基于ArcSDE的航空摄影档案资料数据库建立及管理研究.pdf

中国新技术新产品2024 NO.1（下）-54-信 息 技 术为满足航空摄影过程中影像的存储需求，有关单位进行研究后提出了 GIS 系统。随着 GIS 技术持续更新与完善，航空摄影数据库所需功能越来越多。根据工作要求，GIS 不仅应存储属性数据，还应具备存储空间数据的能力1。空间数据库不仅要保存空间对象的地理位置信息，还要保存对象之间的拓扑关系信息。因此，如何规划、开发空间数据库引擎成为一项重要工作。而在空间数据方面，遥感图像数据是一种重要的数据形态，也是今后数据库数字化应用的重要研究方向2。随着遥感技术快速发展，市场现有的遥感数据数量呈几何级数增加，传统的基于“图幅”“影像文件”的数据管理方式已无法适应“数字化”时代的发展需求。数字航摄影像同时具备地图的几何特性和影像特性，具有直观易读、信息量丰富和获取快速等优点，在国内、外都获得了高度认同，成为一种使用越来越多的基础地理数据资源。然而，从海量数字影像数据的管理与分发服务的角度看，数字航摄影像仍很难推广使用。为此，本文将基于 ArcSDE，进行如下研究。1 基于 ArcSDE 的航空摄影档案资料数据库建立1.1 航空摄影影像数据库模型建立构建航空摄影影像数据库前，需要通过高斯正反算公式计算航空摄影的定位信息，将其转变为数据库可以识别的数据信息3。利用高斯投影正算公式，假定椭球面上一点的地球坐标为（B，L），同时（B，L）也可表示该点的经纬度，求解其高斯平面上的坐标（x，y），该过程即为高斯投影正算。其数学关系如公式（1）、公式（2）所示。x=F1（B，L）（1）y=F2（B，L）（2）式中：F1和 F2代表转换系数。高斯投影逆变换以一个点在高斯平面上的坐标为基础，来确定一个点的位置为 x、y，求出该点的地球坐标 B、L，其数学关系如公式（3）、公式（4）所示。B=1（x，y）（3）L=2（x，y）（4）式中：1和 2代表逆转换系数。明确不同类型数据之间的转换关系后，通过构建数据库模型，可对数据库进行结构化和操纵数据的描述。由于航空摄影档案资料中的影像数据具有复杂性和特殊性，因此一般商用数据库管理方式无法满足其条件4。对此，为建立和管理航空摄影档案资料数据库，本文提出了一种航空摄影影像数据库模型构建方法。在本文构建方法中，除了 oid是连接关键词之外，几何图形数据和属性数据几乎独立存在，可对其进行独立组织、管理和检索。图像数据存储在其他存储模式中，而图像元数据存储在关系数据库中，通过存储图像数据的路径名进行访问5。把元数据的管理工作交给商用数据库，把影像数据库当作一个独立的文件来管理，可显著减少系统的开发难度，使两者间具有良好的平衡。1.2 栅格数据库引擎设计与数据库设计栅格影像数据库具有输入、输出、存储、查询、检索和栅格图像处理等一系列功能，并可对影像进行几何操作，以实现对图像的空间分析。在该基础上，本文引入栅格数据引擎，自动生成栅格图像库，建立了一种真正意义上的分布式地理信息系统6。对客户机/伺服器而言，要创建一种处于客户端应用程序中层的应用程序系统，栅格数据库引擎必须具有如下基本特性。首先，栅格数据共享在满足社会发展需要的同时，也存在隐私信息被未经授权的使用者获取的问题7。同时，为使栅格数据引擎能够被多个用户共享，为多个用户提供多个线程的执行，并支持多个用户对数据库进行并行访问，需要创建并维护用户的权限，以保证其能合法访问栅格数据。其次，因为数据库不能直接对栅格数据进行运算，所以在架构中，必须使用引擎来处理数据，并为栅格数据提供所需的图形处理。最后，栅格数据库引擎必须能快速查询栅格数据。通过优化数据存储结构的方式，快速检索栅格数据。根据上述功能，可价格 ESRI 公司的 ArcSDE 作为航空摄影档案资料数据库的引擎，下述也将针对该引擎应用下的数据库管理进行详细设计和说明。2 建立基于 ArcSDE 的数据库存储、访问与索引机制对航空摄影档案中的影像数据而言，ArcSDE 的存储结构具有一定特殊性，其存储方式分为分层存储和分块存储 2种。对第一种存储结构而言，为了加快栅格数据显示与抽基于ArcSDE的航空摄影档案资料数据库建立及管理研究白连成（内蒙古众铖勘测技术服务有限公司，内蒙古 呼和浩特 010000）摘 要：为科学化、规范化管理航空摄影档案资料数据，本文以 ArcSDE 为平台，对航空摄影档案数据库进行了建设和管理。通过建立航空摄影影像数据库模型、进行栅格数据库引擎设计与数据库设计，建立航空摄影档案资料数据库。为方便管理，建立基于 ArcSDE 的数据库存储、访问与索引机制。最后，设计数据库体系架构与工作网络，对数据库进行管理。关键词：ArcSDE；航空摄影；档案资料；数据库中图分类号：P208文献标志码：A中国新技术新产品2024 NO.1（下）-55-信 息 技 术取，ArcSDE 采用一种新方法，即构造出一种“金字塔”结构，并对其进行降维处理，使“金字塔”结构中最底部的资料具有最大分辨率。其基本思路是使用重新抽样算法，从下往上产生一个金字塔，并根据要求直接选取一个层次作为运算对象，从而提升总体效率。建立的层次越多，查询也就越方便8。但是，金字塔的建造也会带来更多的存储空间。在 ArcSDE 的支撑下，金字塔结构通常会增加 20%的存储空间，并获得更客观的显示效率汇报。对第二种存储结构而言，ArcSDE 能为其提供更宽泛、精度更高的光栅数据存储。本文项目拟采用 Geodatabase 技术，将海量栅格数据自动分割成多个区块，并将其独立压缩，以提高存储与存取效率。在每级金字塔中，每个光栅数据均按图块的方式存储。当光格数据被保存到数据库中时，并不是逐行地保存下去，而是将图像分成若干同样大小的区域，每个区域的面积都不会大于 16K，一般均为 128128 个像素。分区的次序是自上而下、自左向右，分区的优点是能够降低磁盘的 I/O。3 航空摄影档案资料数据库功能实现3.1 数据库体系架构与工作网络合理应用 ArCSDE，可以减少终端磁盘的输入/输出操作，加速空间数据的查询。可见，随着空间数据库技术发展，ArCSDE 在其中发挥的效益、管理与组织作用越来越显著。然而，要想建立一个高效能的空间数据库，就必须要有更高效能的空间索引与缓存技术，才能为 GIS 提供更好的服务。为此，在实现其功能过程中，应先详细分析与了解数据库结构、发展现状和发展趋势等，本文采用一种面向对象、文件的统一管理方式，利用 ArcGIS 的管理软件、ArcSDE 空间数据库引擎，将影像数据存储在 Oracle9i 中一个大的商业关系数据库中。在 Client Server 模式下，进行 Oracle9i 空间数据库中数据的交换和共享。正在共享的数据信息通过元数据及相关属性信息表存储在 Oracle9i 数据库中，将文件数据存储在 FTP 中，采用分布式数据库技术，使本文所建数据库与基础地理数据库能够进行数据共享。为满足上述需求，对基于 ArCSDE 的数据库体系结构进行设计，如图 1 所示。在该基础上，为确保构建的数据库可以在应用中达到预期效果，根据计算机配置与局域网的分布情况，采用在局域网内建立统一服务器的方式，将栅格数据的规范化并进行集中存储，确保存储后库内数据的一致性。在服务器端，将ArcSDE作为空间数据引擎，使用ArcGIS Engine 开发的数据管理系统，为用户提供数据查询和浏览、数据入库更新和数据借阅等服务。该过程的网络体系结构如图 2 所示。3.2 数据库管理实现为确保相关工作在实施中可以达到预期效果，应先明确数据库中影像数据的逻辑结构。ArcSDE 处理图像数据的方法有 2 种，即连续图像数据集和图像目录。航空图像库以图像目录的形式存储，航空图像目录将每片航空图像保存为一个图像数据集，并将其作为表格中的一条记录.每片航空图像都是单独的，便于更新和数据库维护。一个数据库表格可以包括多条记录，也可以对单一的数据集进行查询，并能将用户自定义的字段添加到表格中。数据库栅格目录的逻辑结构如图 3 所示。在上述内容的基础上，为给数据库提供一个良好的作业环境，需要进行运行环境部署，相关内容见表 1。在该基础上，以数据库中的属性数据为例，生成数据字典中的元数据表格，见表 2。利用二次开发包、ArCSDE，进行数据库中影像入库处理，入库信息可以是坐标信息，也可以是元数据信息，但无图 1 基于 ArCSDE 的数据库体系结构图 2 ArCSDE 的数据库的网络体系结构中国新技术新产品2024 NO.1（下）-56-信 息 技 术论是哪种入库信息，都需要建立一个以元数据内容为参照的数据入库统一编码与格式，并以该方式形成规范化的数据成果，对数据库中的图像、信息、数据、影像进行规范化管理。该过程如图 4 所示。表 1 数据库运行环境的部署数据库管理系统 空间数据引擎软件GIS管理平台GIS开发平台Oracle9i企业版Arc SDE 9.0ESRI ArcGIS Desktop 9.0ESRI ArcGIS Engine 9.0 Developkit表 2 数据字典中元数据表格的生成字段名称长度类型允许为空航摄区域Hsq255NvarcharNOT NULL航片名称ImageNo255NvarcharNOT NULL图幅编号PicNo255NvarcharNOT NULL航摄比例ImageType255NvarcharNOT NULLX像主点ImgX255FloatNOT NULLY像主点ImgY255FloatNOT NULL相机文编号C-Text255NvarcharNOT NULL文件类型FilType255NvarcharNOT NULL物理地址PhyPath255NvarcharNOT NULL4 结语ArcSDE 空间数据引擎的架构与数据模型，可以高效地组织与管理海量空间数据，在受限传输输入条件下进行快速空间服务。同时，本文在进一步研究中发现，可以利用ArcSDE 建立针对数据库的图层与空间索引，以针对性地索引数据库中某项内容或具体某个表格，进而降低检索的数据记录量。为此，本文基于 ArcSDE 完成了此次设计。通过本文研究可知，高质量的航空影像数据库可以运用信息化管理手段对影像数据及相关航空影像信息进行集中管理与保存，不仅可提高影像管理与存储的长效性，还推动了航空影像数据的信息化建设与发展。参考文献1 王莹，王扬文，王振立.无人机航空摄影技术和 GIS 技术在自然资源监管中的应用 J.测绘与空间地理信息，2022，45（10）：129-131，135.2 刘秋红.无人机航空摄影测量在地形测绘中的应用以霍州煤电集团兴盛园煤业矿区地形图测绘项目为例 J.华北自然资源，2022（5）：90-92.3 胡文杰，彭寿连，邓德峰，等.松材线虫病有人机航空摄影监测模式初探以松滋市为例 J.湖北林业科技，2022，51（4）：39-42，59.4 何颖博.复杂艰险山区铁路勘察设计阶段航空摄影多源数据获取研究 J.铁道勘察，2022，48（4）：41-46.5 张军.无人机航空摄影测量在“房地一体”地形测量中的具体应用要点 J.科技创新与应用，2022，12（8）：161-163.6 李忠武，陈桂华.基于无人机倾斜航空摄影三维点云测量同震倾滑变形研究以2021年玛多 M_S7.4地震地表破裂为例 J.震灾防御技术，2022，17（1）：46-55.7 赵博，彭泊涵，王建楠，等.倾斜航空摄影测量技术在北京市高精细地质灾害调查中的应用 J.北京测绘，2021，35（12）：1565-1571.8 李淼.基于关键质量因子的推扫式数字航空摄影成果质量保障措施研究 J.测绘通报，2021（增刊1）：312-315.图 4 航空摄影入库管理流程图 3 数据库栅格目录的逻辑结构NNN