、终点和所要经过的中间点、中间连线，求最短路径。动态最佳路径分析：实际网络分析中，权值是随着权值关系式变化的，而且可能会临时出现一些障碍点，所以往往需要动态地计算最佳路径。资源分配主要是优化配置网络资源的问题，资源分配的目的是对若干服务中心，进行优化划定每个中心的服务范围，把所有连通链都分配到某一中心，并把中心的资源分配给这些链以满足其需求，也即要满足覆盖范围和服务对象数量，筛选出最佳布局和布局中心的位置。资源分配网络模型由中心点(分配中心)及其状态属性和网络组成。分配有两种方式，一种是由分配中心向四周输出，另一种是由四周向中心集中。这种分配功能可以解决资源的有效流动和合理分配。选址功能是指在一定约束条件下、在某一指定区域内选择设施的最佳位置，它本质上是资源分配分析的延伸，例如连锁超市、邮筒、消防站、飞机场、仓库等的最佳位置的确定。在网络分析中的选址问题一般限定设施必须位于某个节点或某条链上，或者限定在若干候选地点中选择位置。地址匹配实质是对地理位置的查询，它涉及到地址的编码。地址匹配与其它网络分析功能结合起来，可以满足实际工作中非常复杂的分析要求。所需输入的数据，包括地址表和含地址范围的街道网络及待查询地址的属性值。海图数据电子海图(ElectronicChart，EC)是用数字形式表示的以描写海域地理信息和航海信息为主的海图，它与国际海上人命安全条约(SOLAS)所需要的纸质海图等效，电子海图亦称为数字海图(DigitalChart)。它同时是一个内容、结构、格式均标准化了的数据库，这个数据库由官方授权的权威航道测量部门制作发行，供ECDIS使用，其系统显示界面如图所示。电子海图的结构一般分为电子海图目录、物标分类编码系统、用户数据格式的ENO、ENC改正数据库、海图图式符号库、用户数据库、航海信息咨询系统数据库等主要部分。电子海图目录：ENC中存储的海图，一般要根据比例尺（全球图、沿岸图等）的不同划分成几个比例尺级别。如我国海区可以划分成1：100万、1：25万等几个比例尺级别。为了有效的使用海图数据，必须摒弃原纸质海图图幅的限制，将每级比例尺的海图所覆盖的整个区域划分成大小合适的单元，对两幅纸质海图重叠的部分只取一次数据。三维分析GIS的优势在于能够直观直接地展示复杂的地理信息，同时具有强大的空间分析功能。三维GIS突破了空间信息在二维平面中单调展示的束缚，可以更加准确真实地展示现实环境，为信息判读和空间分析提供了更好的途径。某些特定的分析功能，如地质分析、日照分析、空间扩散分析、通视性分析等高级空间分析功能仅能在三维GIS中实现。三维GIS是模拟、表示、管理、分析客观世界中的三维空间实体及其相关信息的计算机系统，能为管理和决策提供更加直接和真实的目标和研究对象。三维GIS的实现关键在于三维数据模型的建立。对空间实体及空间关系的准确、有效表达是三维空间建模的主要任务，它应具备以下功能：空间实体及空间关系的定义及描述与表达方法，空间实体和非空间实体之间的直接或间接关系的描述与表达、空间数据操作的分类定义及操作符号和操作规则描述、空间实体和非空间实体之间的相互制约机制及限定时间序列下的动态变化，空间数据的完整性及一致性检验规则等，目前提出的三维空间数据模型可分为3类，即：面模型、体模型和混合模型等。三维特效扩展在基于三维可视化场景中，最基本的空间查询是空间点的三维坐标查询，它是其他交互操作和空间分析的基础。由于消隐处理，计算机屏幕上的三维模型的像点与三维模型的大地坐标不是一一对应的，必须确定鼠标点捕捉到2D屏幕坐标所对应的3D大地坐标才能进行正确的空间分析和查询操作，这实际是将计算机的2D屏幕坐标反解为3D空间坐标，是透视投影的逆过程。通视分析是以某一点为观察点，研究某一区域通视情况的地形分析，属于对地形进行最优化处理的范畴，通视功能的实现是指一个视点在多个方向上的可见性。它的算法原理是从DEM中的某个像素向周围像素发出一系列射线，并计算从视点A到周围每个像素X的坡度角，若此坡度角大于已有坡度角中的最大角，则像素X是可见的，否则不可见。GIS平台海量数据管理支持元数据的定义，可以创建、编辑和管理元数据。系统基于OGDC标准（OpenGeo-DataBaseConnectivity，开放式空间数据库连接标准），实现了无差别访问多种数据来源，将不同平台的不同格式数据加载到同一个场景中展示，包括矢量、栅格、影像、栅格目录、文本注记、网络、三维矢量、多分辨TIN等数据类型。支持业界先进的数据模型Geodatabase。系统的数据引擎支持的数据格式，支持WMS、WFS、WMS、KML\KMZ等标准格式数据和编目服务（CatalogServices)等，提供对OGC地图标准的广泛支持。支持任意等级建立影像数据金字塔以及金字塔的部分更新，支持LZW、JPEG、JPEG2000等压缩技术存储影像。系统支持多种矢量数据存储格式，有OGC的ST_Geometry格式、SQLServer的Geometry和Geography格式。支持OGC空间SQL语句直接访问矢量数据。系统直接支持ENVI的文件格式，可直接读取、显示ENVI格式。系统保证在DBMS中存储矢量数据的空间几何完整性，支持属性域、子类，支持定义空间数据之间的规则，包括关系规则、连接规则、拓扑规则等。系统支持多版本数据管理技术。支持多用户并发编辑和访问。支持多级树状结构的地理数据模型级别的数据库复制和同步技术。系统提供平台级（非二次开发）的角色服务安全访问控制LDAP，TokenService认证。系统支持使用python脚本调用来完成地理空间数据的处理和分析。WebGIS功能系统支持对二维/三维场景进行各类漫游操作：放大、缩小、平移、倾斜、旋转量算、视图回溯、图层控制等操作。系统支持基于Web的在线地图数据编辑，包括点、线、面的空间数据编辑和属性编辑，支持多用户并发编辑。系统支持基于Web在服务器端实现高级GIS分析功能，除了二维地图显示外，还包括三维地图显示、高级GIS空间分析（叠加分析、邻近分析、数据管理）等。系统提供GIS服务创建和管理框架，支持便捷的创建和管理二维/三维地图显示服务，影像服务，要素服务，搜索服务，几何服务。系统提供免费的、可定制的三维数字地球客户端，可访问并使用服务器平台所发布的GIS服务，如三维GIS服务、在线GIS分析服务。系统软件通过了OGC认证，支持发布各种开放数据格式，如WMS、WFS、WCS、KML等；并提供针对WMS的SLD支持。 系统提供GIS服务的创建和管理框架，基于此框架可以很方便地创建和管理二维/三维地图显示服务，索引查询服务，要素编辑服务，OGC服务，远程空间数据库访问服务，地理定位服务，和自定义高级GIS分析服务、遥感影像服务。系统支持发布搜索服务可对企业内的GIS内容和文件夹进行索引查询，支持用户快速查找。系统提供交互式数据下载功能的GIS分析工具，支持数据压缩并通过电子邮件发送数据。系统提供几何形状运算服务，支持动态计算自动闭合、凸多边形、裁剪、加密、求差、距离、综合、相交、偏移、重塑、截断/延伸、组合。系统支持时态感知图层，存储数据集某时间段的状态信息。发布地图服务时，保留时态信息，并可通过地图服务访问。基于时态信息，可改变地图的显示或进行时间查询。系统支持要素附件，提供了地图上地理要素相关的附件上传和关联的方法。附件例如Txt、PDF和图像文件，包含要素的补充信息。当发布地图服务后，客户端可查看和下载附件。系统支持发布影像服务，提供多种客户端控制设置，如每次请求的最大影像尺寸、每次镶嵌的最大栅格数、默认重采样方法、压缩方法、镶嵌方法、每次请求返回最大记录数、每次请求最大下载数。系统支持缓存地图与动态地图叠加使用功能，相对固定的数据：采用缓存地图方式，大大提高效率；动态数据：采用动态地图方式，便于信息处理。支持将多类型、多精度影像、地形叠加分组分层显示例如：可支持影像数据集、SIT、GeoTif、WMS、web地图缓存、文件缓存等多种数据存在形式，支持不同范围、不同投影、不同分辨率的影像叠加显示，支持图层的叠加、半透明显示，图层顺序控制、可见性控制等。此外，还支持各种海量矢量数据、三维模型数据的叠加显示，矢量数据的显示无需进行预处理且具有高效、依地形显示的特点。系统支持多种缓存格式：紧凑缓存格式将所有切片打包成大的Bundle文件，而不是将单个切片存储成单个文件；混合模式缓存支持在同一缓存中使用不同图片格式的切片。系统提供协同缓存创建工具，支持缓存切片的导入和导出。系统具有开放性特征，能用国际上通用的多种主流开发语言实现应用的开发，并预留了接口。支持COM、.NET、J2EE、Flex、Silverlight；系统提供多种开发框架，例如JavaADF、.NetADF、Flex、Silverlight、JavaScript等。 系统提供基于IOS、Wi