基于GeoDatabase的侧扫声纳数据库的构建*

韩春花，陈 斐，张俊明，梁建峰

(1.国家海洋信息中心，天津 300171;2.北京正航科技发展有限公司，北京 100039)

基于GeoDatabase的侧扫声纳数据库的构建*

韩春花1，陈 斐1，张俊明2，梁建峰1

(1.国家海洋信息中心，天津 300171;2.北京正航科技发展有限公司，北京 100039)

通过对侧扫声纳各类数据的特点分析及用户需求分析，基于ERSI公司推出的GeoDatabase模型，采用UML和Case工具，后台采用Oracle10g和ArcSDE建立侧扫声纳数据库，将侧扫声纳调查过程中获取的所有矢量数据、栅格数据、属性数据以及经过加工处理后的各类数据、成果数据、元数据存储在统一的数据库中，通过建立数据库的空间关系、开发数据库查询检索功能，建立标准化数据库管理模式，满足用户对侧扫声纳数据的多样化查询检索和空间分析需求，实现侧扫声纳数据的科学化、标准化和可视化管理。

侧扫声纳;GeoDatabase;数据库设计

0 引言

侧扫声纳数据是一种新型的海底面状数据源。侧扫声纳由于具有形象直观、分辨率高和覆盖范围大等优点而被广泛应与于海洋底质勘探、海底目标探测、海洋环境监测和保护、海洋工程、水下考古等众多领域[1～5]。由于不同型号的侧扫声纳设备配备的数据处理软件不同，侧扫声纳数据具有格式不统一、数据类型与结构复杂、数据量庞大的特点。针对侧扫声纳数据的特点，如何有效管理侧扫声纳数据，突出面状数据源的优势，从中尽可能多的提取有效信息，是目前面临的新问题。目前，测量单位对于这类数据的管理普遍采用文件管理的方式，有的以测线为单位，一条测线1个文件或几个文件，有的以日期为单位，一个日期1个或多个文件，不同类型的文件分散存放，使用时再利用不同的软件进行数据回放。这种管理方式虽然简单，但是数据查询、调用比较繁琐，数据利用率及可视化程度都较低，且不方便说明各种类型数据之间的关系，难以满足用户对侧扫声纳数据的多样化查询检索和空间分析等方面的应用需求，不适应于日益增长的数据管理和使用需求，造成了数据浪费。

1 基于GeoDatabase模型建库的优势

ESRI公司推出的GeoDatabase是ArcGIS8引入的一个全新的空间数据模型，它是一种以紧密耦合特性和行为基础的新型数据模型，与过去的数据模型相比，最大的特点是更加智能化，每个要素不再仅仅是一条有几何字段的记录，而是一个拥有属性和行为的对象，是一个对象模型的关系数据库，具有海量的、连续的GIS数据存储与多用户的并发访问、长事务和版本管理的工作流等优点。GeoDatabase作为专题图层和空间表达中组织GIS的核心地理信息系统模型，可以容纳几乎所有有效格式的GIS数据，将空间数据及其相关属性统一存放在工业标准的数据库管理系统DBMS中，便于一体化管理，实现多源数据的无缝集成。通过ArcSDE生成ArcSDE GeoDatabase，可以将数据和客户端应用程序分离开，从而实现数据共享和多用户操作，这种方式非常适合于既有空间信息、属性信息又有文字说明信息的数据存储与管理。

随着“数字地球”、“数字海洋”、“数字海底”的发展，中国已经开始了海底信息的数字化以及“数字海底”数据库系统的研究和建设工作，先进的空间信息管理技术已经开始应用到海底数据的存储和管理上[6－8]。基于GeoDatabase数据模型与现有的商业数据库管理系统(如Oracle)构建空间数据库，利用ArcSDE技术，实现空间数据的集成管理的方法并已经在测绘、水文、地质、农业、油田勘探、城镇地籍管理等多学科、多领域内得到较好应用[9－20]。马建林(2005)[21]、李含璞(2006)[22]和杨春国(2008)[23]分别提出了基于GeoDatabase模型建立海底地形数据库、测绘数据库和海底探测数据库的方法研究，指出Geo-Database在建立各类型海底数据库的强大优势。

2 建库的技术方法

在相关研究的基础上，结合侧扫声纳数据的实际情况，按照数据库设计的3个阶段，即:概念模型设计、逻辑模型设计和物理模型设计进行侧扫声纳数据库设计[24]。

2.1 概念模型设计阶段

根据侧扫声纳数据的特点与行业最新的数据库建设规范要求，结合GeoDatabase模型的内部结构，确定各种类型数据所属的专题图层，并对要素的类型、属性、相互之间的联系和约束行为进行简单描述。在这一阶段，重点关注的是数据类型及其联系和约束，而不考虑具体实现细节。

2.2 逻辑模型设计阶段

根据概念设计阶段定义的数据类型、属性及其关系和行为，确定各地理要素的描述方式。将离散的矢量数据组织到要素数据集、要素类或关系类中，定义要素类和表格应包含的属性字段，并指定各字段的属性值、缺省值、精度和范围等特性，根据地理要素编码标准恰当应用子类控制要素的行为，设定要素间的关联规则以增加要素的空间一致性。

从ESRI的Object类中派生出概念设计中的要素集、要素类及其空间行为和方法，并将这些数据类型、属性及其行为关系用UML的建模方法在Case工具中实现，在Micro viso2003中，利用ESRI公司提供的ArcInfo UML Model(Visio 2003).vst模型模板进行要素类、观测类等各类模型设计，导出成XML文件通过语义检查后导入到GeoDatbase中，形成数据库的逻辑模型。

2.3 物理模型设计阶段

利用现有的软件工程技术，借助Case工具将数据库模型直接转换成物理模型，并在转换过程中检查建模过程中的差错，形成可以存放数据的要素集、表结构和它们之间的关系表。总体设计过程，如图1所示。

3 侧扫声纳数据库的构建

3.1 侧扫声纳数据分析

3.1.1 数据体系

按照侧扫声纳数据特点，将整个数据体系自下而上分为4个层次，即:原始数据层、标准化数据层、目标数据层和元数据层[24]。采用这种分层次管理数据的方式，可以满足不同人员、不同研究目标的需求。

图1 GeoDatabase模型建库方法Fig.1 Establishment library way of GeoDatabase model

1)原始数据层:包括原始的航次报告、现场测量班报、室内处理班报、资料处理与质量评价报告等文档材料;原始的导航数据、仪器现场记录的不同格式的原始数据。

2)标准化数据层:按照有关标准和格式，具有标准命名、标准格式、修正了明显错误的数据、从原始数据中提取或统计计算出的数据(如航迹数据、时间数据、测线长度、测线走向等信息)、解编后的数据等。

3)目标数据层:主要包括可直接利用的成果数据，包括镶嵌图数据、目标图像数据、目标解译信息和成果图件等。

4)元数据层:元数据基本信息、概要信息、详细信息。

3.1.2 数据类型

将侧扫声纳调查获取的数据分为以下几个类型:

1)航次综合信息:包括调查单位、调查项目、调查区域、调查区块、调查船、调查时间、起止港口、首席科学家、采用的设备、测线数、测线长度等信息。

2)测线信息:包括测线号、数据文件名称、采样设备、记录程序、数据标准、采样间隔、采样点个数、总Ping数、测线起始日期(时间)、测线结束日期(时间)、测线用时、测线起点经纬度、测线终点经纬度、水深、测线走向、斜距量程、覆盖面积等。

3)原始测线数据:包括测线号、数据文件名称、采样设备、记录程序、数据标准、采样间隔、采样点个数、总Ping数、测线起始日期(时间)、测线结束日期(时间)、测线用时、测线起点经纬度、测线终点经纬度、水深、测线走向、斜距量程、覆盖面积等。

4)镶嵌图:包括测线号、开始经度、开始纬度、结束经度、结束纬度、数据量、镶嵌图格式、图像分辨率、投影参数、侧扫声纳图像解译信息。

5)目标镶嵌图及解译信息:包括测线号、经度、纬度、数据量、镶嵌图格式、图像分辨率、投影参数、侧扫声纳图像解译信息。

6)航迹信息:包括经度、纬度、日期、时间。

7)元数据信息。

3.1.3 数据分类

经过综合分析，将上述数据进行如下分类:

1)要素类信息:测线信息、原始测线数据、镶嵌图、目标镶嵌图、航迹信息、解译信息。

2)对象类信息:航次综合信息和元数据。

3.2 数据库模型的构建

按照上述的基于GeoDatabase模型建库技术方法，在Micro viso2003中，利用 ESRI公司提供的 ArcInfo UML Model(Visio 2003).vst模型模板按照设计的侧扫声纳数据库结构进行要素类、对象类等各类模型设计，形成数据库模型(见图2)。导出成XML文件通过语义检查后导入到GeoDatabase中，形成数据库的逻辑模型。采用C++语言，开发了侧扫声纳数据库查询检索系统，可实现数据库的图形化查询检索、浏览等，如图3所示。

图2 侧扫声纳数据库模型Fig.2 Side scan sonar database model

图3 图形化查询检索界面Fig.3 Graphic inquiry search interface

4 结束语

本文通过分析侧扫声纳各类数据的特点、相互关系及用户需求，基于 ERSI公司推出的 GeoDatabase模型，采用UML和Case工具，后台采用Oracle10g和ArcSDE建立侧扫声纳数据库，将侧扫声纳调查过程中获取的所有矢量数据、栅格数据、属性数据以及经过加工处理后的各类数据、成果数据、元数据分层次存储在统一的数据库中，通过建立数据库的空间关系、开发数据库查询检索功能，建立标准化数据库管理模式，满足用户对侧扫声纳数据的多样化查询检索和空间分析需求，实现侧扫声纳数据的科学化、标准化和可视化管理。该方法已经应用于我国近海海洋综合调查与评价专项(908专项)侧扫声纳调查数据的管理工作中，收到较好的效果。

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[2]杨振林.便携式侧扫声纳在探测海底地物中的应用[J].水运工程，2002(10):28－30.

[3]蒋俊杰，汤民强，郑西来.侧扫声纳系统在海底管道悬空调查中的应用[J].中国科技信息，2008(14):49－51.

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[23]杨春国，金翔龙，高金耀.基于GeoDatabase的海底探测数据库的构建[J].地理空间信息，2008，6(2):103 －105.

[24]韩春花，张俊明，梁建峰，殷汝广.侧扫声呐探测数据管理系统设计与实现[J].海洋通报，2011，30(2):187 －192.

Design of Side Scan Sonar Database Based on GeoDatabase

HAN Chun-hua1，CHENG Fei1，ZHANG Jun-ming2，LIANG Jian-feng1
(1.National Marine Data and Information Service，Tianjin 300171，China;2.Beijing TRUNCOM SYSTEM Co.Ltd.，Beijing 100039，China)

According to the features of side scan sonar data and demand analysis，a side scan sonar database on the background of Oracle10g and ArcSDE was designed by using UML and Case Tool and based on ERSI's GeoDatabase model.All kinds of data including vector data，grid attribute data，disposed data，result data and metadata were store in this database.Through realizing the special relation，developing the query function and realizing the standardized management，the user's demand for diversified query and special analysis was satisfied.Eventually，the scientific，standard and visual management was realized.

side scan sonar;GeoDatabase;database design

P 714+.7;P 208

A

1007－9394(2012)02－0016－03

2012－02－15

国家海洋局青年基金项目(18104002C);我国近海海洋综合调查与评价专项(908－03)

韩春花(1979～)，女，朝鲜族，吉林梅河口人，硕士，高级工程师，现主要从事海洋地质信息管理、侧扫声纳数据管理等方面的工作。