空间数据库实验总结（精选10篇）
课程名称：大型数据库技术 指导教师：杨艳华
班级：计算12 姓名：
实验成绩：
上机实践日期：2014.12 上机实践时间：2学时 实验项目名称：重做日志文件、表空间管理操作 学号：20 实验项目编号：实验五 组号：
一、实验目的
1、理解重做日志文件的基本概念；
2、掌握重做日志文件组及其成员的添加、移动、删除等操作；
3、掌握归档重做日志的设置；
4、理解表空间的基本概念和分类；
5、掌握永久表空间的创建和管理操作；
6、掌握还原表空间的管理。
二、实验要求
1、完成重做日志文件组及其成员文件的管理操作；
2、完成归档重做日志的设置；
3、完成永久表空间和临时表空间的管理操作；
4、完成还原表空间的管理。
三、实验内容
（1）查看数据库当前重做日志文件组及成员的设置情况，然后，为数据库添加一组重做日志，组内包含两个成员文件，分别为redo4a.log和redo4b.log，大小分别为5MB。
1（2）为上面新添加的那组重做添加一个日志成员，命名为“redo4c-姓名简拼.log”，实现重做日志的多路存储。
（3）把数据库从非归档模式修改为归档模式，之后创造条件让数据库立即归档，并检查归档是否成功
（4）创建永久表空间
创建一个表空间名为“TB+学号后三位+姓名简拼” 空间的大小为50M 表空间包括两个数据文件：表空间名_01.dbf(30M)和表空间名_02.dbf(20M)，大小均不能自动扩展 数据文件均存放在Oracle的安装根目录
（5）改变上述永久表空间的可用性
先将表空间脱机 再进行联机
（6）创建一个4K的非标准块表空间，命名为“tbf+学号后三位+姓名简拼”，数据文件存储在”
（7）创建一个临时表空间
名为“TTB+学号后三位+姓名简拼”
包含一个数据文件：表空间名_01.dbf，大小为(学号后三位*2)M，存储在”
（8）查看数据库内各个表空间及其类型，以及区管理方式、分配类型和段空间管理方法、表空间的状态。
（9）删除前面创建的非标准块表空间，同时删除表空间的内容和对应的操作系统文件。
（10）创建一个还原表空间，命名为“UNDO+学号后三位+姓名简拼”，其中包含一个数据文件（存储在”
（11）为前面创建的永久表空间添加一个数据文件，命名为“表空间名_03.dbf”，该文件初始大小为50M，允许自动扩展，存储在”
（12）将永久表空间中初始的两个文件移动到”
（13）同时将前面创建的永久表空间和UNDO表空间内的文件进行重命名，把文件名中的“_”去掉。
三、实验小结
1、通过本次实验，我对重做日志文件组及其成员的添加、移动、删除等操作、归档重做日志的设置、表空间的基本概念和分类、永久表空间的创建和管理操作、还原表空间的管理都有了更为深入的了解和掌握；
2、切换数据库状态前，必须关闭数据库，由于没有关闭数据库，导致在数据库状态切换过程中遇到了很多问题；
2012年,莫言获得诺贝尔文学奖,他是有史以来首位获得诺贝尔文学奖的中国籍作家。2013年12月诺贝尔颁奖典礼前后,财新数据可视化实验室推出数据新闻,向一百年来的七百多位获奖者致敬。
如今,越来越多的中国媒体和中国人关注诺贝尔,而要了解诺贝尔的历史,财新网的这张《百年诺奖》数据可视化动态图一目了然。而且在此专题出品一年后,细心地加上了2014诺贝尔奖的信息。可视化设计师任远说,这个专题会常年更新下去。
这个项目 从数据分 析——视觉 通道——视觉结构——视觉设计,经过多次迭代的方式,最终得到较满意的设计。跟着可视化设计师任远的思路,图解设计过程:
一、数据分析
在分析了诺贝尔的原始数据以后,决定以时间线为导向,分别展示各年份的数据:
(1)该年各奖项获奖比例;
(2)该年各国各奖项获奖比例;
(3)该年各国按获奖年龄分布的获奖人,获奖人的数据包含:照片,名字,英文名,性别,获奖年龄,国家,奖项类别。
为获奖人的属性分配可视化的“视觉通道”:
(1)获奖年龄:位置;
(2)国家:位置;
(3)奖项类别:颜色;
(4)其他的数据信息:边栏。
二、视觉结构设计
由获奖年龄、国家、奖项类别的视觉通道:位置、颜色,可以确定用散点图的结构会比较直观。由于国家的列表项有40多个,用横向和纵向的散点图会超出界面边界,所以把散点图折成了圆形来表现。半径表示获奖年龄,对应圆心的角度表示国家,颜色表示奖项类别。再加一层时间轴就构成了基本的数据图(见图1)。
可以看到用圆形表示散点图,越靠近圆心等分的面积越小,比较受限制,可读性和视觉效果也不佳。所以将圆形变成了环形的散点图(见图2)。
三、权衡视觉设计、交互设计、用户体验
这样一来,数据图不论是在视觉和可读性上,都有了提高。可是问题又出现了,时间轴放在最里面,用户操作起来很不方便。因为还需要一个可以精确点选到从1900-2013年的某一年的功能。于是在接下来的几天尝试了另外几种解决方案。
根据之前的数据图,拓扑出来了6个方案(见图3),但都有各自的优缺点,始终不能达到权衡视觉设计、交互设计、用户体验的最完美状态。最后选择了两个比较接近的设计,第一个和第五个。然后,加入“各国各奖项获奖比例”继续往下设计。
最终选择了“图4”中的第二个方案。
四、环形文字的可读性处理
前面的图中文字在环形排列时会有反转的情况,可读性不高。在尝试左右反转的方式后,最终又改为另一种方式:将环形用“X”分为上下左右4个部分,上下用竖排文字,左右用横排文字,文字的排列遵循从左到右和从上到下。这种方式很适合中文字体,因为中文字体基本上都是显方形的,在元素细节构图上会比较好看。如果是英文字体的话可能不太美观,英文字体大多为长方形,所以竖排的文字会显的扁一些(见图5)。
五、真实的数据往往会有“缺陷”
诺贝尔的数据在“1900”和“1940-1942”两个年份段有空缺,时间在变化的时候,数据图右侧会出现两次人物列表空白。而两个年代,第一次是在开始时间1900年,第二次是在二战期间19401942年。
为了画面元素平衡,开始时,使用诺贝尔头像和文字标题替代右侧的空白处;二战期间,用坦克和文字标题替代右侧的空白处;都用插画风格来表现,和左侧的环形数据图相应和。插画用少面积的蓝色填充,达到画面色彩平衡。
六、整体和局部展示
整个诺贝尔可视化的过程都是展示单个年份,没有一个整体呈现的过程。所以在一开始的时候加了一个整体概况分布。
多模态微波遥感器 太空演好戏
多模态微波遥感器是我国第一台实验性的微波遥感系统，也是神舟四号飞船有效载荷应用任务中的重头戏。
与可见光和红外遥感相比，微波遥感器有其独特的优越性，它不受云、雷、雨的限制，可以全天时、全天候工作，而且对土壤和植被具有一定的穿透能力。
三种微波遥感器即微波辐射计、雷达高度计和雷达散射计在这项研究中担任“主角”，在太空上演一出出好戏。
微波辐射计主要用于探测土壤温度、降水、大气水汽含量、积雪、土壤成分、海面温度；还可以得到植被生长情况，对农作物进行估产。
雷达高度计可获得海浪的有效波高、海洋环流等海洋动力学参数，对全球军事、自然灾害研究有十分重大的意义。
雷达散射计可以测量海面风速与风向，从而测到海面风场，可应用于海洋动力研究、海况预测及灾害监测等许多方面。
这项应用任务将为我国海洋卫星、气象卫星上的微波遥感有效载荷的研制，为全天候信息的获取打下坚实的基础。
看液滴在太空起舞
神舟四号飞船有效载荷实验中，首次在长时间稳定的微重力环境下进行空间微重力流体物理科学实验。这一实验如同在太空开一场别开生面的“舞会”。
在太空中，不同大小的液滴摆脱了地球引力、浮力的羁绊，像一个个自由的“舞者”；“舞场”经过精心的设计，是一个有连续温差的硅油液；“舞者”将经历从冷到热的变化，依靠因温差产生的界面张力，在“舞场”中翩翩起舞，跳出专业上称作热毛细迁移的独有太空“舞步”。研究人员将利用自行设计的仪器将每一个“舞者”的每一个“舞步”精确记录下来，并传输回地面进行研究。
中科院国家微重力实验室的研究人员介绍说，在未来的空间材料加工、晶体掺杂、空间焊接、电泳过程中以及航天员生保系统等都会遇到液滴或气泡的迁移问题。空间微重力流体物理实验将为寻找空间气体、液体排出或是定向移动的方法，提供相关的理论依据，建立基本的理论模型，解决太空生活的实际问题。
小白鼠娇生惯养
此次动物细胞的融合实验，采用的是小白鼠淋巴细胞和骨髓瘤细胞。据介绍，实验用的淋巴细胞是从纯种小白鼠的脾脏得到，这些纯种小白鼠，在饲养8周后，开始注入抗原进行免疫，三周为一周期，共注射四次抗体。这样，在小白鼠生长到17周到18周左右，在第三次注射抗原后5～7天内，从小白鼠尾静脉中取血，制备血清，血清中抗原达到一定量，就可以被用于细胞融合的解剖对象了。虽然这次实验只需要8只小白鼠，但为了完成这次实验，发射场的实验室内共有40只小白鼠等待献身，另外还有32只在上海备用。
在发射中心的新家，为保证它们的安全，发射场的战士们24小时为它们“站岗放哨”。
走进小白鼠生活的无菌实验室，马上会闻到一股怪怪的鱼腥味，令人不太习惯，但小白鼠的饲养条件格外讲究，它们生活在无菌环境中，所有笼子、笼具都经过消毒；它们的食物里富含各种维生素、矿物质等多种营养成分；它们在上海喝的是无菌水，在发射场喝的是农夫矿泉水。小白鼠自己也非常爱干净，它们会集中在笼子的一边排泄，让自己休息的另一边保持清洁，垫在笼子里的木屑也被它们拉到干净的一侧。令人惊讶的是，一只小白鼠的饲养费每个月只有5元。
据参试人员介绍，淋巴细胞可以产生抗体但不能繁殖，而骨髓瘤在体外可以无限繁殖，利用它们的各自优势进行细胞融合，将可以得到能够在体外产生单克隆抗体的杂交体，用以产生单克隆抗体。在地面，这两种细胞的地面融合率大约在10-4到10-5左右。神舟飞船在轨飞行时处于微重力的环境，进行细胞的融合，可以验证几年来进行的地基研究的结果，并力争在实验方法和技术上有所突破。
飞船高度精定位
天上飞行的飞船到底离我们有多远?为了配合多模态微波遥感器对地观测系统的实验，中国科学院首次进行了综合精密定轨实验，将在预定的定轨区域内的径向测量精度提高到2～3米，力争1米；这还将对国内低轨卫星轨道的精确测量工作起到促进作用。
这次的精密定轨实验主要采用三种方法进行，再结合动力学和几何学的方法，对观测资料进行处理，以精确确定飞船的运行轨道。
第一种方法是利用全球定位系统，测量仪器装在飞船内。这种方法可以实时获得飞船全球定位的观测数据，再经过进一步的计算，得出最终数据。
第二种方法是统一S波段测速测距系统，这是国际常规测轨手段之一，也是飞船上已有的手段。这种方法不受天气条件的影响，测速精度较高。
第三种方法是激光测距系统。科研人员在飞船的腹部装上激光反射镜，在飞船到达测控区内时，从地面发射出激光束，打到飞船的反射镜后反射回地面的接收设备，来测量飞船的在轨高度。这种方法在观测条件好的时候，可以获得厘米量级的测量精度，作为精密定轨的校验手段，来判断定轨结果的准确程度。
为载人派出“太空哨兵”
正如飞机的飞行安全会受到雷电、暴风、骤雨等大气天气条件的影响一样，飞船和航天员的运行安全也会受到太空中的“空间天气”的影响。
神舟四号飞船将国内现有的各种用于空间环境探测的仪器都纳入到空间环境监测系统中，装上了飞船，发挥其“太空哨兵”的作用，在飞船发射、运行、返回及留轨运行期间，进行实时空间环境监测，及时将“空间天气”情况通报给飞船控制管理人员，为未来载人打下基础。
空间环境的探测仪器包括安装在附加段的高能质子重离子探测器、高能电子探测器、低能粒子探测器；安装在返回舱的固体径迹探测器，以及在神舟二号和神舟三号上发挥过重要作用的大气密度探测器和大气成分探测器等。
植物苗倍受呵护
发射前夕，上海生命科学研究院植物生理生态研究所的科技人员，在发射基地的实验室里，按不同的时间段精心培育了8批次植物苗，这些植物苗分为两个品种。神舟四号飞船上用于植物融合的细胞就从它们之中提取。
为了养好这些植物苗，实验室中安装了电脑定时开关器，根据它们最适宜生长的湿度和温度，进行实时调控。
这些植物苗被栽培在专门的营养 土壤中，喝的是蒸馏水，经过六周的生长，就可以从中提取细胞了。植物苗分成两个品种，提取的一号细胞被去掉细胞壁，与二号细胞在空间融合。为使空间实验用细胞有更强的活力，直到发射前两天，才从其中的一批生长时间为6周的植物苗中提取细胞。
据参加该项目研究的科技人员介绍，之所以挑选这两种植物苗，是由于它们本身的细胞特征明显，并已经进行了大量深入的研究。从陆地的实验结果看，一号植物开的是粉花，二号植物开的是黄花，将两种植物细胞融合后，再生植株开出的是黄花，但形状却和一号植物相同。
由于细胞的密度是不同的，因此在地面上受重力影响细胞的融合是一个难题。在微重力条件下，重力的沉降现象消失了，从理论上讲细胞更容易组合。
融合后的细胞为细胞遗传物质的修饰提供了各种各样的可能性，尤其在生物制药上有更深远的意义。
电泳实验空间做
与细胞融合实验正好相反，在神舟四号上第一次进行的生物大分子和细胞的空间分离纯化实验，是将生物样品利用电泳的方法分离提纯。
神舟四号飞船发射前一周，“生物大分子和细胞的空间分离提纯化实验”进行了最后一次地面电泳实验研究。实验用生物样品与太空飞行使用的是同一批样品，经过电泳实验分离提纯后，在电场的作用下，细胞色素C分子与牛血红蛋白分子分离开，在透明的玻璃试管中分别呈现出淡黄色和淡粉色。
中国科学院上海生命科学研究院研究人员介绍，这次太空实验样品在太空连续分离时间设计为1小时。实验中，样品被分级收集并在太空中进行光电检测，检测仪器与陆地完全一致。
据介绍，电泳的基本原理就是离子在外加电场下的迁移现象。由于各种离子在同一电场中的迁移率不同，从而达到分离的目的。在陆地上进行的电泳实验，分子因重力影响而产生热扩散，使样品的分离效果大幅度降低。而在太空环境中的电泳实验，消除了重力的影响，样品的分离率大幅度提高。
上世纪80年代，美国、德国都做过不少空间电泳实验。NASA和麦道公司曾联合在航天飞机上进行过七八次空间电泳实验，结果表明，提纯纯度比地面高出5倍。用这种方法对一些高纯度的生物材料如氨基酸、多肽、蛋白质、核酸以及各种细胞的分离纯化，是生物医学和生物技术领域基础的应用技术。
我国首次在太空进行的电泳实验重在掌握空间电泳的基本技术和方法，主要目的是研究在微重力环境下有关电泳迁移率及各种影响因素而导致的动态过程稳定控制，分辨率控制以及空间制药分离纯化设备的设计技术等问题。
公用设备担重任
神舟四号有效载荷中的公用设备与神舟二号、神舟三号相比几乎完全一致，只是根据神舟四号飞船上不同有效载荷和不同需求作了局部的适应性修改。据介绍，由于有效载荷公用设备分系统是有效载荷的支持系统，承担了有效载荷供配电、数据管理和传输等极其重要的任务，因此公用设备是否正常工作将直接关系到有效载荷任务的成败。
在公用设备的系统设计中，对于主要数据通路和主要设备都采取双冗余备份，主设备万一出现故障，将进行系统重构，切换为备份设备工作，避免了单点失效，确保飞船上各项科学实验顺利进行。但从神舟二号和神舟三号在轨运行情况来看，公用设备具有很高的可靠性，主设备工作正常，到目前为止还从未使用备份设备工作。
公用设备分系统由有效载荷电源、数据管理、数据传输和微重力测量子系统组成，为有效载荷提供了多项服务。公用设备将飞船上分散的有效载荷连接起来，构成相对独立的有效载荷系统，为有效载荷供配电和提供二次电源，进行有效载荷数据采集、处理、存储和传输，指令分发，信息共享及运行管理，同时通过S波段高速数传信道将有效载荷的科学数据及工程参数由飞船传输到地面接收站。据参试人员介绍，早在设计神舟二号有效载荷的公用设备时，就充分考虑了公用设备既要尽可能地减少飞船系统技术状态的变化，又要适应各艘飞船有效载荷的变化。因此在公用设备的系统设计中采用了多项先进的国际标准。并首次在国内航天器上采用了先进的CCSDS高级在轨系统数据标准，并研制成功实现CCSDS标准的关键——高速多路复接器。高速多路复接器运用虚拟信道和分包遥测的概念，将各种不同速率、不同应用过程、不同性质的数据异步复接为符合CCSDS标准的串行位流数据通过S波段发射机传输下行。
公用设备中的固态大容量存储器用于存储和回放多模态微波遥感和GPS的数据。该设备实现了RS纠错编码、存储失效检测和旁路功能，具有很高的可靠性。公用设备采用QPSK调制方式的S波段发射机传输有效载荷的高速数据。
在上一个星期，我们用数据库做了一个学生管理系统，分别实现了学生管理系统的添加学生信息、删除学生信息、修改学生信息退出等几大功能。
在这次项目中，我们都很用心去做，但是，在项目中也出现了很多的问题，最大的问题就是对编程软件的不了解，在实现与数据库的连接时经常会出现各种不同的错误，在实现一些功能时系统常常会报错。
在这一个星期的课程设计中，我们回顾了很多以前的东西，也发现了很多的问题，以前都没遇见过的，收获很大，在对不同的功能代码是不一定可以完整的执行的，不过大概都是一样的，只有一些小的细节。设计过程中我也遇到了一些问题，再向其他同学请教的过程中我收获了很多（1）操作视图查询，编写代码时发现，一个表中的主键必须是另一个表的外键时才可以对另一个表进行引用
（2）在设计表时应注意使用正确的字段类型。（3）在建表语句中，如果这个表的主键是多个属性的组合主键，则必须作为表级完整性进行定义。看着自己做的系统，自己就会又欣慰又难过，欣慰的是自己终于把它做出来了，而且，做的还好，难过的是自己知道还有很多的不足，但是，由于认识的有限，无法去完善，才知道“书到用时方恨少”！
此次学生管理系统的设计让我们对数据库的了解更深入，可以把它同实际相结合，同时，又让我们学会了一个新的应用软件。在整个设计过程中，通过怎样对把各个管理信息连接起来的分析，锻炼了我们对事情的分析能力，通过怎样解决过程中出现的问题，提高了我们查找文献的能力、对网络资源的利用能力和和其他同学的交流沟通能力。而且，经历这次的课程设计，我们也学会了自学和分工协作。
我们觉得每一次的课程设计，都是让我们对原有的知识从了解表面到深入本质，从个体学习到整体把握的跳跃，对新知识的汲取，更是让我们把课本的知识应用到实际中，让我们了解了我们的学习有什么用，能够解决什么样的问题，增加我们的自信和学习的动力。
空间数据库网格体系构造研究
本文基于笔者多年从事地理信息系统的相关研究,以空间数据库为研究对象,深度探讨了网格空间数据库的体系架构,文章首先时空间数据网格产生的`背景进行了简要的阐述,向后分析了网格系统体系结构的组成,最后笔者结合空间数据库的特点,重点探讨了网格空间数据库系统的构建,全文既是笔者长期工作实践的技术总结,同时也是在实践基础上的理论升华成果,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义.
作 者：王斌 作者单位：四川大学,四川成都,610065刊 名：科技资讯英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(9)分类号：P2关键词：空间数据库 网格 体系
本文主要基于AreSDE技术的特点和优势,提出了AreSDE9.2结合SQL Server的寿光蔬菜空间数据库建设和管理方案,并详细阐述了建库的前期准备工作,建库的`相关步骤,分析了基于ArcSDE中间件数据库的优势.同时,利用ArcGIS Server9.2来搭建系统的前台,从而实现完整的寿光蔬菜管理平台.
作 者：罗艺 聂宜民 刘思聪 LUO Yi NIE Yi-min LIU Si-cong 作者单位：罗艺,聂宜民,LUO Yi,NIE Yi-min(山东农业大学,资源与环境学院,山东,泰安,271018)
刘思聪,LIU Si-cong(浙江工业大学,信息工程学院,浙江,杭州,310014)
刊 名：农业网络信息 英文刊名：AGRICULTURE NETWORK INFORMATION 年，卷(期)： “”(2) 分类号：S126 关键词：ArcSDE9.2 空间数据库 SQL Server2005 AreGIS Server 寿光蔬菜
关键词：智慧矿山,空间数据库,空间数据基准,空间数据分类编码标准,元数据标准
0 引言
我国矿山信息化建设经过30年发展, 在相关技术、理论等领域已经取得了一些进展, 但信息技术的应用多停留在管理方面, 数据资源共享困难。目前, 矿山信息化建设主要面临着空间数据资源不足、“信息孤岛”现象严重等问题。智慧矿山的建设是一个长期的过程, 就目前我国矿山智能化水平而言, 智慧矿山正处于初级建设阶段[1], 即建立矿山空间数据库阶段。现阶段的主要任务是在统一的时空数据框架下, 全面收集、整理我国矿山基础地质、测绘数据和生产数据, 集中存储, 并按统一的分类编码标准进行数据组织、管理, 形成智慧矿山的“血液”, 为下一步构建智慧矿山基础平台, 进而实现智慧矿山可视化系统提供保障。我国许多学者对数字矿山建设[2,3,4]、矿山管理信息系统[5,6,7,8]及矿山空间数据库[9,10,11]建设进行了探讨。其中涉及矿山空间数据库建设等方面的研究主要有毛善君等[8]阐述了基于ODBC开发矿山数据库管理系统的原理;张申等[9]提出建立数字矿山数据仓库平台的重要性, 并对数据仓库软硬件的建设方案进行了阐述;孔凡敏等[6]开发了基于Oracle数据库的数字矿山管理信息系统, 并对矿山数据表进行了详细设计和研究;南燕明等[7]设计并实现了基于混合模式的矿山测量数据库系统;刘馨蕊等[10]在分析了金属矿山信息特征基础上构建了基于金属矿山的生产数据库;徐世聪等[11]对空间数据模型、数据表、数据字典等方面进行了设计, 并建立了数字矿山空间数据库。这些学者在矿山空间数据库的软硬件平台、空间数据库建库方法、空间数据表的设计方法、空间数据模型的设计等方面为我国智慧矿山的发展奠定了良好的基础。但鉴于我国目前还没有矿山空间数据标准、格式转换标准、元数据标准等的支撑, 多数研究还是基于具体矿山的, 缺少普遍性和实用性。针对以上问题, 本文在深入研究矿山空间数据的特征、矿山空间数据库建库方式的基础上建设矿山空间数据框架, 为我国智慧矿山空间数据库的建设提供参考。
由于不同矿山企业提供的数据内容、数据格式和数据质量千差万别, 因而给空间数据库的建立带来了极大困难, 严重地阻碍了数据在各部门和各软件系统中的流动与共享。为了建立矿山空间数据库进而进行信息共享, 就要按照矿山空间数据的相关标准和规则, 建立最基础、最具有权威性的矿山空间数据资源, 即矿山空间数据框架。矿山空间数据框架是智慧矿山建设的核心内容, 是智慧矿山的支撑平台, 它为智慧矿山提供空间数据基础设施。没有矿山空间数据框架, 任何智慧矿山的建设都无从谈起。智慧矿山空间数据框架就是在统一的地理信息平台上对矿山数据进行统一规划和管理, 实现资源共享, 避免重复投资和资源浪费, 使矿山各部门和企业突破地理空间的限制, 紧密结合在一起, 提高矿山企业管理水平和工作效率。智慧矿山空间数据框架的建设对提升矿山的信息化水平、增强企业的综合实力起着至关重要的作用。
1 矿山空间数据的组成和特征
根据矿山空间数据的生产周期、成本和数据质量的特点分析矿山企业组织机构, 梳理业务流程, 进行需求分析, 确定矿山空间数据的内容、形式和尺度[12], 只有这样才能使矿山空间数据框架的建设真正起到应有的作用。矿山空间数据的建设应遵循相应的国家标准、矿山行业标准和地方标准。一般而言, 矿山空间数据由矿山基础数据、矿山主题数据和元数据组成。
矿山具有空间广泛、动态变化等特征, 矿山信息量巨大, 数据源类型多样, 包括地质、采矿、测绘、生产、建设、机器设备、人员、财务等多方面数据。数据类型包括影像、图形、文字、表格等静态数据源和矿山开采过程中不断增加的动态数据。这就造成了矿山数据除具备一般数据的客观性、普遍性、多样性、复杂性、可复制和共享性之外, 还具有矿山本身的基础性、综合性、系统性、三维空间特性、动态性、不确定性和随机性、现势性和滞后性等特征[13]。
2 智慧矿山空间数据库建设模式
智慧矿山空间数据库的建设存在很多模式, 参考借鉴现有“智慧城市”和“数字矿山”建设模式, 设计智慧矿山建设模式。根据智慧矿山建设所需空间数据基础设施与各矿山系统之间的关系, 智慧矿山空间数据库建设模式有自底向上模式、自顶向下模式[1]和云服务模式[14]。无论智慧矿山空间数据库建设采用哪一种模式, 最终目标是实现绿色矿山、无人矿山。
2.1 自底向上模式
自底向上模式是指各个矿山企业先进行数据收集、整理和矿山空间数据库的建设, 进而自下而上推动智慧矿山建设, 如图1所示。这种模式是以各矿山企业、部门的各自需求为出发点, 随时更新数据, 保证数据的实时性和一致性。但是由于目前没有统一的智慧矿山空间数据标准等原因, 智慧矿山难以实现有效的资源共享与集成。
2.2 自顶向下模式
自顶向下模式是指以一个统一的空间地理框架为基础开展数据共享平台建设, 各个矿山都可以在这个共享平台上增加各类矿山主题信息, 如图2所示。这个空间数据共享平台具有统一的空间数据基准、内容基准、格式转换标准和元数据标准, 各部门在这个智慧矿山信息共享平台上进行空间数据库建设, 最后进行系统应用。自顶向下的矿山空间数据库建设模式首先需要建立国家统一的矿山数据基准, 在此基础上才能建立各部门矿山空间数据库。
2.3 云服务模式
云服务模式是一种基于云计算的网络服务模式, 以云服务为核心的智慧矿山空间数据建设模式, 如图3所示。智慧矿山是面向应用和服务的, 充分利用网络上的计算资源, 提供云服务 (资源、数据、应用) 给各矿山企业用户[15,16,17]。云服务模式能够动态添加应用系统, 不断满足智慧矿山建设的新需求。
3 矿山空间数据框架构建
智慧矿山空间数据框架是指在同一区域内抽象和定义的、使用频率最高、最基础、最具有权威性的矿山空间数据资源[18]。框架为各类矿山增加自己的数据内容、编辑其他数据集提供了模板。矿山空间数据框架是智慧矿山建设的核心任务之一, 其中首要任务是建设矿山空间数据标准, 重点在于建设数据标准之上的智慧矿山空间数据库。智慧矿山空间数据库建设流程如图4所示。
3.1 矿山空间数据基准建设
矿山空间数据标准是智慧矿山空间数据框架建设的基础工作。目前, 我国还没有统一的矿山行业空间数据标准, 直接影响和制约着智慧矿山建设的实施和进展。智慧矿山空间数据标准应该参考已有的国际、国家标准和行业标准[19]。矿山空间数据标准主要包括统一的空间数据基准、空间数据分类编码标准、元数据标准等。
3.1.1 统一的空间数据基准
矿山空间数据基准是空间数据框架的骨架, 是基础的基础。智慧矿山空间数据基准包括大地平面基准、高程基准和矿山三维动态基准。
大地平面基准和高程基准建设的目标是建立与国家和省统一的地心的、三维的、高精度的动态基准, 为矿山提供空间定位服务, 实现多源地理信息数据的无缝连接和集成, 保证矿山空间数据坐标的一致性和可转换性。随着国家新一代地心、三维、动态大地测量基准的规划和建立, 智慧矿山空间数据基准也朝着三维、动态方向发展, 取代平高分离的、静态的传统控制基准。
3.1.2 空间数据分类编码标准
矿山空间信息涉及领域众多, 数据类型多样, 内容丰富。面对如此海量的信息, 只有将矿山空间信息按照一定的规则进行分类编码, 才能对它们进行存储、管理、检索、分析、交换和共享。因此, 智慧矿山空间数据的分类与编码是建设智慧矿山空间数据库的前提, 是智慧矿山健康发展的保障。矿山信息空间数据分类编码包括信息分类和信息编码2个阶段, 信息分类是将不同属性和特征的矿业信息分开, 是编码的基础;信息编码是将信息分类的结果用一种易于被人和计算机识别的符号体系表现出来的过程。分类编码应遵循科学性、系统性、实用性、统一性、灵活性、完整性和扩展性等原则, 既要考虑数据本身的属性又要考虑数据之间的联系, 保证分类代码的稳定性和唯一性。矿山空间数据分类编码以矿山空间数据分类为基础, 针对图形信息、矿图符号、空间信息分别进行编码。
针对矿山空间数据的编码由4组共20位的数字或字母组成[20], 为了提高分类和编码的可读性, 可以用“·”分割每个组, 如图5所示。
例如:01·010203·00245789·0901表示为01 (地理测量数据) , 01 (遥感数据) , 02 (栅格数据) , 03 (多边形数据) , 00245789 (平面数据) , 0901 (时间数据) 。
3.1.3 元数据标准
矿山地理信息元数据应该是关于矿山地理信息数据的数据 (the Data About Mine Data) , 即描述矿山数据的内容、数据质量、数据结构、特征等信息, 也可称为矿山地理信息数据的描述性数据或解释数据[21]。为了存储、管理和应用海量的矿山数据资源, 矿山地理信息元数据的研究在智慧矿山建设中是迫切需要的。矿山地理信息元数据不仅能够描述矿山数据, 还可以规范矿山数据结构。目前国内外尚未制定出相应的矿山行业元数据标准, 因此, 开展矿山地理信息元数据标准研究, 建立矿山地理信息元数据库, 为矿山相关部门和领域的科学研究提供数据支持和信息共享是非常紧迫的工作。
3.2 矿山空间数据库建设
矿山空间数据库建设是矿山空间数据框架建设的核心内容, 包括矿山基础数据库和矿山主题数据库的建设, 还涉及对这2种数据库进行描述的元数据库的建设 (图6) 。矿山空间数据库的建设应采用统一的坐标系统、统一的存储格式及命名规则, 使用合理的数据分类编码标准, 保证元数据的质量, 实现元数据库与矿山空间数据库之间的连接, 并保持数据库的现势性。矿山空间数据库的数据组织应遵循先进性与实用性相结合、规范性与兼容性相结合、安全性与可维护性相结合、集中管理与分散管理相结合的原则, 兼容矢量数据、栅格数据、多媒体数据等多源数据格式。它们是智慧矿山空间数据框架建设的核心和主要任务。
3.2.1 矿山基础数据库
矿山基础信息是矿山最基本的地质、地理、测绘信息, 反映矿山的基本地貌和形态。矿山基础信息数据源包括地形图、地貌图、测量图、地籍图等, 具有时空特性、精确性和基础性等特点。矿山基础数据主要分为矿山地质数据和矿山测量数据。
(1) 矿山地质数据库。矿山地质数据反映矿山各种地质体在不断运动和演变过程中的形态和属性特征, 所涵盖的信息量巨大, 随着矿山开采和生产, 数据量也将不断增加, 数据更新频繁。根据矿山地质数据的特点和矿山实际建设情况, 矿山地质数据库主要包括以下9类信息 (表1) :地形地貌信息、矿区地质信息、矿产资源信息、矿山工程信息、矿区地质灾害信息、勘探信息、矿产资源储量信息、工程设计信息、矿山成果信息。数据结构信息见表2 (以地层信息为例) 。
(2) 矿山测量数据库。矿山测量数据是在矿山勘查、设计、建设、生产和经营各阶段, 通过水准仪、经纬仪、全站仪、三维激光扫描仪、摄影测量等手段获得的矿区地面和地下的空间信息。原始测量数据主要包括区域地形图、平面图、采掘工程图、巷道平面图等图形资料以及文档数据和表格数据, 经过数字化、编辑、整理, 形成矿山测量数据库。矿山测量数据库包括地测站信息库、基础数据库、台账资料库、测量安全库、测量图纸资料库。其中基础数据库包括导线测量、水准测量、巷道剖面、综采面、贯通数据、陀螺定向数据等。
3.2.2 矿山主题数据库
矿山主题数据库分别针对矿产资源开发过程中各流程的主题信息, 可根据矿山建设的实际需要随时进行扩展。根据目前收集到的矿产资源开发数据, 设计矿山主题数据库主要包括以下几部分的内容:采掘数据库、生产数据库、运输数据库、设备数据库、人员数据库、机电数据库、开采计划数据库和安全监测数据库。它们可以在矿山生产过程中, 由相关部门通过采集、整理、数字化分别建库, 为矿山开采应用提供实时数据和服务。
3.2.3 元数据库
由于矿山行业的数据种类多, 数据量大, 所以制定矿山地理信息元数据标准就需要在完成需求分析之后对收集到的各数据集进行详细分析、细化再进行综合。首先, 根据矿山地理信息元数据标准的功能和内容进行需求分析, 收集各种类型和格式的数据, 元数据也随之产生;其次, 在考虑矿山数据涉及的所有学科基础上对这些元数据的内容进行合并、修改和调整;最终结合国内外各类元数据标准形成矿山行业的地理信息元数据标准。矿山地理信息元数据主要包括7个部分内容:元数据信息、标志信息、数据质量信息、空间参照信息、数据集内容信息、分发信息、负责单位联系信息。
4 结语
关键词：土地规划；空间数据质量；质量问题修复；多边形
规划空间数据质量存在问题，将影响国土部门对它的应用。土地规划数据建库过程中会产生大量的碎片多边形，形成大量的多边形拓扑错误，进而导致数据的不准确性、不一致性、不确定性等质量问题，在数据成果质量检查阶段采取行之有效的措施进行质量检查发现错误并对错误进行修复是保证规划空间数据库质量的重要手段。
1 土地规划数据库特点
土地规划数据成果内容丰富，包含空间数据（矢量数据和栅格图形数据）、规划表格、规划文本及元数据等。土地规划数据库除具有一般GIS数据库的时间特征、空间特征、属性（非结构化）特征外，还包括面向规划、共享性、一致性三个最显著特征。土地规划数据库是面向规划的，数据库中数据内容受土地利用规划业务规则的严格约束，如各规划要素的面积需满足各类规划指标的调控要求，土地规划用途空间布局满足规划要求的对应关系，市、县、乡级规划数据库在内容和空间上能够有效衔接；土地规划空间数据库具有数据共享性，土地规划空间数据库要能够与其他平台进行资源整合和共享，如“金土工程”、 “一张图”工程等；规划数据库的一致性主要指规划成果之间的一致性。
规划数据库的特点决定了规划数据库质量控制的难度。对规划数据库的质量控制一般包括建库过程质量控制和质量检查质量控制。根据质量检查结果，对质量问题的修复，是规划数据库质量控制的关键。只有当质量问题修复工作完成，并顺利通过规划空间数据库质量检查，才能说规划空间数据库的质量控制取得了成功。
2 数据质量问题分析及修复流程
土地规划空间数据质量问题类型多，涉及的对象多，关系复杂。正确合理分析引起错误的源，理清各质量问题之间的关系是质量修复的前提。规划空间数据库的某些图层，存在着基础图层与衍生图层的数据继承关系，基础图层的有些质量问题会传递到衍生图层中，转化为新的不同类型的质量问题。如土地规划用途区的行政范围和属性信息，影响其他规划要素类的布局范围、属性中行政区代码取值等；目标年规划要素的数据，是以基期现状要素为基础形成的，其布局规则，受基期现状要素的约束。此外，数据完整性质量问题，引起数据准确性、数据一致性质量问题；空间位置方面的质量问题，引起图属一致性问题，如多边形图层重复、重叠、缝隙质量问题，必然会导致属性一致性和图属一致性质量问题。
对于某项质量问题的修复，不仅牵涉到存在质量问题的对象，还会关联到与之相关的其他对象，甚至引起其他质量问题。如对土地规划用途区内图斑重叠问题的修复会影响到基本农田保护区与土地用途区的一致性；其次规划数据质量元素之间存在关联，空间图形数据的修复会影响到图属一致性及规划成果间一致性，如对建设用地管制区图层内缝隙的修复会导致图属不一致，应先修复图形空间问题，再修复属性问题；最重要的一点是规划空间数据库基于土地规划编制的，对其质量问题的修复，不能违背土地规划编制要求，要紧扣规划主题，以土地规划规则为基本原则修复空间关系。
3 数据质量修复关键技术
3.1 碎片多边形修复
建库过程中的叠加、分割、合并等空间处理过程，极易导致图斑产生数量众多的碎片多边形。这些碎片多边形面积细碎，严重影响数据库的进一步分析使用。碎片多边形修复主要将面积小于用户给定阈值400m2的小图斑删除、归并等数据综合操作，删除操作主要针对超出行政区边界的碎片多边形。数据归并应考虑空间上的几何邻近、专题属性上的语义相近、权属一致性，还应考虑规划内容规则约束，要将这四方面因素结合起来综合处理。空间上的几何邻近通过图斑的拓扑邻近共享边长来定义，专题属性上的语义邻近度，在土地规划用途分类二级分类中，与耕地语义邻近程度从高到低排序为园地、林地、草地、其他农用地、城乡建设用地、交通水利用地、其他建设用地；在三级分类中，水田在语义上邻近程度从高到低为水浇地、旱地。权属一致性规则，是指碎片多边形与要合并的面要素应属于同一行政区，因此在碎片多边形处理前，应保证要素权属单位信息准确，无跨行政区的要素；规划内容约束是指要严格控制规划建设用地规模、保证耕地保有量。
在实际操作中，首先通过权属和规划内容设定不能合并的图斑，优先合并语义相近图斑再合并几何邻近图斑。采用 Python 脚本语言编写基于 ArcObject 组件的合并碎多边形的工具处理自动合并的碎片多边形，再用人机交互方法合并权属和规划内容限定不能合并的图斑。
3.2 典型多边形拓扑错误修复
土地规划数据库建库过程中不可避免地会产生大量拓扑错误，常见的多边形拓扑错误有多边形自相交、多边形重叠、多边形间存在缝隙，这些错误主要存在于土地规划用途区、土地规划地类、规划基本农田保护区、建设用地管制区图层中。对于多边形拓扑错误的修复仍要以规划规则约束为中心，多边形拓扑错误修复会引起面积、权属等属性的改变，进而影响上下级指标一致性、空间数据与非空间数据的一致性等。多边形自相交，可直接将凸出的部分擦除，凹进的部分合并。多边形重叠处理之前，应保证其行政区代码属性准确，首先计算重叠部分的面积，重叠部分的面积小于最小图斑面积的，将相互重叠多边形中面积较大的多边形对面积较小的多边形进行擦除；重叠部分的面积大于最小上图面积的，进行人机交互处理。层内多边形存在缝隙，首先用该多边形擦除行政区图层，将结果图层更新到该多边形图层中，然后根据面积判定规则进行缝隙的处理。面积小于最小上图面积的缝隙视为碎片多边形，按碎片多边形的处理方法进行综合；面积大于最小上图面积的缝隙，进行人机交互处理。
4 结束语
本文基于土地规划业务规则，在分析规划数据库特点的基础上，对规划数据质量问题来源及数据库修复流程进行分析，探讨了碎片多边形修复技术及典型多边形拓扑错误修复技术，利用ArcGIS强大的空间分析功能及灵活的组件开发功能，高效地处理规划空间数据多边形质量问题。该技术应用在望城区、邵东县、海南省文昌市等土地规划建库工作中，取得了良好的效果。
参考文献：
[1] 张浩. 土地利用总体规划空间数据库质量控制方法研究[D]. 南京大学，2012.
[2]TD/T 1027-2010，乡（镇）土地利用总体规划数据库标准[S] 国土资源部.
[3]陈键. GIS环境下基于知识规则的土地利用数据制图综合研究[D].中国农业大学，2003.
需求前提：数据每年变化1～2次，软件预计生命周期50年
实践环境：Oracle Spatial
术语表：时空对象，快照
时空对象：一个地理目标从诞生到消亡所经历的空间和时间范围及其属性信息，这是一个为处理时空数据方便而抽象出来的概念，相当于全信息模型中的全信息对象。为了理解时空对象，我们以二维地物为例。二维地物在二维空间中占据一定的空间范围，表现为一个二维几何体，也就是它的几何属性。如果再增加一条时间轴，成为（x，y，t）坐标系，并认为任何的空间对象都有诞生和消亡，则这个二维地物就在（x，y，t）坐标系中占据了一定的三维空间。我们就把二维地物从诞生到消亡这一时间段所占据的空间－时间范围称之为“时空对象”。同理，也可以将时空对象扩展为三维的空间对象在时间维度上的延续，也就是四维对象。时空对象的属性信息是一张二维表。
快照：一个地理目标在某一特定时刻所占据的空间范围及其属性信息，或者说：时空对象在某一特定的时刻所占据的空间范围及其相应的属性信息。举例来说，地图上绘制了一个饭店的位置，大小，这就是饭店的一个快照。因为饭店是从某一时刻才诞生的，又会在某一时刻消亡，而在诞生和消亡之间，还可能会搬迁或扩建。所以地图上反映的仅仅是饭店在某一时刻的状态，所以称之为饭店在某一时刻的快照或时空对象在某一特定时刻的快照。注意，快照总是对应于某一特定的时刻，否则将失去快照的意义。快照的属性信息是时空对象属性信息表中的一条记录。
设计方向：
以时空对象的概念组织空间数据和属性数据，使得对地物变迁历史的查询和分析成为可能。
对应用层屏蔽历史数据的处理过程，将历史数据的处理当作数据库模块的功能之一。
技术要点：
1、 Oracle包变量的会话独立性
2、 动态视图技术（基于函数的视图）
图形解说：
时间
空间
对象诞生时间
观察方向
当前观察时间
对象消亡时间
快照3
快照2
快照1
时空对象（对象一）
对象三
对象二
从以上示意图中可以清晰地看出，每一个时空对象都是由多个快照记录所描述的。观察者的每一次观察都是基于一个特定的观察时间的。例如，图示中的观察者应该看到对象一的快照2和对象三的快照2，而无法看到对象二和对象一、三的其他快照记录。看不到对象二是因为在此观察时间之前，对象二已经消亡。看不到对象一的快照1是因为对象一有更新的观察数据快照2可以更好地近似反映对象二在当前观察时间所处的状态。
数据表：数据表的设计基于以上概念
对象表
Obj_id
NUMBER
时空对象标识号
Start_time
DATE
对象诞生时间
End_time
DATE
对象消亡时间
Obj_Attr
VARCHAR2(100)
对象属性数据
会因时间的流逝而发生变化的属性信息。
快照记录表
Obj_id
NUMBER
时空对象标识号
Snap_id
NUMBER
快照数据的唯一序号
Snap_time
DATE
快照时间
Snap_end
DATE
快照结束时间
属于同一时空对象的最近的下一条快照的快照时间，
设置此列的目的是为了查询方便。
Geom.
MDSYS.SDO_GEOMETRY
快照几何数据
Attr
VARCHAR2(100)
快照属性数据
会因时间的流逝而发生变化的属性信息。
存储过程：
利用Oracle中包变量的会话独立性，在包中建立以下几个基本的存储过程：设置当前观察时间，获取当前观察时间，利用当前观察时间和传入的Snap_time，Snap_end参数判断快照记录是否可见（Snap_Filter）。
视图：建立在快照记录表上的视图，基于存储函数Snap_Filter实现对表中记录的筛选。传入参数为：Snap_time,Snap_End.，返回值为此快照是否可见。
SELECT Obj_id, Snap_time, Geom, Attr
FROM 快照记录表
WHERE Snap_Filter(Snap_time, Snap_end) >0;
Obj_id
NUMBER
时空对象标识号
Snap_time
DATE
快照时间
Geom.
MDSYS.SDO_GEOMETRY
快照几何数据
Attr
VARCHAR2(100)
快照属性数据
触发器：
视图上的触发器，使应用层用户可以在视图中插入，修改，删除数据。
要点： 1、维护表中数据时要避免出现时间悖论，造成时间逻辑混乱。
2、快照记录表中的Snap_end列的维护稍微麻烦一些，应小心谨慎。
扩展与变化：
1、 支持多种观察模式。
为了查询功能的灵活性，可以增加几个扩展功能的存储过程：设置当前的观察模式，获取当前的观察模式，重写Snap_Filter函数以支持多种观察模式。
例如：
【对象历史追溯模式】此时当前观察时间这一参数失效，Snap_Filter的行为发生变化，视图中看到的是某一（或某几个）指定对象的所有快照。这种模式便于对单个对象的整个历史变迁过程加以追踪。
【时间段观察模式】此时需要设置的观察时间不是一个时间点，而是一个时间段。Snap_Filter的返回值也有了更丰富的含义，可以用不同的数字（例如：1，2，4）表示某一快照记录在当前时间段开始，结尾，中间的可见性。这种模式可以用于需要对两个不同时间点的数据进行比较的场合。
2、 增加对象关系表以描述时空对象之间的联系
时空对象之间可能会有各种各样的联系，例如：变化，融合，分裂等。可通过以下表格加以描述。
时空对象关系表
Obj_1
NUMBER
时空对象标识号
Obj_2
NUMBER
时空对象标识号
Relation_type
NUMBER
关系类型
使用方法：
如果是查询最新信息，即观察时间为系统当前时间，则直接访问视图即可。
文中首先分析了对数据库进行时态扩展的方法,然后特别探讨了将经典的面向整个数据集的连续快照模型拓展到对单个地理实体设立快照,从而提出对空间数据库进行时态扩展的方法,并基于Oracle Spatial进行了初步的实现,达到了通过一些简单的扩展支持基本的时态GIS功能的`效果.
作 者：杨绍银 陈轮 负建明 作者单位：杨绍银(黑龙江第三测绘工程院,黑龙江,哈尔滨,150081)陈轮(福建省测绘院,福建,福州,350011)
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