基于ArcSDE的高层建筑信息数据库设计与实现

高月 梁兼备 黄旻 梁本亮

摘要：越来越多的高层建筑设计信息需要进行高效存储和管理，同时也是组成大数据分析及数据挖掘的基础。由于高层建筑本身具有空间地理属性，因此需要建立基于地理信息系统的数据库系统。以ArcSDE、Geodatabase技术为基础，探讨了高层建筑设计信息数据库设计和实现中所需的关键技术。

关键词：空间数据引擎；Geodatabase；空间数据模型；高层建筑；数据库设计

DOIDOI：10.11907/rjdk.171666

中图分类号：TP392文献标识码：A文章編号：16727800（2017）010017003

0引言

高层建筑工程的整个设计环节具有高度复杂性，每一个成功建成的高层建筑工程，都是设计专家与施工人员智慧与经验的结晶，对后续工程项目的兴建具有重要的参考价值。因此，对成功的工程项目数据信息的存储便成为一项非常重要的工作。目前对建筑工程设计资料的存储具有以下不足：①编辑修改和重复利用方面需要进一步完善。无论是纸制资料还是扫描资料，在可编辑性上都存在难度；②建筑工程与其地理位置难以相关。对于具体建筑工程的位置描述仅能以文字说明的形式进行，用户无法直观地了解具体位置信息，信息表达不完整；③缺乏综合分析和辅助决策能力。传统的纸制文档、扫描文档都是整体文件模式，通过这些资料衍生出的新信息资料的利用和综合分析受到限制，也就无法有效地为地震疏散、结构体系选型等方面工作提供辅助决策。基于以上分析，对现有的高层建筑设计信息加以设计、整合，形成考虑空间特征高层建筑设计信息数据库，在实现信息高效存储的同时，也可以为后续高层建筑工程的建设提供设计参考和经验支撑，同时也可以为大数据分析、数据挖掘等提供必需的信息数据，具有积极的工程实践意义。

1空间数据引擎与Geodatabase数据模型

空间数据引擎（Arc Spatial Data Engine，ArcSD）是空间数据库借助关系数据库实现相应管理的桥梁，可以实现在多种关系数据管理系统（Relational Database Management System，RDBMS）中管理地理信息。ArcSDE通过为RDBMS提供一个开放的接口，可以实现ArcGIS在Oracle、Microsoft SQL Server、 IBM DB2等数据库平台上对地理信息进行有效的管理和操作。ArcSDE使用每种RDBMS所支持的标准SQL类型来管理数据，并且支持所有空间数据类型，包括要素、栅格、拓扑、网络、地形、测量数据、表格数据，以及位置数据，例如地址、模型和元数据等，用户不需要考虑RDBMS的底层实现。因此，以ArcSDE为桥梁，可以实现数据库管理系统对空间数据的管理，以及C/S、B/S模式下客户端对数据库中各种类型空间数据的操作。

Geodatabase是由ESRI推出的一种面向对象的空间数据模型，其基本对象组织思想是使用对象类、关系类、各种网络和相关规则来定义空间实体，将它们有机地统一起来，综合表达现实实体及其之间的复杂关系。Geodatabase模型是建立在DBMS之上，利用标准的关系数据库技术来表现地理信息，借助ArcSDE这一桥梁，在关系数据库中实现相应的数据管理和操作。Geodatabase数据模型由具有良好层次关系的数据集、要素类、对象类共同组成，能够实现在标准的RDBMS表中存储和管理地理信息，并支持多种关系数据库结构与多用户访问。Geodatabase让GIS数据集中的数据特征更加智能化，使GIS的物理数据模型与其逻辑数据模型更加接近或者一致，如地块所有者、建筑物、宗地和道路等，进而使GIS中的数据与现实实体的自然特征和行为保持一致。

2数据信息分类

建立数据库所需的数据包括基础地理数据、高层建筑设计专题数据、多媒体数据和文本数据4类。地理信息数据由空间数据、属性数据两部分组成。空间数据是指用来存储空间对象的形态及位置的数据；属性数据是指描述空间特征的有关信息，如多边形代表建筑物，则建筑物名称、用途、高度等信息就是基本属性信息。

表1数据分类

数据类别数据内容说明

基础空间数据地形图、行政区划图、水系图、道路交通图、公园绿地图提供地理参考，主要是空间数据及简要的属性信息

专题数据高层建筑的详细设计信息数据来源广泛，需要进行设计、处理

图像与视频数据与空间信息对应的图像、视频等数据所研究的高层建筑属性信息数据源

3数据库构建

3.1空间数据库

基础地图数据是对高层建筑工程进行空间展示和管理不可缺少的资料和依据。要有效地管理空间信息，必须有一个合理的空间数据库。将地图对象进行矢量化处理，统一抽象为点、线、面3种基本图元类型，并转化为标准的SHP文件。点（Point）图层用于存放一般建筑物、超限高层建筑和车站等信息；线（Line）图层用于定义行政区划边界、河流边界、河流以及道路等；面（Polygon）图层用于河流面、绿地块、公园和行政区划等。本文采用面向对象的Geodatabase数据模型来组织空间数据。

图1空间数据库结构

3.2空间数据库结构与功能设计

空间数据库主要完成图形数据的管理、输入、格式变换、信息查询、图形输出等功能，是整个系统的基础功能。在设计空间数据库时考虑了图形输入、图形编辑、图形操作、图形转换、图形查询、信息提取、图形输出等功能，具体功能如图2所示。

4属性数据库设计

属性数据库设计主要包括属性数据结构设计和数据管理系统功能设计等内容。属性数据是指与空间位置没有直接关系的代表特定地理意义的数据，既可以是独立于专题地图的高层建筑工程相关设计数据，也可以是与专题地图相关，表示地理对象类别、数量、等级的字符串或数字。属性数据在整个系统中占有很大比重，可以在背景信息与矢量图形信息的基础上进行综合、深层次分析，能为管理、规划与决策提供重要的参考信息，并能够辅助进行空间定位和显示空间实体分布特征。endprint

本文研究的属性数据由两部分组成，一部分是与空间实体对应的基本属性信息，另一部分是外挂到Microsoft SQL Server 2000中的与高层建筑工程设计相关的属性数据、文本数据和多媒体数据，组成数据库中最重要的数据信息，并采用目前流行的关系型数据库管理系统管理属性数据库。

4.1属性数据库信息构成及逻辑设计

高层建筑属性数据既有空间要素的自身属性信息，也包括高层建筑的详细设计信息，具体可以归纳为以下几方面：高层建筑工程基本信息、抗震设防信息、岩土工程勘察报告基本数据、基础设计信息、结构布置和选型、结构计算分析结果、基本抗震构造信息及其它补充事宜。属性数据是以数据表的形式进行管理，图3为高层建筑工程设计信息中抗震构造和结构计算分析的内在逻辑结构图。

4.2属性数据库功能设计

属性数据库是高层建筑工程设计信息系统的核心，需具备组织与管理设计数据的功能，具体包括数据编辑、数据统计、数据检索、属性数据到空间数据的查询、数据报表统计输出等功能。可以设计成如下功能菜单：数据录入、数据结构修改、数据查询与统计、结果报表输出等功能。

5空间数据与属性数据整合

通过ArcSDE，将空间数据和属性数据共同存储在关系数据库系统中。高层建筑工程在空间上以点的形式显示，通过独立的表来存储属性数据，与空间数据通过公共字段项进行链接。其它图层采用Shape图层本身附带的属性信息，实现思路如图4所示，数据库架构如图5所示。

在完成数据库的设计并通过测试，利用Arc Catlog装入数据后，可以利用ArcGIS Engine提供的控件进行客户端开发，并实现相应功能。图6为高层建筑工程信息系统的实现界面。可以看出，主窗口中点数据标识了高层建筑的地理信息，右侧下拉框体是与该高层建筑对应的详细设计信息。

6结语

利用ArcSDE可以实现在关系数据库中管理空间数据的功能，Geodatabase提供了一个面向对象的空间数据管理模型。以高层建筑工程为研究对象，对其数据库构建过程中的几个关键问题和采用的关键技术进行了简要分析，说明ArcSDE和Geodatabase数据模型可以很好地实现不同专业客户的信息系统管理需求，为有效存储高层建筑设计信息提供了新方法，同时也为后续进行大数据分析和数据挖掘提供了实例数据。

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責任编辑（责任编辑：黄健）endprint