多媒体电子地图数据集成管理策略研究

李 伟，陈毓芬

(1.信息工程大学测绘学院，河南郑州450052;2.75711部队，广东广州510515)

多媒体电子地图数据集成管理策略研究

李 伟1，2，陈毓芬1

(1.信息工程大学测绘学院，河南郑州450052;2.75711部队，广东广州510515)

为适应多媒体电子地图服务需求，提升数据管理性能，增强系统个性化，实现信息的开放表达，对多媒体电子地图数据管理理论和技术进行分析，探索多媒体电子地图数据集成管理策略，提出思路方案，并进行实践检验。

多媒体电子地图;空间数据;多媒体;集成管理

目前，“永生的”地图［1］已步入科技时代，并融入信息社会，而当今地图信息时代［2］多媒体电子地图作为交互式多媒体信息系统，已将多种数据集成于一个易于访问或查询的框架之中，是集文本、图形、图表、图像、声音、动画和视频等媒体于一体的新型可交互、多功能的空间信息多媒体可视化集成地图［3-4］，为大众所喜闻乐见。由于多媒体电子地图涉及数据类型众多、格式繁杂，因此采用何种策略进行数据管理和信息组织既是系统设计的关键环节，也是该领域研究的热点和难点。

一、多媒体电子地图数据集成管理现状

数据集成通常是指把不同来源、格式、特点和性质的数据在逻辑上或物理上进行有机组织，从而提供全面的数据共享。多媒体电子地图数据集成管理是指将地理空间数据与多媒体数据有机集成，从而提供全面、统一和开放的多维感知地理信息服务。它以多媒体电子地图数据组织管理为核心，涉及系统功能、信息关联、一体化表达等诸多方面。

通过对众多多媒体电子地图产品的分析，目前多媒体电子地图主要借助通用数据库管理系统，应用混合数据模型［4］，以主辅存储、信息互联的模式进行管理。主存储是指关系数据库中存储空间数据;辅存储是指以文件形式管理多媒体数据，将数据管理权交给操作系统，同时提取多媒体数据属性信息，将组织权交给主存储数据库。第一类信息互联是将地理空间数据提取的摘要、关键词及属性描述信息与多媒体信息互联;第二类信息互联是将多媒体数据以文件路径链(pathname)的方式与所表达的地理空间信息互联。这两类信息互联都通过在数据库中设计若干TEXT类型域来实现。

上述方式规避了地理空间数据和多媒体数据集中管理的复杂性和语义的不一致性，而采用文件存储非结构化、不定长的多媒体数据具有较高的灵活性，使数据库只关注空间数据的管理，提升了效率。但是这种地理空间数据与多媒体数据分离存储的方式，在转存、发布系统时，所有文件必须同时发布，不利于系统局部升级和数据的更新共享，数据安全隐患比较大。如果修改某些数据或进行数据库扩充，势必影响整个地图系统，信息有随时丢失、查看和改动的危险。

在追求普适制图的今天，随着人类改造自然速度的不断加快，地理信息的时空可变性正不断提速，其描述信息更迭尤其迅猛。由于大众对直观、快捷及个性化信息获取的追求，当今多媒体电子地图大有“地图数据在地图产品中比例动态缩减，众多内容被视频、图像、文本等新兴媒体所替代［5］”的趋势。多媒体电子地图必须考虑进行多维感知综合挖掘和地理空间信息视听综合表达，以增强用户多重感知，提升地图空间认知效能［6］。如果将多媒体信息设计和组织权交给用户，就能增强用户的主动性和自娱性，并通过地理空间信息描述的可扩展性体现可视化表达的自适应性和个性化。

因此，针对目前数据管理方式的缺陷，需要构建统一的数据模型，在保证可视化表达效果的同时优化数据存储，实行统一管理、整体封装，以实现多媒体电子地图数据集成管理，并通过数据库执行所有数据操作，确保数据安全。同时，为数据扩展进行前瞻性设计，适应信息扩充需求，并在减少数据冗余和实现数据高效操作之间寻求平衡，寻求系统性能的整体提升。

二、多媒体电子地图数据集成管理策略分析

随着数据库大二制存储技术的发展，相关学者提出了地理信息数据一体化存储的构想［7-8］，使空间数据及其属性数据的统一存储成为可能，这在部分地理信息系统中已有应用。多媒体电子地图数据集成管理可以借鉴该思路，综合地理空间数据库和多媒体数据库的组织模型与管理特征，基于以下策略进行管理。

1.基于关系数据库的数据及信息存储

目前，众多扩展关系数据库引入了支持多媒体数据类型的表结构，朝着实现管理所有数据类型的“通用服务器”方向发展。而关系数据库管理系统在常规类型固定存量的基础上，引入了二进制大型对象(BLOB)的概念。以常见的中型SQL Server数据库为例，它采用的大二进制数据类型，包括inary、varbinary、text、ntext和 image，其中，text、ntext和image又称为文本、图像数据类型，部分字段允许存储的理论最大容量为2 GB。所以，数据集成管理的首要策略是将多媒体电子地图无法拆解的数据以大二进制数据块的形式进行管理，实现数据一体存储。同时，考虑到数据块通常只是位字符串，数据库系统并不知道其中的语义和内容，因此要将表达同一地理空间信息的不同类型数据分别存储于不同数据表，同一类型数据存储于同一个预先设计好的数据表中。

2.建立完善的动静属性信息关联

传统关系数据模型虽然建立于严格的关系代数基础上，可以解决数据管理中的诸多问题，但平坦化的数据类型对图像、音频或视频等非格式化数据无法处理，其丰富的语义超出了数据模型表达能力。因此，需要在混合数据模型中，基于某种语义基础为所有数据类型建立一致索引。一致索引要求为各种数据类型建立元数据，并通过元数据突出地理空间数据结构及其相互关系，以便更好地处理多媒体数据等复杂对象的结构语义，使其互联、查询和调用按照元数据信息进行［9］，避免了大量检索工作，从而提高多媒体电子地图数据管理效率。为此，地理空间数据和各类型多媒体数据需要进行元数据解析，建立静态和动态两种属性信息，为多媒体电子地图数据集成管理提供信息关联。其中，静态属性是对数据自身的描述;动态属性是数据与数据间交互、关联以及同步等信息的描述，如地理空间数据相互间的关联、地理空间数据和多媒体数据的统一关联及不同类型多媒体数据间的同步或次序关联等。

3.应用面向对象思想进行顶层设计

虽然目前面向对象数据库还处于研究阶段，其模型缺乏与结构化查询语言的兼容，在安全性、完整性、并发控制和开发工具等方面远不及关系数据库成熟，但它作为一种更先进的数据组织模式，可以有效地描述各类型数据自身结构、联系和操作，对处理复杂数据十分有益。数据集成管理策略需要引入对象、类、封装和继承等面向对象理念。在关系型数据组织中将BLOB技术与面向对象思想相结合，通过面向对象语言设计各数据类型对象，结合地理空间要素和各类型多媒体数据进行类型组织及行为操作，封装描述该对象的状态和操作该对象的方法，使对象之间通过消息展开协同和交互，以此来优化数据存储并满足扩充需求。同时，通过动静属性信息的关联，将实体交互操作信息存储于动态属性中，地图系统除能反复操作外，还能结合用户特征和操作特性优化可视化表达算法，使地图系统具备个性化操作和自适应表达的特点。

4.运用超地图概念进行信息关联

超媒体作为超文档的延伸，可以集成多种媒体，形成具体元素包或信息集合，其重要特征是具有用户交互控制引导机制。地图和超媒体所表达的数据不同，地图表达的是地学数据，而超媒体表达的是非地学数据属性信息。多媒体电子地图则以地理空间信息多元化描述为核心，它的运作主要围绕地理空间信息和描述它的多媒体信息展开。如果需要将多媒体电子地图和超媒体相结合，则可以运用超地图(hyper-map)的概念［10］。超地图是超媒体与地学参考数据相结合的产物，当多媒体信息被结构化和坐标化后，就可以被认为是多媒体的地理表示法［9］。超地图为地学数据和超媒体数据提供了复杂的链接，可以为多媒体电子地图和其他专业数据浏览器提供帮助。超地图数据中还包含着与坐标相关联的超媒体数据，即数据库中的数据和信息都与地图坐标相联。超地图逻辑设计应具有的基本属性如表1所示。

考虑到地图坐标还需要通过图层进行详细的区分和定位，将超地图与图层组织相结合，运用超地图概念通过地图坐标链接特定图层，既可以实现地图坐标热点与多媒体信息的交互，又可以在不需要构建拓扑关系、较少进行空间分析的多媒体电子地图系统中，将图层作为地理空间数据块存储成为可能。运用此策略能减免地理空间数据几何要素在数据库构建中的繁琐，减少地图系统为满足开放信息服务、增加用户参与等需求进行数据集成管理的工作量。如果配合功能设计，允许用户选定图层进行超地图坐标链接，便能自由定义热点、开放链接，在不增加多媒体电子地图数据集成管理工作量的同时，满足用户多样化需求。

表1 超地图逻辑设计应具有的基本属性

三、多媒体电子地图数据集成管理策略验证

1.管理系统设计概述

为了验证数据集成管理策略，笔者设计了多媒体电子地图数据集成管理系统。作为通用多媒体电子地图设计平台的重要组成部分，它主要实现了数据管理和信息组织等功能，同时该系统也可以作为地图浏览系统独立应用，供设计者和用户进行数据开放管理和信息协同演示，其中数据集成管理模块还可以移植到相关多媒体电子地图产品中使用。系统使用C++语言应用Microsoft Visual C++6.0编程环境从底层开发，采用中型数据库管理软件Microsoft SQL Server构建数据库，以ADO(active data objects)方式访问。

2.应用数据集成管理策略的数据库设计

运用数据集成管理策略，针对多媒体电子地图的地理空间数据，数据库以图层形式(MapData表)存储矢量、栅格和栅矢混合格式地图数据。考虑到同区域不同专题图和地图集中同图组不同图幅表达内容的不同，实现图层复用，将图层分为基础地理要素图层和专题地理要素图层，不同类型图层通过图层编码有序组成内容各异的电子地图，多幅电子地图通过地图编码有序组织构成图组乃至地图集。将多媒体数据根据格式归入不同的表存储，并建立多媒体数据属性信息表(MediaDataID表);再运用超地图概念通过地图坐标链接到虚拟热点中间层(HotCoordiate表);中间层在地图上表现为若干点坐标，处于地图各图层之上，在数据表中以热点地理坐标及其描述信息构成，设计中间层的目的是使归属于不同图幅但对同一地理要素进行描述的多媒体信息可以复用。由此，地理空间数据以图集—图组—地图—图层进行逐层信息细化，以图层数据存储，以单幅地图表达为主，并组织拓展成地图集。多媒体数据以虚拟热点—属性信息—数据进行超地图链接组织，实现数据的扩展、开放和复用，从整体上增强数据管理的机动性和信息组织的灵活性，减少数据冗余、提高交互查询效率。局部数据库设计如图1所示。

图1 局部数据库设计图

为了减少数据库存储负荷，提升操作性能，笔者针对数据库存储大二进制格式数据量进行了临界值测试，通过多台不同性能计算机综合测试分析，以不大于2 MB的数据量作为数据库存储临界值较为合适。本系统地图数据具有自主格式，并兼容MapInfo软件MIF格式数据、ArcGIS软件SHP数据格式和海图数据格式。由于没有拓扑结构数据，各图层以大二进制形式分别存储于各自数据表中，数据量均在临界值范围内。

为了规范多媒体电子地图制作中多媒体数据格式和参数，实现通用多媒体电子地图系统中各类型多媒体数据的统一，适应数据库存储多媒体数据的要求，笔者分别对图像、音频和视频等类型数据进行了视听觉感知临界参数试验，分析了信息容量、数据存量及视听觉感知的最佳临界平衡点，得出如下结论:图片的图像分辨率设为96 dpi、以JPG格式存储数据量较小;音频选用 Window Media Audio 9.2或更高版本编码器，设置采样级别16 kHz、位速16 Kb/s、16位采样、单声道，每分钟音频文件数据量为130 KB;视频选择编码率150 Kb/s，采用Sharpest Image画质，设置音频位速32 Kb/s，视窗为320像素×240像素，RM格式存储每分钟视频数据量为1 MB。经反复验证，以上临界参数和格式能满足用户视听觉感知需求，同时数据存入数据库不会影响数据管理性能。

3.体现数据集成管理策略的功能设计

系统针对数据库存储的若干数据类型，设计了相应类，定义了属性描述、行为操作以及交互事件，运用面向对象中封装、继承和多态等特性，通过对象进行数据编程操作。数据集成管理系统除具备图层自由组成地图、地图形成图组乃至地图集的功能外，还允许热点的自由添加，以及多类型多媒体信息的组合管理、次序存储和协同表达，并通过视听觉感知临界参数试验结论指导多媒体数据格式转换，还特别为非规范格式数据设计了相应兼容操作功能，对超过1.9 MB的数据分割后再依次存储。

选取地理空间热点后的多媒体信息协同表达效果，是数据集成管理策略的具体表现、数据库设计优劣的检验，其操作功能通过UML操作协作图大体可划分为16个步骤:用户选择电子地图并由地图操作模块进行一系列操作，而后将地图数据提交给数据库操作模块，该模块对地图数据进行分层组织和管理;用户从数据库提取图层数据组成地图并和热点一起显示;用户通过热点操作模块对热点进行增删、位移和信息修改等操作，数据库操作模块存储相关信息;用户浏览多媒体信息后，可对多媒体信息进行数据入库、信息添加以及次序设计;当用户选择热点进行多媒体信息表达时，系统通过预设的次序从数据库获取数据，同类型信息依次、不同类型协同进行可视化表达。数据集成管理系统的上述操作协作图设计如图2所示;地图空间热点多媒体信息协同表达如图3所示。

图2 数据集成管理系统操作协作图

图3 地理空间热点多媒体信息协同表达

四、结束语

面对多媒体电子地图数据管理的复杂性和信息组织的多样性，本文的数据集成管理策略对多媒体电子地图进行了量体裁衣式的数据管理和信息设计，能够部分解决数据管理面临的突出问题，提升系统性能、实现信息开放，突破多媒体电子地图信息只读的窠臼，延长地图产品生命周期。经多媒体电子地图数据集成管理系统的实际验证，运用数据集成管理策略的地图系统在数据一致性、安全性、可移植性及系统响应等方面合乎设计要求，在《福建省生态环境多媒体电子地图集》编制中实际应用效果显著，能为相关地图产品的数据管理提供一定的指导和借鉴。

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Research on the Integrated Data Management Strategy for Multimedia Electronic Map

LI Wei，CHEN Yufen

0494-0911(2012)05-0088-04

P208

B

2011-05-16

李 伟(1981—)，男，河南汝南人，博士生，主要研究方向为地图制图智能化、网络化和一体化。