省级国土资源“一张图”数据库建设关键技术研究

第３７卷第１期　现代测绘　Ｖｏ１．３７，Ｎｏ．１　２０１４年Ｏ１月　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｓｕｒｖｅｖｉｎ￣ａｎｄ　Ｍａｏｏｉ　Ｊａｎ．２０１４　省级国土资源“一张图’’数据库　建设关键技术研究　周卫娟，吴相赕，刘宁宁，苏巧灵　（江苏省国土资源信息中心，江苏南京２１００１７）　摘要加快以国土资源遥感监测“一张图”为基础的核心数据库建设，是国土资源信息化“十二五”期间的重点工　作。结合江苏省级国土资源“一张图”工程建设情况，简要介绍省级“一张图”数据库建设内容和成果。本文重点对　省级海量空间数据的存储组织和地图服务等关键技术进行研究。　关键词　“一张图”　海量空间数据存储组织　地图服务　中图分类号：Ｐ２７３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２—４０９７（２０１４）０１—００４３—０５　１　引　言　２省级“一张图”数据库建设（一期）基本　在２００９年全国国土资源信息化会上，国土资源　内容　部提出建设国土资源“一张图”的要求。２０１０年国　根据建设原则以及省厅总体建设要求，确定　土资源部《关于进一步运用现代科技信息手段规范　了省级国土资源“一张图”数据库（一期）建设主　和创新管理的指导意见》文件中，强调了全国国土　要内容：制定“一张图”数据库建设规范、整合“一　资源“一张图”、综合监管平台和网络互联互通在构　张图”核心数据库数据及开发“一张图”管理系统　筑以科技信息手段为支撑的国土资源管理运行体　软件。　系中的基础作用。２０１２年国土资源部办公厅下发　２．１　制定“一张图”数据库建设规范　了《关于加快推进国土资源遥感监测“一张图”和综　主要是对“一张图”数据库建设进行总体规划　合监管平台建设与应用的通知》（国土资厅发　和顶层设计，主要包括数据组织与存储、数据分层　［２０１２１４２号），把“一张图”和综合监管平台建设与　与属性、数据服务发布、数据应用接口、数据更新等　应用情况作为考核各省级国土资源信息化部门绩　规范。　效评估的重要指标。　２．２整合“一张图”核心数据库（一期）　“一张图”核心数据库是基于统一的基础地理　主要选择以空间数据为主的核心数据内容。　空间参考，以高分辨率正射遥感影像为统一的数据　根据省厅数据情况和工程总体进度要求，省厅“一　本底，整合、关联和分层叠加各类土地、地质矿产基　张图”核心数据库（一期）主要整合现有基础条件好　础数据的国土资源数据体系。开展“一张图”核心　的基础数据以及主要行政审批事项的管理数据（重　数据库建设，在国土资源数据中心统一的软硬件环　点涉及建设用地批、供、用、补、查等数据以及矿业　境支撑下，遵循统一的数据库标准规范，统筹推进、　权登记审批数据等），包括１４类数据：基础地理、遥　分步实施。按照“一数一源”的原则，对国土资源数　感影像、地质图、土地利用现状、土地利用总体规　据中心各类数据资源进行统筹、梳理和集成，一项　划、建设项目用地审批、土地供应与利用、土地整治　业务只能有一套数据，确保各类业务数据的唯一　项目库、增减挂钩、矿产资源总体规划、矿产资源储　性。按照“统一管理”的原则，整合集成各类管理信　量、矿业权设置方案、探矿权、采矿权等。按照统一　息系统，产生的管理业务数据整合在“一张图”核心　数据库建设规范进行数据整理、入库存储和数据应　数据库中。　用处理加工等整合集成工作。　２０１２年年底江苏省厅启动省级国土资源“一张　２．３开发“一张图”管理系统软件　图”工程建设，经过８个月建设，省级国土资源“一张　以“一张图”核心数据库为数据基础，采用先进　图”数据库建设已取得阶段性成果。本文就省级国　的信息技术手段，研制开发“一张图”管理系统软　土资源“一张图”数据库建设主要内容、实施关键技　件，实现对“一张图”核心数据库的整合、人库、集中　术以及取得的项目成果等作一介绍。　管理、维护和数据展示应用。同时系统具备对“一　４４　现代测绘　第３７卷　平台为基础的用地预审墨　建设用地、采矿权、探矿权　。　－７标：￣　ｇ－３数据现状分析　　一～～一～　。　、等多项行政许可事项审批业务系统、国土资源综合　监管平台、共享服务平台和其它应用系统提供数据　应用与共享服务。　结合“一张图”核心数据库（一期）整合任务要　求，从原始数据汇交单元、数据基础情况、数据量等　方面进行数据现状分析，具体如表１所示：　表１　“一张图”核心数据库（一期）数据现状分析　序号　类型　数据库名称（一期）　１　基础地理　数据内容　原始数据情况　无直接数据源　坐标系统　数据量　２　遥感影像　２００９年度　正射影像、标准分幅数据单元　２０１０年度　正射影像、分县域数据单元　１９８０坐标系统、高斯　原始影像约９Ｔ　投影　２０１１年度　正射影像、分县域数据单元　３　地质图ｌ：５０万　无直接数据源，从专题数据中　１９５４坐标系统、地理　抽取　坐标　２００９年度　县域数据单元　４　基础　土地利用现状　２０１０年度　县域数据单元　矢量数据库１５０Ｇ　类　２０１１年度　县域数据单元　土地利用总体规划　市级　县级　市域数据单元　县域数据单元　‘　１９８０坐标系统、高斯　投影　５　矢量数据库３５Ｇ，　非空间数据５００Ｇ　矢量数据库　１９８０坐标系统、地理　４００Ｍ坐标　非空间数　据２００Ｇ　，乡镇级　县域数据单元　６　矿产资源规划　省级　市级　县级　省域数据单元　市域数据单元　县域数据单元　７　８　９　１Ｏ　１１　管理　类　１２　１３　１４　矿产资源储量数据库　建设项目用地审批　土地供应数据　土地整治项目　增减挂钩项目　储量系统内　省厅政务系统　省厅建设用地备案系统　部监管数据内　部监管数据内　多种坐标系统、系统内　坐标串字段　历史数据存储在各自　系统内的坐标记录表　或坐标串字段数据量不大，小　；没有直　于２００Ｇ　接图形要素；多种坐标　系统；质量不一。　探矿权　采矿权　矿业权设置方案　省厅政务系统　省厅政务系统　部数据报盘内容　从表中看出，数据有标准分幅、有按照不同级　别行政区域组织的、不同坐标系统、不同投影方式，　基于多种ＧＩＳ基础平台，管理数据存放在各个应用　管理系统中，数据存在分散管理状态的现象。数据　４关键技术研究　４．１海量空间矢量数据存储模式　４．１．１数据存储技术　有矢量、影像、文本、表格等多种形色。目前数据量　估算约为１０Ｔｂ，而且数据量逐年递增。　“一国内外涉及海量数据存储与管理的研究较多，　但主要关注于存储软硬件设备，涉及海量空间数据　存储的较少，而国土行业涉及更多的是空间地理　张图”建设目标之一是整合分散管理的各　类信息，形成基础数据支撑体系，通过对各类信息　的汇集、整合，构筑全省国土资源“一张图”核心数　据库。因此如何设计“一张图”核心数据库的数据　存储、组织、数据服务，将直接影响数据库建设的成　败，数据浏览、访问、调用效率、应用便捷是数据库　建设成功与否的重要指标。　数据。　’目前海量矢量数据存储管理技术主要有两种：　基于基础ＧＩＳ平台软件的存储管理技术和基于Ｏｒ—　ａｃｌｅ　Ｓｐａｔｉａｌ的存储管理技术。基于基础ＧＩＳ平台　软件的存储管理技术是传统、常用的技术，但面对　海量矢量的并发查询、检索时，效率较慢；基于Ｏｒａ—　ｃｌｅ　Ｓｐａｔｉａｌ的存储管理技术的海量矢量并发查询、　４６　现代测绘　第３７卷　向对象关系数据模型ＧｅｏＲａｓｔｅｒ实现遥感数据　组织和管理，可充分发挥Ｏｒａｃｌｅ的优势，在数据　安全、多用户并发控制方面具有优势。但是存　在海量数据入库时间长、占用存储空间大以及　不易更新与备份等问题。究竟采用哪种方式管　理“一张图”影像数据也是本项目解决一个关键　技术问题。　省级“一张图”中数据量最大的就是历年遥感　监测影像数据，２００９年标准分幅，２０１０、２０１１年分　影像金字塔的构建是针对于单幅的影像数据文件，　当镶嵌数据集中影像文件数量较多，将会涉及到大　量影像金字塔数据的读取，影像数据的显示速度将　会明显降低。　对于海量遥感影像数据可采用镶嵌数据集、影　像金字塔和概视图（ｏｖｅｒｖｉｅｗ）相结合的数据管理技　术。由于概视图基于影像金字塔从底层向上构建，　对比瓦片和地图切片技术，具有更高的执行效率和　更少的存储空间。　省级“一张图”影像数据建立了以市级为单位　建立镶嵌数据集，影像金字塔，在此基础上建立全　县存储，每年有３００多个文件，数据之间有重复交　叉。对于影像数据主要应用要实现数据快速浏览，　能在秒级内读取并显示任意范围内的影像数据。　要实现数据快速浏览，需要解决好三个关系：（１）在　满足浏览范围需求的前提下尽可能减少数据获取　的冗余；（２）在既定的数据获取容量下，尽可能低减　少磁盘读取次数；（３）在不影响目视浏览效果的情　况下进行数据压缩，节省存储空间。　项目组在影像数据管理方面，在前两年的第二　次土地调查省级数据库管理系统项目中积累了一　定的经验。随着ＡｒｃＧＩＳ软件技术的发展，在影像　数据管理和应用方面提供了较为完善的技术手段，　较好地处理快速浏览的技术问题。本项目基于　ＡｒｃＧＩＳ１０．１提供的镶嵌数据集、影像金字塔和概视　图等技术手段管理影像数据，取得较好的效果。具　体技术介绍如下。　镶嵌数据集是地理数据库中的数据模型，采用　栅格数据集和栅格目录相结合的混合技术，管理一　组以目录形式存储并以镶嵌影像方式查看的栅格　数据集，用于存储、管理、查询和浏览各种类型的栅　格和影像数据。在影像数据入库时，只会在空间数　据库的镶嵌数据集中建立影像索引，不会拷贝或改　变原有的影像数据，原有影像文件仍然存储在文件　系统中。当访问影像数据时，镶嵌数据集将动态地　执行镶嵌，并提供实时处理功能。镶嵌数据集充分　发挥了文件存储系统和数据库系统的优势，适用于　管理和发布海量的多分辨率、多传感器遥感影像　数据。　影像金字塔是在同一的空间参照下，以不同的　分辨率存储和显示遥感影像数据，形成分辨率由粗　到细、数据量由小到大的金字塔结构。影像金字塔　用于图像编码和渐进式图像传输，是一种典型的分　层数据结构形式。利用影像金字塔，可在绘制遥感　影像数据时陕速显示较低分辨率的数据副本，随着　放大操作的进行，更精细的分辨率等级将逐渐得到　绘制，从而改善了影像数据读取和显示的性能。但　省概视图，再进行地图切片制作。对于市级和县级　一般可直接使用概视图，而不需要地图切片也可以　满足快速浏览应用了。　４．３数据地图服务方式　数据地图服务是一种新的图形数据浏览的手　段，根据用户需要，将一定的图层、图形渲染方式、　标注、显示范围等内容集中到一起，形成所谓的“服　务”，并通过ＧＩＳ技术将这些服务发布到局域网上，　用户只需要接通局域网就可以对发布的服务进行　浏览和应用，以适应当前面向服务方法设计的应用　系统。　ＡｒｃＧＩＳ　Ｓｅｒｖｅｒ提供了大量的Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｉｃｅ，包　括地理编码服务、地图提供服务、空间查询服务、属　性查询服务等，提供各种使用者进行调用。“一张　图”管理系统利用ＡｒｃＧＩＳ　Ｓｅｒｖｅｒ　ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ，快速　搭建和实现ＧＩＳ应用是本系统的特色。　地图服务发布采取动态地图服务（Ｄｙｎａｍｉｃ　ｍａｐ　ｓｅｒｖｉｃｅ）与静态（缓存）服务（Ｃａｃｈｉｎｇ　ｍａｐ　ｓｅｒｖｉｃｅ）相结合的方式，动态服务通过动态获取数　据库图形及属性信息实时展示地图数据，静态服　务通过制作地图切片对各类地图数据进行调用　浏览。　地图服务发布有两种方式：动态地图服务　（Ｄｙｎａｍｉｃ　ｍａｐ　ｓｅｒｖｉｃｅ）和静态（缓存）服务（Ｃａｃ—　ｈｉｎｇ　ｍａｐ　ｓｅｒｖｉｃｅ）。动态服务通过动态获取数据　库图形及属性信息实时展示地图数据，用户访问　返回的是由服务器动态生成返回的结果，访问的　速度较缓存地图服务要慢，其优点是适应更新频　繁数据，随时反映数据状态；静态服务通过制作　地图切片对各类地图数据进行调用浏览，用户访　问返回的不是动态生成的结果，而是预先做好的　切片，缓存地图服务可以支持复杂的地图渲染，　但是不会影响客户端访问的速度，其缺点是制作　切片数据耗时占存储空间，数据更新后重新制作　第１期　切片数据。　周卫娟等：省级国土资源“一张图”数据库建设关键技术研究　４７　系统开发，实现对“一张图”核心数据库全面管理和　数据应用。系统包括：（１）数据管理子系统：提供矢　省级“一张图”系统根据数据类型特性，采用动　态地图服务和静态地图服务相结合的方式。目前　项目已整合入库１３类数据、发布ｌ１７个服务，其中　３个年度土地利用现状和遥感影像数据为静态地图　服务，其余均为动态地图服务。由于在数据存储组　织方面进行全面优化设计、地图服务合理配置以及　索引技术运用，各类空间数据的浏览、查询、分析应　用效果良好。　量数据入库、报表数据入库、影像数据处理、地图配　置、系统出图等众多数据管理功能，实现“一张图”　核心数据从入库至处理再展示的流水化管理；（２）　运维管理子系统：提供后台定制维护“一张图”地图　服务，配置并管理“一张图”系统权限，实现系统安　全监控；（３）“一张图”信息门户：以“一张图”、专题　图、统计图表等丰富信息的形式全面展示“一张图”　核心数据资源，并结合资源中心、地图ＡＰＩ等功能　板块提供强大的数据应用平台。　５研究成果与应用　通过对海量空间数据存储组织、数据地图服务　关键技术的研究，较好地解决了省级国土资源“一　张图”数据库建设中的数据存储及应用的技术瓶　颈。在项目设计、数据整合以及系统开发实施过程　中，已经验证了相关技术设计的科学性、高效性和　６结束语　省级国土资源“一张图”数据库建设取得了阶　段性成果，系统已投入试运行。项目在海量空间数　据浏览、操作效率和效果等方面取得一些经验成　实用性，项目在实践的基础上逐步总结完善形成　《江苏省国土资源“一张图”数据库建设规范》，包括　果，但随着ＧＩＳ和数据库技术的发展，还需不断完　善和发展海量空间数据存储技术和数据服务技术，　提高数据管理和应用水平，同时要在海量空间数据　动态更新方面需要深入研究，解决“一张图”数据现　势性迫切问题。　参考文献　１戴建汪、白晓飞．第二次全国土地调查国家级数据库管理　系统关键技术研究ＥＪ］．中国土地科学，２０１０（６）：７４—８０．　数据组织与存储、数据分层与属性、数据服务发布、　数据应用接口等规范。　基本完成省级“一张图”核心数据库（一期）整　合任务，建立包括基础、专业、管理三大类１４种３２５　个图层的核心数据库，发布了５个专题、１１１个地图　服务，初步建成了省级国土资源“一张图”核心数　据库。　在核心数据库的基础上，完成了“一张图”管理　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｋｅｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｌａｎｄ　ａｎｄ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　“Ｏｎｅ　Ｍａｐ’’Ｄａｔａｂａｓｅ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ＺＨＯＵ　Ｗｅｉ－ｊｕａｎ，Ｗｕ　Ｘｉａｎｇ—ｙｉ，ＬＩＵ　Ｎｉｎｇ－ｎｉｎｇ，Ｓｕ　Ｑｉａｏ－ｌｉｎｇ　（Ｌａｎｄ　ａｎｄ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１００１７，Ｃｈｉａｎ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｗｉｔｈ　ｌａｎｄ　ａｎｄ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ“Ｏｎｅ　Ｍａｐ　Ｐｒｏｊｅｃｔ”ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．ｉｓ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｗｏｒｋ　ｏｆ　ｌａｎｄ　ａｎｄ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ“Ｔｗｅｌｆｔｈ　Ｆｉｖｅ　Ｙｅａｒ　Ｐｌａｎ”ｐｅｒｉｏｄ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｊｉａｎｇｓｕ　ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　ｌａｎｄ　ａｎｄ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ“Ｏｎｅ　Ｍａｐ　Ｐｒｏｉｅｃｔ”，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏ—　ｄｕｃｅｄ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ａｎｄ　ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ“Ｏｎｅ　Ｍａｐ　Ｐｒｏｊｅｃｔ”Ｄａｔａｂａｓｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｆｏｃｕｓｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｓｓｉｖｅ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ｍａｐ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ　ｅｔｃ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ“Ｏｎｅ　Ｍａｐ　Ｐｒｏｊｅｃｔ”；ｍａｓｓｉｖｅ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄａｔａ；ｓｔｏｒａｇｅ　ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ；ｍａｐ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ