河南省资源环境数据库系统设计

闫丽洁，安春华，杨瑞霞，3，马晓哲，石忆邵，冯德显

(1.同济大学 测量与国土信息工程系，上海200092;2.河南省科学院地理研究所，郑州450052;3.中国科学院对地观测与数字地球科学中心，北京100094)

0 引言

资源环境管理的各个部门，其管理工作都离不开资源环境基础数据。系统地收集、整理、存储、开发及应用资源环境数据资源是科学技术进步和社会可持续发展的重要举措［1］。目前，国内先后建立了中国可持续发展数据库和信息分析平台，为国家制定宏观规划提供了基本依据与参考。国家层面建立了地球系统科学数据共享平台［2］，国家资源环境数据库［3］，基础地理信息系统数据库，中国自然资源数据库［4］等。一些省份也建立了各自的资源环境信息平台，如福建［5］、浙江［6］、广东［7］、陕西［8］、新疆［9］等省、自治区分别建立了省级资源环境信息系统或称为资源生态信息系统平台。由于各地的资源环境条件和问题不尽相同，各省级资源环境信息平台建设依据省情特点各有侧重。如福建建立的资源环境信息系统除了服务政府决策和科研需求，还考虑了资源环境信息为国防安全提供支持的需求;新疆建立了生态监测信息系统，对沙漠生态进行监测和评价。这些资源环境数据库在国内外已被广泛建立，并用于资源与环境动态监测、管理与政府决策领域。

河南省是粮食生产和人口大省，其建设发展特别需要资源与环境数据支持，因此，需要建立特色的符合河南省省情的资源环境数据库。河南省资源环境数据库设计思想是参照国家与地方标准，建立数据与元数据标准，整合空间与属性数据，以服务于政府部门决策为目的，建立具备服务与应用功能的数据库系统。建立河南省资源环境数据库，有利于量化、细化资源环境建设基础，为全面掌握河南省资源环境建设进展，以准确翔实的数据反映这些动态变化情况，为经济结构调整、重大建设项目布局、促进社会经济的可持续发展提供科学决策依据。

1 数据库系统架构设计

河南省资源环境数据库主要用于为政府与科研部门提供基础数据，并为政府部门提供资源与环境的辅助决策。数据量比较大，因此，系统拟采用“集中式管理，分布式应用”的原则，采用客户机/服务器(C/S)、浏览器/服务器(B/S)相结合的网络架构、逻辑框架基于标准的三层体系结构:数据层、业务逻辑层、应用层(图1)，具体内容如下:(1)数据层。该层包括各种各样的数据，有空间数据和属性数据及文本数据等。这些数据通过Oracle10g+ArcSDE9.2进行管理和存储，分门别类，同时建立相应的数据库。主要包括基础地理信息系统数据库、自然资源数据库、社会经济数据库、生态环境数据库、灾害信息数据库、交通数据库、文物信息数据库、综合区划数据库、遥感影像数据库、元数据库等内容。(2)业务逻辑层。该层由ARCGIS SERVER作为事务逻辑与信息平台，ArcSDE负责空间数据的流动，实现空间数据库系统业务逻辑功能，如空间数据的存取、表现和操作等，为应用层提供数据访问和应用调用，完成系统核心功能。(3)应用层。根据资源环境数据库的应用业务需求，提供数据入库、数据更新、数据管理、系统维护、检索查询、专题图制作等功能，实现数据的全方位管理。

2 数据库标准设计

2.1 空间参考系

图1 河南省资源环境数据库系统架构Fig.1 The framework of resources and environment database system in Henan Province

资源环境空间数据库建立时首先要建立相应的空间参考系，包括平面坐标系与高程基准等内容。根据河南省的特殊形状和地理环境，平面坐标系以“1980年西安坐标系”为大地基准，以“1985国家高程基准”为高程基准，采用高斯－克吕格投影并按3度分带，特殊情况下可采用其他投影方式，但须保证能够以同等精度转换高斯－克吕格投影方式。

2.2 空间数据格式

河南省资源环境数据库的数据存储和交换格式包括:(1)Tif，Jpeg，Img等影像数据格式。(2)SHP，Coverage，DXF，E00等空间矢量数据格式。(3)Dbase IV(*.dbf)，Access(*.mdb)，EXEL，SQL等属性表数据格式。(4)txt，doc，wps等文本研究件格式。(5)mp3(声音)，avi(视频)，dat等多媒体数据格式。

3 数据库结构设计

3.1 基础地理信息系统数据库

该数据库包括行政区划数据库、地形要素数据库、数字高程模型数据库、地名数据库。行政区划数据库包括:河南省1949—2007年历史沿革情况，2007年河南省县级以上行政区划，河南省概况，河南省行政区划图及各县市行政区划图等数据。地形数据库有3种不同的比例尺:1∶5万，1∶25万，1∶100万，其中包括的要素有城市、市界、县界、省界、省外注记、注记点、注记名称、等高线、铁路线、公路、居民地、河流、湖泊。数字高程模型数据库中包括河南省1∶400万DEM数据;1∶5万DEM数据;地名数据库中地名主要是自然地理实体的名称、市政设施以及公园、风景旅游区、自然保护区、名胜古迹、纪念地，各级政府所在地、企、事业单位等。

3.2 自然资源数据库

自然资源数据库包括水资源数据库，矿产资源数据库，土地资源数据库，旅游资源数据库，气候资源数据库，生物资源数据库，森林资源数据库，草场资源数据库，能源资源数据库。其中，每个子数据库中又分为多个子数据库或信息表，如水资源数据库包括水资源历史调查状况、水资源概述，水资源总量、地下水资源、地表水资源、区域水资源、县区水资源以及各时期的历史水资源数据;矿产资源数据库包括主要矿产基础储量、各地区主要能源、黑色金属矿产基础储量、各地区主要有色金属、非金属矿产基础储量等。

3.3 历史文化信息数据库

河南省有着悠久的历史文化，是中国最早的国家诞生之地，也是今天绝大部分中国人的祖居之地，是中华文明起源的核心区域，建立历史文化信息数据库，有利于文物的保护与开发。该数据库包括省内可移动文物与不可移动文物的数据。其中，不可移动文物主要包括从《文物地图集》中采集的县市不可移动文物分布位置和文字描述信息和部分第三次文物普查数据等。数据格式有空间数据、属性数据、图片及文档等数据。其中，空间数据包括行政区划图、地形图、交通、道路、河流、居民点、文物分布图及文物保护与监控地带范围等数据;属性数据主要是指文物的属性(坐标位置、所属类别、统计年代、用途、保护情况、照片信息等)描述;图片数据包括文物点的拍照与影像，主要是记录文物历史和现状的照片资料;文本研究档包括文物说明或研究文字材料等数据。

3.4 社会经济数据库

作为粮食生产大省，要提高粮食产量，保护耕地，需要社会经济数据库的支持。以历年的中国统计年鉴、河南省统计年鉴或年报为基础数据源，结合历年各地、市、县的统计资料，建立社会经济基本信息(数据信息、图像信息和文字信息)。建立的子库有:工业数据库、农业数据库、人口数据库、城市数据库、农村数据库、国民经济数据库、教育数据库、卫生数据库等。

3.5 生态环境数据库

生态环境数据库的建设、发布和共享，科学、现实、丰富、直观地反映了河南的自然资源及生态环境，不仅可以为政府决策提供一定的指导，而且还可以为环境生态研究者提供研究的依据，同时，也是公众了解河南生态环境质量及发展的窗口。生态环境数据库包括生态数据库与环境数据库两类。其中，生态数据库包括森林资源数据库及生态要素数据库。森林资源数据库包括森林公园数据、林业数据;生态要素数据库包括省、县、市生态建设总体规划，生态现状，生态规划，生态建设和环境保护“十一五”规划等数据。环境数据库包括环境质量报告书、环境保护规划、环境质量公报、排放物数据表、环境监测年鉴、环境监测通报等数据。

3.6 灾害信息数据库

该数据库有4个子数据库。(1)气象灾害数据库，包括暴雨洪涝、热带气旋、冷冻害、风雹等灾害信息。(2)洪涝灾害数据库，包括洪涝灾害、江河泛滥等信息。(3)地质灾害数据库，包括地质灾害易发区分布图库与地质灾害描述信息数据库。(4)地震灾害数据库，包括地震构造图库及地震描述信息数据库。

3.7 交通数据库

目前，河南省存在的交通类型有铁路、公路、港口等。在这些不同的交通方式下，各自又分出多种级别。因此，交通数据库中的内容包括以下几种:(1)公路数据库，包括全省范围的、市域范围的、县域范围的公路分布图，公路规划数据，公路里程等。(2)铁路数据库，包括铁路分布图及火车站分布图。(3)高速公路数据库，包括高速公路规划，现状数据，高速路口分布图。(4)交通规划等数据库，包括“十五”、“十一五”、“十二五”交通发展规划等。

3.8 综合区划数据库

该数据库主要包括建国以来河南省历年的行政区划(以县级行政区为单元)、历史行政区划(以市级行政区为单元)、经济区划、自然资源及其开发利用区划、国土综合开发区划、自然灾害区划、农业区划、地质地貌类型区划等系列信息。

3.9 遥感影像数据库

遥感影像数据库包括航空影像数据库和卫星影像数据库。航空影像数据库中的历史航片航摄时间多为1958，1966，1972，1976，1977 和 1979 年间拍摄的航空影像，比例尺多为1∶1万，1∶3.5万和1∶5万等几个比例尺，为光学影像照片，载体为13 cm×13 cm的全色胶片。卫星影像数据库中具有1980—2005年时段的河南省MSS，TM，ETM影像90余个景，还有各个历史时期黄河沿岸的影像等数据。

4 数据库系统功能设计

4.1 数据处理与管理子系统

该系统实现各级各类数据的收集、存储、输入、输出，以及各类信息数据结构的制定，并对所有系统及系统中所有的数据进行有效的管理，确保系统的安全运行和数据的安全管理，主要包括数据录入、数据编辑、数据管理与组织、数据显示输出等模块。

4.2 数据查询子系统

该系统为用户提供系统各类数据的查询、统计比较功能，通过该系统用户可以查询检索不同来源及不同格式的各种空间与属性数据，包括位置查询、图形查询、坐标查询、属性查询、按区域(省、市、县、乡)查询、条件查询等，将查询结果以报表和图片等格式输出，同时也为其他系统调用数据提供接口，

4.3 空间分析子系统

该系统为用户提供对资源环境数据的分析、信息挖掘和模型演示等，是资源环境数据库系统的主体，包括以下4个子系统。

4.3.1 经济数据分析与统计系统。利用GIS组件与面向对象编程技术，建立数学模型，实现经济分析中常用的数据管理、处理、显示、统计分析、专题图绘制等功能，同时也实现了大部分的GIS功能，如选址分析、空间分析、属性数据和图形数据的交互查询、统计图与专题图的生成等。

4.3.2 资源环境监控与评价系统。利用遥感资料和部门统计数据对省内自然条件(地貌、水系、植被等)、资源(土地资源、水资源、矿产资源、旅游资源、文物资源等)、生态环境变化进行监测和数据更新，根据数据库综合数据和评价模型对资源环境及其变化进行评价，为政府规划和决策、行业管理等提供科学参考。

4.3.3 宏观决策支持系统。通过资源空间分布、资源属性直观显示和空间统计分析，建立决策模型库和专家知识库，为政府资金安排、区域政策制定、干部考核提供客观数字依据和分析评估，为政府实施宏观调控和政府资源配置提供参考。

4.3.4 区域发展与规划支持系统。根据区域发展和规划技术流程进行设计开发，通过对资源环境数据库的数据进行空间分析、统计、计算，为河南省相关区划和规划提供支持。区划与规划支持系统具备以行政单元或栅格单元的空间数据和属性数据的统一分析功能，实现指标的空间可视化表达，为区划和规划提供了数据分析、指标与模型计算、方案模拟等技术支持。

4.4 WebGIS子系统

目前，将WEB服务技术综合应用于地理信息发布已经成为一种趋势，因此，资源环境数据库拟采用基于XML，WEB服务的地理信息服务集成方案，为用户提供查询、显示资源环境数据库中的空间信息，是用户直观、形象了解数据的窗口。资源环境数据库系统提供的服务主要有:矢量数据服务(Web Feature Service，WFS)、栅格数据服务(Web Coverage Service，WCS)、地图服务(Web Map Service，WMS)、发布注册服务(Web Register Service，WGS)等地理信息网络化服务。

4.5 元数据管理子系统

元数据是对数据库中采集到的数据的说明和背景信息的描述，是关于数据的说明数据。元数据的建立为数据的长久保存和持续使用提供了保证［10］。建立河南省资源环境元数据管理系统的基本思路是:将资源环境元数据信息进行分类和规划，确定各元数据项的类型和长度，并建立相应的元数据库;利用各种编程工具实现元数据处理系统，完成对元数据信息的录入、浏览、查询、编辑、插入、删除等功能。

5 数据库应用前景

随着信息技术的发展，一方面，资源环境相关领域的各管理部门及科研单位对资源环境数据和信息的依赖程度越来越大，它们已成为科研、教育及政务的重要支撑;另一方面，资源环境数据的规模和复杂程度迅速增长，这对资源环境数据的管理提出了更高的要求。因此，资源环境数据库建设具有重大的实际意义，也将具有广泛的应用前景。(1)确立并推广数据标准，统一数据口径，建立标准数据库，形成持续发展的机制，避免不同统计口径所造成的数据误差，利于优化河南省资源环境数据的应用，易于部门间数据的统一管理，为各级政府部门提供数据支持，为数据比较和模拟预测提供保障。(2)基于资源环境数据库可以进行多领域的应用研究，可为资源、环境、社会领域中的各种大型项目及可行性研究提供基础数据和分析结果，为政府资金安排、区域政策制定、干部考核提供客观数字依据和分析评估，为政府规划和决策、行业管理等提供直观的科学参考。(3)可对资源环境及其变化进行评价及预测，并可通过WEBGIS将评价和预测结果发布到网络上，为区域发展和规划决策提供辅助信息，为政府实施宏观调控和政府资源配置提供参考，推进资源环境数据在科研及政务工作中高水平与深层次的应用。(4)河南省资源环境数据库的共享机制加强了政府部门对省情本底数据的应用，提升了工作效率。这有利于部门间工作的协调，有利于提高信息化决策水平，有助于推进资源环境数据在科研及政府部门的全面应用，提升资源环境数据的应用水平。

［1］中国科学院地学部“中国地球科学发展战略”研究组.中国地球科学发展战略的若干问题——从地学大国走向地学强国［M］.北京:科学出版社，1998.

［2］王卷乐，诸云强，谢传节.地球系统科学数据共享网络平台的设计和开发［J］.地学前缘，2006，13(3):54－59.

［3］李新通，何建邦，毕建涛.国家资源环境数据库信息分类编码及应用模式［J］.地理学报，2002，57(S):009－017.

［4］孙九林，李泽辉.中国自然资源数据库［J］.现代图书情报技术，1997，13(4):9 －14.

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［6］叶时平.“数字浙江”地理空间数据库建设探讨［J］.计算机时代，2002(9):5－7.

［7］吴永静.广东省省级基础地理信息数据库建设［D］.广州:华南理工大学，2005.

［8］王均.陕西省资源环境本底数据库建设及GIS在历史地理研究中的应用设想［J］.中国历史地理论丛，2002，17(9):129－137.

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［10］钱峻屏，李岩，彭龙军.资源环境信息系统集成平台的设计、实施与应用［J］.热带地理，2000，20(2):148－151.