基于ArcSDE的煤矿安全应急救援数据库的建设①

白洪伟，姚顽强，曾 峰

（1.西安科技大学，陕西 西安710054；2.长江水利委员会，湖北 武汉430000）

0 引 言

中国煤矿事故造成大量人员死亡，除了资源条件、管理等方面的原因外，事故发生时，因缺乏高效、协调、统一的应急救援预案和机制，难以采取及时、科学和高效的应急响应对策，导致事态扩大是一个不容忽视的原因。在煤矿事故发生后，及时、有序、高效的应急救援行动，可以迅速拯救生命、安定社会、稳定民心。

煤矿安全应急救援工作是在煤矿事故发生时，在政府统一领导下，各级煤矿和社会各方面最大限度的减小人员伤亡而采取的有领导、有组织、有计划、有指挥的应急救援行动。因此，在煤矿事故现场，应急救援工作的成效直接影响了救援效果。应急救援队进行救援工作的过程主要先对煤矿事故发生地的各种信息进行收集和了解，然后调配救援人员和救援设备进行救援工作，从而救助伤亡人员。当前应急救援队掌握救援相关信息主要是通过两种途径：一是向现场指挥部了解情况；二是根据现场情形，迅速勘察［1]。这样的获取信息方式相对滞后，往往使应急救援队缺乏对故事性质的掌握不够全面，以致造成救援力量、救灾设备运输的盲目性，影响救灾工作的实效性。为此，为救援队构建煤矿安全应急救援数据库是救援队高效开展煤矿安全应急救援工作的重要保障。

介绍由美国ESRI公司开发的ArcSDE软件模块的体系结构和原理，设计和建立煤矿安全应急救援空间数据库，探讨了ArcSDE和关系型数据库管理系统（RDBMS）SQL Server2005建立数据库的技术方法，以达到空间数据与属性数据统一管理的目的。通过ArcSDE和SQL Server2005的支持，可以在煤矿安全应急救援数据库中实现空间信息的管理。

1 ArcSDE关键技术

1.1 ArcSDE的存储模式

ArcSDE是空间数据库引擎，是借助关系型数据库管理空间数据的一个中间件技术，其利用现有的关系数据库本身的功能，通过在现有的数据表中加入一个空间数据列，这样用户可以管理和访问与之相关联的空间数据。ArcSDE通过其空间索引机制，将空间数据和其相关联的属性数据一体化存储在大型数据库中，实现对空间数据和属性数据的高效率的操作。ArcSDE本身没有专用数据库，它只能通过与商业数据库管理系统的集成来管理空间数据，主要通过业务表（Business Table）、要素表（Feature Table）和空间索引表（Spatial Index Table）三个表来实现对空间数据的存储和管理。

1）业务表（Business Table）

业务表在RDBMS（关系型数据库管理系统）中存贮图层的属性信息。ArcSDE客户端通过业务表与图层实现交互。对于ArcSDE客户端而言，图层是无缝的，几何要素是存贮在另一个单独的表内。这种关系是自动建立的，当增加、删除和修改要素时，ArcSDE会维护它们。

2）要素表（Feature Table）

要素表存储每一块地物的几何图形。要素表含有以二进制对象存贮的几何Shape，一个图层内的每一个要素通过唯一的要素标识码访问，要素标识码关联业务表和要素表，ArcSDE自动生成要素标识码，对于空间项来说是唯一的。

3）空间索引表（Spatial Index Table）

空间索引表存贮着格网单元序号、要素封装边界和要素标识码。ArcSDE计算空间过滤器以确定它覆盖的格网单元。利用空间索引表，RDBMS定位格网单元，然后比较要素封装边界的坐标以确定空间过滤器是否覆盖了要素封装边界。空间索引表的查询减少了返回给ArcSDE的要素标识码的数目。在执行空间查询时，落入查询范围内的单元将被识别出来，并返回其中的候选图形。

1.2 ArcSDE的运行模式

ArcSDE通过系统的三个主要部分来分配其工作量：RDBMS服务器，ArcSDE服务器和ArcSDE客户端。每一部分都优化执行特定的任务，如数据存贮或分析。通常，RDBMS服务器和ArcSDE服务器运行在一台主机上，而客户端应用则运行在另一台主机上，通过一个TCP／IP网络与服务器联接。

1）RDBMS 所有数据库访问的内容都通过RDBMS服务器。RDBMS验证用户浏览或修改数据的权限，解释输入的SQL语句，提供一个事务处理环境，确保在发生系统崩溃事故时数据库的可恢复性。

2）ArcSDE服务器 ArcSDE服务器为RDBMS解释空间数据，ArcSDE把客户端对数据的请求转换为SQL语句，使RDBMS能用来读写存贮在数据库表中的几何图形数据。同其他数据库应用一样，ArcSDE服务器通过RDBMS服务器访问数据库中内容来工作。

3）ArcSDE客户端 客户端应用驱动ArcSDE服务器执行一个动作，如在一个矿区内搜索医院。许多ArcSDE客户端的主要功能给最终用户提供一个接口。通过输入命令或者操作图形控制器，用户向ArcSDE服务器发出请求，获取数据来显示、分析或向数据库写入新的数据。

2 煤矿安全应急救援数据库设计

2.1 煤矿安全应急救援数据库建设目标及建设方案

2.1.1 煤矿安全应急救援数据库建设目标

构建煤矿安全应急救援数据库的服务对象是煤矿安全应急救援队，主要针对煤矿安全的应急救援。目的是在煤矿事故发生时为煤矿安全应急救援队提供灾区救援行动所需要的信息，使煤矿安全应急救援队能够结合救援人员与装备情况快速制定及时合理有效的救援方案，在最佳救援时间最大限度地减少煤矿事故人员伤亡；平时，煤矿安全应急救援数据库为应急救援队的救援训练提供数据支撑，使其能利用数据库的信息提高救援水平，使救援更近真实性，时刻保持救援的状态。主要目标有：

1）数据库内容的精简，只包含于救援队行动有关的数据，数据库可以存储在便于携带的笔记本电脑中，使得应急救援队能够快速获取灾区救援信息，了解救援物资储备，使得在最佳救援时间完成救援成为可能。

2）数据库中的信息是以图片表格形式等表达，具有易读、易懂、直观醒目的特点，为煤矿安全应急救援工作提供及时、有效、丰富形象的信息汇总和决策支持。

3）数据存储大型煤矿和有发生事故先例的煤矿的救援数据，当煤矿事故发生时，可以及时提供相关数据和案例。

2.1.2 煤矿安全应急救援数据库建设方案针对数据库的建设，需要考虑两方面的内容：1）空间数据，需要比较直观的形式表达，这就要求数据库能较好的组织和存储空间数据。

2）煤矿安全应急救援工作时间的紧迫性要求数据库反应迅速，而且当前的分析决策应用系统是基于ArcGIS的，因此，要求数据库与应用系统保持较好的连接。

考虑以上两个方面，采用了ArcSDE结合RD－BMS（关系数据库管理系统）进行煤矿安全应急救援数据库的建设。

2.2 煤矿安全应急救援数据库存储方案

煤矿安全应急救援数据包含空间数据和属性，存储在关系型数据库SQL Server2005中，整个建库方案基于Geodatabase数据模型，Geodatabase是一种采用标准关系数据库技术来表现地理信息的数据模型，是ArcGIS的本地数据结构，是用于编辑和数据管理的基本数据格式。Geodatabase能将空间数据存储在文件、MDB文件或者大型DBMS中。以上三种存储方式的区别在于可存储数据量的不同以及可支持的并发用户数量不同，能够实现从小数据量、单用户的文件数据库到大数据量、多用户并发编辑的企业级DBMS的不同层次的应用［2]。

空间数据主要是与煤矿安全应急救援有关的专题数据，包括矿区遥感栅格图，矢量地形图等，属性数据是指煤矿安全应急救援过程中的一些业务数据，如救援队人员信息、救援队医疗信息、救援队物资信息、救援队设备信息、各级单位联系方式数据等。其实空间数据的类型为Feature Class，属性数据为Table表。Feature Class是由Feature（要素或者图元）组成的一类对象，比如由线组成的所有矿区主干道成为一个Feature Class对象，由面组成的所有矿区建筑物组成一个Feature Class对象。其中空间数据要与煤矿安全应急救援业务数据有关联，这样就使得空间数据与属性数据产生了联系，为快速准确查询信息提供方便。

2.3 煤矿安全应急救援数据库的建立

本设计中的空间数据库包括多个图层，分别为主干道图层、建筑物图层、县城区划图图层、生命线图层、次生灾害源图层等。由于系统所有的图层都是通过ArcSDE存储到空间数据库中，因此，将涉及到空间数据库的详细设计，空间数据库的详细设计包括表的设计和空间地物编码的设计。

以次生灾害源图层为例说明空间数据库的建立，次生灾害源图层是Shape格式文件，Shape文件是ArcGIS的一种主要的空间数据标准格式，将Shape文件导入关系型数据库SQL Server2005中可以借助ArcGIS平台的ArcCatalog空间数据管理模块。将数据导入SQL Server2005后，Shape文件将生成三个表：业务表（Business Table）、要素表（Feature Table）和空间索引表（Spatial Index Table）。表1示出了次生灾害源图层数据的业务表表结构，表2示出了次生灾害源图层的要素表表结构。

表1 次生灾害源业务表

表2 次生灾害源要素表

次生灾害源要素表的其他字段是要素类型（点、线、面）、要素的边界矩形、要素面积和要素长度等信息。空间索引表也存在fid字段，其类型与说明和业务表、要素表相同，这三个表通过fid字段关联，共同构成一个图层。

与空间数据相关联的还有一些属性表，如救援队人员信息、救援队医疗信息、救援队物资信息、救援队设备信息等。救援队人员信息表表结构设计如表3所示。

表3 救援队人员信息表

3 利用ArcSDE建设煤矿安全应急救援数据库

ArcSDE采用连续的数据模型，以层的方式来管理地理数据，具有相同属性项的一类要素可以放到同一层，每个数据库记录对应一个实际要素。根据煤矿安全应急救援数据库的内容分析，以陕西省西安市彬县某煤矿为例，建立了煤矿安全应急救援数据库，把其空间数据放到一层，构成一个数据集，其救援队自身的数据及各部分联络方式等以表格形式存储。

数据入库主要采用ArcCatalog工具，入库后可以在ArcCatalog中直接查看数据内容信息，如图1所示。

图1 查看数据内容信息界面

3 结 论

煤矿安全应急救援工作在煤矿安全应急中占有重要地位，其工作的及时成效直接影响人民生命的救助。煤矿安全应急救援数据库的提出是在当前应急救援队快速获取灾区基本信息的情况下提出的，利用该数据库，应急救援队能够快速获取灾区的相关信息，帮助救援队指挥人员作出及时合理的救援措施。随着煤矿规模和基础设施的扩大，数据库的建设过程将是一个长期的过程。

［1]《应急救援系列丛书》编委会.煤矿应急救援必读［M].北京：中国石化出版社，2008：49－75.

［2]刘桥喜，毛善君，马蔼乃，等.煤矿安全地理信息系统的设计与实现［J].测绘通报，2004（2）：60－62.