全国土壤侵蚀普查数据库设计与实践

刘宪春，曹文华，赵 院，许永利

（1. 水利部水土保持监测中心，北京 100055；

2. 北京地拓科技发展有限公司，北京 100084）

全国土壤侵蚀普查数据库设计与实践

刘宪春1，曹文华1，赵 院1，许永利2

（1. 水利部水土保持监测中心，北京 100055；

2. 北京地拓科技发展有限公司，北京 100084）

全国土壤侵蚀普查生产和收集了大量数据，需要建立数据库进行有效管理。数据库建设中，将全国土壤侵蚀普查各类数据按业务逻辑和时空关系管理，建立以地理空间为基础的“全国一张图”式的土壤侵蚀普查数据库。数据库采用面向服务的架构设计，用 DTGIS 空间信息服务平台提供的虚拟服务支撑各应用功能，利用栅格金字塔技术和 DTSpatial 对数据进行处理及入库管理，实现海量数据的无缝拼接和分层、分类存储管理，极大提高数据管理和使用的效率。

水利普查；土壤侵蚀；数据库

国务院开展的第一次全国水利普查工作目前已基本结束。本次普查全面查清了我国水利基本情况，获得了海量的调查数据。特别是普查中的土壤侵蚀普查工作，综合采用了遥感、系统布点抽样、模型计算与统计分析等手段，取得了丰富的成果，既包括覆盖全国的不同分辨率的遥感影像及 DEM 等基础数据，还包括十几个侵蚀影响因子的专题图，以及填写的各种调查表格和现场照片，数据量高达19 TB。建设数据管理系统储存保管好这些数据，是充分发挥普查成果的社会经济效益，挖掘数据服务潜力和决策支撑能力的基础[1-2]。基于土壤侵蚀普查数据以空间数据为主的特点，根据当前信息化发展形势和水利行业管理的需要[3-5]，借鉴其他行业特别是国土部门经验[6]，建立“全国一张图”式的全国土壤侵蚀普查数据库，将各类数据按业务逻辑和时空关系管理，可形象直观地管理普查数据。

1 数据库管理

本次土壤侵蚀普查数据管理以土壤侵蚀普查数据库建设为中心，以基础地理、土壤侵蚀因子、野外调查单元、侵蚀沟道、土壤侵蚀强度数据的检查与入库任务为主体，对土壤侵蚀普查数据进行集中存储，按全国一张图形式统一、分类、分层管理。

数据库开发内容主要包括基础地理、水蚀因子、风蚀因子、冻融侵蚀因子、野外调查单元、侵蚀沟道、土壤侵蚀强度等数据库及管理功能的开发工作。

土壤侵蚀普查数据按栅格、矢量、属性、多媒体等数据类型特点，按照不同的方法进行检查与入库。

2 数据库系统设计

全国土壤侵蚀普查数据库系统以国家及行业的标准、制度和水利部水利信息中心安全体系为保障，采用面向服务的架构思想进行设计，基于Windows 2008 运行环境，以专业大型网络地理信息系统 DTGIS 为空间信息服务平台，构建数据层、服务层和应用层 3 级体系，以 C++ 作为主开发语言，Silverlight 作为界面开发工具，采用 DTSpatial 数据库进行数据存储。

2.1 系统架构设计

数据库系统通过 DTGIS 空间信息服务平台提供的元数据、远程地图和栅格数据服务等虚拟服务支撑各应用系统具体功能的实现；同时基于 DTSpatial和栅格金字塔技术管理全国土壤侵蚀普查成果数据，包括矢量、影像、多媒体文件及业务属性数据，为 DTGIS 空间信息服务平台提供存储支撑。系统构架具体如图1 所示。

图1 系统架构设计图

1）数据层。数据层主要用来存储土壤侵蚀普查数据，包括栅格等多种类型数据。支持数据库基本操作，支持远程客户端与数据库进行联机操作。

2）服务层。服务层是本地控制的接口，提供共享资源并执行与局部资源相关的操作，为系统运行提供平台底层支持。系统采用组件化技术作为主要手段进行软件系统的开发，在应用界面创建应用接口，基于接口在形式上表现为对象的属性、方法和事件，为用户提供组件式 GIS 应用。

3）应用层。应用层是用户的管理功能及操作结果输出，包括地图服务、图表互查、统计报表、数据导出等功能。

2.2 数据库设计

数据库设计综合考虑地理空间、业务和时间逻辑，按照矢量、栅格、属性、多媒体等不同数据类型，采用面向对象和关系的数据库无缝集成的方式进行设计，空间数据库采用 DTSpatial 管理，属性和多媒体数据采用远程文件服务管理。矢量空间与属性及多媒体等数据通过关键字关联，空间数据通过关键字与其元数据关联。将空间、属性、多媒体等数据及其元数据有机组织。数据库分为基础地理、遥感影像、气象站点、调查单元、侵蚀沟道、侵蚀因子、侵蚀强度、综合信息等 8个子库。数据集划分如图2 所示。

图2 数据集划分图

2.3 数据库功能设计

1）地图服务功能。主要包括在三维环境下对基础地理信息及普查数据实现浏览、放大、缩小、漫游等基本操作功能；汇水分析、断面分析、坡度分析、高程查询、距离量算、面积计算等基础地理分析计算功能。

2）业务数据管理功能。主要包括按照普查数据类别、行政区划、流域、普查对象实现属性与空间查询，数据统计及导出等功能，界面如图3 所示。

3）权限管理功能。系统的安全管理是通过权限管理系统为整个数据库系统建立全局统一的安全管理机制，统一验证用户身份，记录用户的业务操作日志。当用户登录系统时，需要输入用户密码和安全随机码，系统据此验证，以确认用户身份。验证通过后，系统将赋予该用户对应的使用权限，同时记录用户活动状态，形成日志，以备后期维护需要。

3 数据检查与入库

数据入库前按照水土保持行业标准和本次普查的要求，对专题数据及其对应的元数据进行规范化检查。各专题数据按不同类型，对其空间位置、时间特性、专题属性进行检查。通过配准和拼接，实现海量空间数据的无缝拼接和分层、分类存储管理，使系统方便、有效、快速地查询，统计和显示所有数据。

图3 数据统计界面

3.1 矢量数据

矢量数据包括行政区划、全国土壤可蚀性 K 值图、全国土种剖面样点属性数据等，主要对其位置和属性信息的准确性、正确性、合理性、完整性等进行检查，除野外调查单元数据外，其余数据均拼接为一个无缝的图层，并以行政区划图为准进行多图层配准，抽样为不同比例尺数据入库。针对不同专题数据的特点，利用 GIS 软件批处理、人工交互和抽样等方法进行检查。

3.2 栅格数据

栅格数据主要包括部分典型区域 10 和 2.5 m 分辨率的 SPOT 遥感图像，15 m 分辨率 ASTER 数据，全国 30 m 分辨率环境星地表反射率，全国 30 m 分辨率 Hc-DEM（水文地貌关系正确 DEM）数据，以及各类专题数据。主要对坐标系、空间位置、分辨率、像素值的准确性，正确性，合理性，完整性等进行检查，栅格数据均拼接为一个无缝的图层，并建立栅格金字塔。

3.3 属性数据

属性数据主要是不同土种典型剖面数据、风力等级和风向频率统计表，以及矢量数据相关的属性数据，主要进行数据完整性、逻辑一致性检查，通过人机交互的方式进行数据入库。

3.4 多媒体数据

多媒体数据包括文档、图片、图表等格式的数据，对多媒体资料整理、分类，转换至数据库支持的多媒体数据格式，并通过软件直接实现多媒体数据入库。

4 结语

第一次水利普查中的土壤侵蚀普查数据量多达19 TB，经特有的栅格金字塔技术进行数据压缩处理后，在不损耗信息的前提下，数据量得到极大压缩，入库后数据为 2 TB 左右，极大提高了数据管理和使用的效率。本次普查工作不单建成了数据库，更为重要的是对海量数据的处理与组织做了技术上的探索与实践，实现了空间、多媒体数据等不同格式数据的关联匹配，为今

[1] 庞进武，程益联，罗志东. 水利普查与信息化[J]. 水利信息化，2012 (1): 19-22.

[2] 程益联，郭悦. 水利普查对象关系研究[J]. 水利信息化，2012 (1): 23-27.

[3] 孟小峰，慈祥. 大数据管理：概念技术与挑战[J]. 计算机研究与发展，2013, 50 (1): 146-169.

[4] 龚岳松，吕文斌，李佼. 水务数据统一交换管理平台设计与实现[J]. 水利信息化，2011 (5): 21-25.

[5] 艾萍，吴礼福，陈子丹. 水利信息化顶层设计的基本思路与核心内容分析[J]. 水利信息化，2010 (4): 9-12.

[6] 黄志勤，冯义从，钟沛林，等. 四川省国土资源“一张图”数据库及管理平台设计与实现[J]. 资源与人居环境，2013 (6): 31-35.

Database Design and Practice of National Census for Soil Erosion

LIU Xianchun1, CAO Wenhua1, ZHAO Yuan1, XU Yongli2
(1. Monitoring Center of Soil and Water Conservation, the Ministry of Water Resources, Beijing 100055, China;
(2. Beijing Dituo Science and Technology Development Co. Ltd., Beijing 100084, China)

National census for soil erosion produces and collects lots of data. It needs to build database to go ahead effective management. In the progress of national database building, all the census data are managed with their logic and time-space relation. Based on geographic space, “one picture throughout the country” type of soil erosion census database is built. Using service-oriented architecture, the database supports various applications with DTGIS spatial information services platform, and processes data and manages data with pyramid grid technology and DTSpatial technology to realize massive data seamless and stratified classification storage management, which greatly improves the efficiency of data management and use.

national census for water resources; soil erosion; database

S157

A

1674-9405(2014)01-0012-03

2013-10-13

刘宪春（1974－），男，山东肥城人，高级工程师，主要从事水土流失动态监测与评价工作。