分布式地理數(shù)據(jù)庫(kù)在核心要素的應(yīng)用

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1核心要素?cái)?shù)據(jù)更新現(xiàn)狀分析

“天地圖•福建”核心要素?cái)?shù)據(jù)每年開(kāi)展一次更新，一般按更新計(jì)劃選擇一部分地市城區(qū)或縣域作為更新區(qū)域，交通作為最重要的要素，需要每年對(duì)全省的鐵路和縣道以上的等級(jí)道路進(jìn)行更新。核心要素?cái)?shù)據(jù)更新的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人根據(jù)更新計(jì)劃，將任務(wù)分配給更新作業(yè)員，每個(gè)作業(yè)員負(fù)責(zé)一個(gè)區(qū)域的更新。在分配任務(wù)時(shí)，需要按照作業(yè)員負(fù)責(zé)的范圍對(duì)全省的核心要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行裁切（或空間相交），裁切結(jié)果以文件的形式分發(fā)給作業(yè)員，作業(yè)員參考遙感影像、專題數(shù)據(jù)等資料對(duì)核心要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行更新。所有的作業(yè)員完成更新之后，需要再將數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接和接邊，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人將更新成果發(fā)送給制圖員，制圖員再利用更新成果進(jìn)行電子地圖的配圖和切片。在整個(gè)核心要素?cái)?shù)據(jù)更新的過(guò)程中，數(shù)據(jù)以文件的形式流轉(zhuǎn)，裁切、拼接和入庫(kù)等操作都影響更新效率。更新過(guò)程中數(shù)據(jù)保存在作業(yè)員的工作站上，數(shù)據(jù)安全性不能保證，會(huì)出現(xiàn)硬盤損壞導(dǎo)致更新過(guò)程數(shù)據(jù)丟失的情況。數(shù)據(jù)更新完成后還需要導(dǎo)入應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中，用于電子地圖配圖和服務(wù)。陳為民等[7]研究了ArcGIS分布式地理數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，設(shè)計(jì)分布式地理數(shù)據(jù)庫(kù)同步更新系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)市級(jí)為主庫(kù)和區(qū)級(jí)為副庫(kù)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)同步更新機(jī)制。李永勝等[8]將Geodatabase復(fù)制技術(shù)應(yīng)用于土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，實(shí)現(xiàn)了同一數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)下多個(gè)地理數(shù)據(jù)庫(kù)間的數(shù)據(jù)雙向同步。核心要素數(shù)據(jù)更新項(xiàng)目負(fù)責(zé)人曾嘗試采用ArcGIS版本化（Versioning）的方法進(jìn)行更新，數(shù)據(jù)庫(kù)部署在部門服務(wù)器，10多個(gè)作業(yè)員并發(fā)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，但由于硬件資源的限制，會(huì)出現(xiàn)無(wú)法保存編輯的問(wèn)題?；诜植际降乩頂?shù)據(jù)庫(kù)的更新技術(shù)流程，作業(yè)員編輯數(shù)據(jù)時(shí)不需要訪問(wèn)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，降低了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。

2分布式地理數(shù)據(jù)庫(kù)

分布式地理數(shù)據(jù)庫(kù)就是將主庫(kù)中的全部或部分?jǐn)?shù)據(jù)拷貝到一個(gè)或多個(gè)副庫(kù)中，形成數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)的組織方式，地理數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制（GeodatabaseReplication）是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分布的方法。分布式地理數(shù)據(jù)庫(kù)允許企業(yè)根據(jù)需要將數(shù)據(jù)從中央服務(wù)器（centralservers）分發(fā)到處于在線或離線的環(huán)境中，作業(yè)員可以在不同位置編輯同一份數(shù)據(jù)。復(fù)本更新后，通過(guò)同步（Synchronization）將數(shù)據(jù)變化從一個(gè)復(fù)本發(fā)送到另一個(gè)復(fù)本。通過(guò)數(shù)據(jù)分布可以緩解服務(wù)器爭(zhēng)用以及對(duì)中央服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)速度慢的情況，從而提高數(shù)據(jù)可用性與性能。這有助于企業(yè)在執(zhí)行編輯的用戶與訪問(wèn)服務(wù)器以進(jìn)行讀取操作的用戶之間實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)載均衡。地理數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制的類型有3種：①檢入/檢出復(fù)制；②單向復(fù)制；③雙向復(fù)制。雙向復(fù)制可多次將數(shù)據(jù)變化從父復(fù)本同步到子復(fù)本，或子復(fù)本同步到父復(fù)本，適用于父復(fù)本和子復(fù)本都需要編輯或僅子復(fù)本需要編輯的情景，因此，在核心要素?cái)?shù)據(jù)更新過(guò)程中主要使用雙向復(fù)制。創(chuàng)建雙向復(fù)制的父復(fù)本和子復(fù)本必須是在ArcSDE地理數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3更新流程設(shè)計(jì)

根據(jù)ArcGIS的版本化和分布式地理數(shù)據(jù)庫(kù)的功能，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的技術(shù)流程，將分布式地理數(shù)據(jù)庫(kù)用于“天地圖•福建”核心要素?cái)?shù)據(jù)的更新作業(yè)。

3.1更新技術(shù)流程

參與核心要素更新的人員分為4類：①數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行管理）；②項(xiàng)目負(fù)責(zé)人（負(fù)責(zé)任務(wù)分配和數(shù)據(jù)沖突協(xié)調(diào)）；③作業(yè)員（負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的更新作業(yè)）；④質(zhì)檢員（負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的一級(jí)檢查和二級(jí)檢查）。1）安裝配置數(shù)據(jù)庫(kù)。服務(wù)器端和工作站均采用ArcSDE+PostgreSQL地理數(shù)據(jù)庫(kù)，由數(shù)據(jù)庫(kù)管理員負(fù)責(zé)安裝。選擇PostgreSQL主要是因?yàn)槠涔δ茏阋灾吻f(wàn)級(jí)數(shù)據(jù)量的管理，支持ArcSDE的完整功能，而且安裝文件很小，安裝、配置和管理非常方便。數(shù)據(jù)庫(kù)管理員負(fù)責(zé)在PostgreSQL中為更新創(chuàng)建forSDE數(shù)據(jù)庫(kù)。2）數(shù)據(jù)入庫(kù)及注冊(cè)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人在forSDE中創(chuàng)建要素?cái)?shù)據(jù)集，將核心要素?cái)?shù)據(jù)導(dǎo)入該要素?cái)?shù)據(jù)集中。分布式地理數(shù)據(jù)庫(kù)需要依賴GlobalID字段，因此，數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)之后必須添加GlobalID字段并賦值。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人對(duì)服務(wù)器端的要素?cái)?shù)據(jù)集執(zhí)行注冊(cè)版本（RegisterAsVersion），注冊(cè)時(shí)不能勾選將編輯內(nèi)容移動(dòng)到基表的功能，將DEFAULT版本設(shè)置為受保護(hù)（Protected），然后從DEFAULT版本創(chuàng)建forEdit版本，并將forEdit版本設(shè)置為受保護(hù)（Protected）。3）創(chuàng)建用戶及復(fù)本。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人使用創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)用戶（CreateDatabaseUser）工具為每一個(gè)作業(yè)員創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)用戶，并使用更改權(quán)限（ChangePrivileges）使工具授權(quán)作業(yè)員可以訪問(wèn)forSDE中的要素?cái)?shù)據(jù)集。此時(shí)每個(gè)作業(yè)員可以連接訪問(wèn)2個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)：服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)和本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。作業(yè)員連接服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)，在地理數(shù)據(jù)庫(kù)管理中從forEdit版本創(chuàng)建與作業(yè)員用戶名相同的私有（Private）版本。每個(gè)作業(yè)員創(chuàng)建完私有版本之后，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人需要檢查版本的組織情況，每個(gè)作業(yè)員的私有版本必須按組織，不允許作業(yè)員從DEFAULT創(chuàng)建私有版本。要求每個(gè)作業(yè)員必須都創(chuàng)建一個(gè)私有版本，是為了數(shù)據(jù)更新之后，數(shù)據(jù)變化將同步到作業(yè)員的私有版本中。作業(yè)員連接服務(wù)器端的私有版本，從DEFAULT和forEdit版本創(chuàng)建的復(fù)本將無(wú)法同步，因?yàn)榉?wù)器端DEFAULT和forEdit版本已設(shè)置為受保護(hù)。作業(yè)員執(zhí)行創(chuàng)建復(fù)本（CreateReplica）工具將服務(wù)器端的數(shù)據(jù)復(fù)制到本地ArcSDE中，創(chuàng)建復(fù)本時(shí)復(fù)本類型設(shè)置為雙向復(fù)制，同時(shí)將復(fù)本幾何要素（ReplicaGeometryFeatures）設(shè)置為每個(gè)作業(yè)員負(fù)責(zé)更新的范圍，子復(fù)本就僅包含與作業(yè)范圍相交的數(shù)據(jù)。每個(gè)子復(fù)本是雙向復(fù)制，所以本地子復(fù)本與服務(wù)器的父復(fù)本之間可以相互同步數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)更新作業(yè)。作業(yè)員根據(jù)參考資料對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。在更新過(guò)程中，本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)完全可以與服務(wù)器斷開(kāi)，不需要與服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行同步。2）質(zhì)量檢查。質(zhì)檢員、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人可以在作業(yè)員更新過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，通知作業(yè)員進(jìn)行修改，將質(zhì)量問(wèn)題消除在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，保證數(shù)據(jù)更新的質(zhì)量。質(zhì)檢員和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人直接連接每個(gè)作業(yè)員的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，不需要拷貝數(shù)據(jù)。3）同步和協(xié)調(diào)。作業(yè)員通過(guò)同步數(shù)據(jù)變化（SynchronizeChanges）工具將本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中的更新數(shù)據(jù)同步到服務(wù)器端私有版本，同步的方向是從子復(fù)本向父復(fù)本，此時(shí)，更新的數(shù)據(jù)已經(jīng)同步到服務(wù)器端作業(yè)員的私有版本。作業(yè)員在更新過(guò)程中，也可以根據(jù)需要定期將數(shù)據(jù)變化同步到服務(wù)器，避免本地?cái)?shù)據(jù)出現(xiàn)問(wèn)題，造成更新過(guò)程數(shù)據(jù)丟失。作業(yè)員的私有版本提交到forEdit版本時(shí)，必須進(jìn)行沖突檢測(cè)和協(xié)調(diào)。沖突發(fā)生在以下情況：①當(dāng)前編輯的版本和目標(biāo)版本中對(duì)同一要素進(jìn)行更新；②某個(gè)版本中更新了一個(gè)要素，而另一版本中刪除了此要素；③當(dāng)前編輯的版本和目標(biāo)版本中修改與要素或關(guān)系類關(guān)聯(lián)的拓?fù)?。開(kāi)始更新時(shí)每個(gè)作業(yè)員創(chuàng)建了一個(gè)私有版本，更新時(shí)作業(yè)員之間相互獨(dú)立，跨相鄰2個(gè)作業(yè)區(qū)域的要素會(huì)存在沖突，特別是交通和水系要素。使用版本管理工具條的協(xié)調(diào)進(jìn)行沖突檢測(cè)，檢測(cè)到?jīng)_突時(shí)會(huì)激活沖突窗口。在同步和協(xié)調(diào)過(guò)程中，增量表會(huì)不斷增大，狀態(tài)越來(lái)越多，數(shù)據(jù)庫(kù)性能會(huì)慢慢下降。為了提高數(shù)據(jù)庫(kù)性能，必須定期對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行壓縮（Compress）。

3.2耗時(shí)分析

服務(wù)器端是一臺(tái)部門用于電子地圖切片的服務(wù)器，操作系統(tǒng)采用WindowsServer2008R2，處理器XeonE5-2650V2@2.6GHz×2，內(nèi)存32GB。服務(wù)器和工作站均安裝ArcGIS10.2+PostgreSQL9.1.3，福建省核心要素?cái)?shù)據(jù)約714萬(wàn)個(gè)。核心要素?cái)?shù)據(jù)導(dǎo)入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)耗時(shí)34min38s，添加GlobalID字段并賦值耗時(shí)18min58s，注冊(cè)版本耗時(shí)12s。在一臺(tái)工作站的數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建尤溪縣的復(fù)本耗時(shí)3min9s，該縣的總要素個(gè)數(shù)為約13萬(wàn)。從數(shù)據(jù)入庫(kù)到創(chuàng)建尤溪縣的復(fù)本，整個(gè)過(guò)程耗時(shí)56min57s。因?yàn)閯?chuàng)建要素?cái)?shù)據(jù)集、創(chuàng)建版本、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)用戶和授權(quán)等操作耗時(shí)非常短，因此，不進(jìn)行耗時(shí)統(tǒng)計(jì)。在基于分布式地理數(shù)據(jù)庫(kù)的更新方法中，數(shù)據(jù)入庫(kù)和添加GlobalID字段僅需操作一次，核心要素?cái)?shù)據(jù)將一直存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。作業(yè)員的數(shù)據(jù)庫(kù)用戶也僅創(chuàng)建一次。每次需要開(kāi)展更新任務(wù)時(shí)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人僅需將作業(yè)員的更新范圍分發(fā)下去，作業(yè)員自行在服務(wù)器forEdit版本上創(chuàng)建私有版本，然后創(chuàng)建復(fù)本。創(chuàng)建復(fù)本耗時(shí)與要素的個(gè)數(shù)正相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，作業(yè)員僅需10min左右就可以完成一個(gè)縣的原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備?；诜植际降乩頂?shù)據(jù)庫(kù)的更新成果存儲(chǔ)在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中，可直接用于服務(wù)和電子地圖配圖等。核心要素?cái)?shù)據(jù)需要每年進(jìn)行全面更新，鐵路、等級(jí)公路等重點(diǎn)要素需要實(shí)時(shí)更新，基于分布式地理數(shù)據(jù)庫(kù)的更新方法具有明顯優(yōu)勢(shì)。在對(duì)重點(diǎn)要素進(jìn)行實(shí)時(shí)更新時(shí)，每次更新可能僅有幾個(gè)要素，但為了保證本地?cái)?shù)據(jù)與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)一致，每次更新完都需要進(jìn)行一次入庫(kù)，非常耗時(shí)。

3.3復(fù)雜性分析

采用分布式地理數(shù)據(jù)庫(kù)的更新方法比傳統(tǒng)的更新方法復(fù)雜一些，對(duì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和作業(yè)員有一定要求。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人需要掌握數(shù)據(jù)入庫(kù)、創(chuàng)建用戶、創(chuàng)建版本、沖突協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)壓縮等操作，但ArcGIS中都提供了相應(yīng)的工具，不需要掌握與PostgreSQL相關(guān)的操作。作業(yè)員僅需要掌握創(chuàng)建私有版本、創(chuàng)建作業(yè)區(qū)復(fù)本和同步數(shù)據(jù)變化等操作，這些操作也都有相應(yīng)的工具，作業(yè)員僅需要了解每個(gè)工具的參數(shù)設(shè)置即可。

4結(jié)語(yǔ)

省市天地圖的建成對(duì)促進(jìn)地理信息資源共享，提高測(cè)繪地理信息公共服務(wù)水平起到了關(guān)鍵作用，各省每年都要開(kāi)展天地圖數(shù)據(jù)更新工作?；诎姹竞头植际降乩頂?shù)據(jù)庫(kù)的更新技術(shù)流程具有很強(qiáng)的可操作性，對(duì)軟硬件資源要求不高，能顯著提高效率，對(duì)提高天地圖數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性有很好的作用。如果數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器之間建立復(fù)本，數(shù)據(jù)成果可以直接從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器同步到應(yīng)用服務(wù)器。核心要素?cái)?shù)據(jù)更新僅是分布式地理數(shù)據(jù)庫(kù)的一種應(yīng)用場(chǎng)景，版本和分布式地理數(shù)據(jù)庫(kù)靈活結(jié)合的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)支持多種業(yè)務(wù)邏輯?？捎糜诳v向的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及聯(lián)動(dòng)更新，如省、市、縣分級(jí)管理的數(shù)據(jù)；也可以用于橫向的數(shù)據(jù)共享及聯(lián)動(dòng)更新，如不同的行業(yè)部門之間的數(shù)據(jù)共享。

參考文獻(xiàn)

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作者：張壽選 單位：福建省基礎(chǔ)地理信息中心