空间数据库建库规范

Ⅰ 空间数据库建库工作程序

1.空间坐标系统

坐标系统：采用1954北京坐标系，高斯-克吕格投影度带投影，带号15，中央经线85°30′，单位为m。

高程基准：采用1956黄海高程系。

2.建库工作程序

在实际操作过程中，采用的建库流程参考国家数字地质图建库标准，结合西天山地区1：25万地质图图幅要素的实际情况，创建GeoDatabase数据库，构建各要素集和要素类，数据库结构如图4-3所示。在矢量化过程中，采用以线性地质要素（断层，地质界线，岩性边界等）矢量为起点，以线跟踪，线拷贝为中心，最后以线转面（Feature to Poly-gon）的方法生成各面类地质图层，然后对临时面文件按各地质要素进行分类，导入各图幅的标准地质数据库中，再进行属性数据的录入。

在建库过程中，第一步，对扫描地质图进行几何校正。第二步，在ArcGIS Catalog平台上，按照前文讨论的各地质要素数据集，各地质要素字段创建数据库表结构。在统一的建库标准下建立完整的西天山地区地质图数据结构。每一幅地质图形成一个单独的地质数据库（GeoDatabase），每个库包含相同的数据结构和字段类型，每一个属性表形成一个图层，存放对应的地质几何要素；并在各自的数据库下增加临时线文件、临时面文件，用来保存第一步线形矢量化后未分类的图形数据。

在矢量化过程中，我们首先对断层要素进行矢量，因为断层线性平滑，多数断层是地层岩性的公共边界。断层矢量完成后紧接着对所有岩性边界进行矢量，包括沉积岩地层、侵入岩地层和变质岩地层边界，岩性边界数据存入临时线文件，是一个单独的线要素图层，在矢量时，如果断层恰好是岩性边界的界线或公共边，这时，为保证几何图形拓扑一致性，我们采用 “线跟踪” 或 “线拷贝” 的方法将公共边界的断层线直接拷贝至 “临时线” 图层。凡是作为公共边界的线，我们都采用同样的方法进行矢量，比如 “地质界线”图层与其他面状要素的公共边界等。

完成各岩性界线的矢量后，检查若没有遗漏，利用ArcGIS空间分析模块的 “线转面”（Feature to Polygon）工具，将临时线文件转换为临时面文件，设定闭合容差为10m。转换完成后按照沉积（火山）岩、侵入岩、岩墙进行面状要素的分类，逐一导入各自相对应的单独的图层中。对于脉岩（面）要素、火山机构和矿点（点）要素基本很少与其他图层共用边界，因此，直接对这些要素单独进行矢量便可。最后进行图形的质量检查，包括划分岩性类别检查，几何拓扑检查，检查无误且没有遗漏后，导入标准库中。这样基本完成了一幅扫描地质图各类地质要素的图形矢量工作，下一步，主要参考图例、柱状图和地质图说明书进行属性录入，如流程图4-3所示。最后，检查属性数据的录入完整无误后，便可进行下一图幅的矢量工作。

对于化探和航磁的数据处理可以采用多种方式，本次研究中主要采用克里金插值和主成分分析对化探、航磁数据进行处理，并结合地质矿产图说明书相关内容将化探、航磁数据与致矿有关的信息存入空间数据库中。上述数据的生产均在ArcGIS平台上完成。

3.空间数据库内容

本次资源潜力评价空间数据库包含五个要素数据集，15个要素类以及至少6个栅格数据。

地理要素数据集：使用国家基础地理信息中心的1：25万地形数据库中的水系、政区、居民地和交通要素类四个要素类。

基础地质要素数据集：包括1：25万区域地层、侵入岩、火山岩、变质岩、构造分区、断层、矿产7个要素类。其中，资源潜力评价预测底图数据由地层和侵入体所定义的构造相单元属性通过数据融合直接生成，各要素类中所包含的属性内容及相应的数据类型应和区域成矿模型及资源评价所需要素保持一致，实现模型要求与信息的对称，各属性编码参考 《全国矿产资源潜力评价数据模型数据项下属词规定分册》。

物化探要素数据集：包括1：5万航磁要素类、1：5万地面磁法要素类、1：20万区域化探要素类、1：5万区域化探要素类四个要素类。

物化探栅格数据集：主要存储由物化探要素类通过克里金插值转换而来的栅格数据以及在空间分析过程中产生的栅格数据。

遥感栅格数据集：主要用于存储研究区ETM＋卫星数据，是近年来在地质矿产应用特别是填图和蚀变信息提取占据主流地位的遥感数据源。

4.数据库质量控制

空间数据库在数据完整性、逻辑一致性、位置精度、属性精度、接缝精度均要求符合中国地质调查局制定的有关技术规定和标准的要求。

Ⅱ 空间数据库建立

在遥感图像处理系统空间数据库的建立过程中，由于我们的大部分资料来源于现有的地图，因而以地图的数据处理，采用扫描矢量化的数字化手段进行数据录入，各种地图处理，数据入库工作流程可分为预处理、图形扫描数字化、图层数据建立拓扑关系、建属性数据库、图层矢量数据与属性数据联接、投影转换、图幅拼接、图面整饰、数据入库九个阶段。如图7-9所示。

图7-9 数据采集工作流程图

（1）图形预处理

资源信息是多源和多尺度的。毫无疑问，对这些资料的初步整理是数字化工作进程的重要一环。

本系统将采用统一的坐标系统，坐标系为1980西安坐标系，高程系为1985国家高程基准。所有的图形数据均应该转换到此坐标系。

（2）图形扫描数字化

在地图数据采集过程中，由于地图原图质量、内容、比例尺和扫描过程中的种种因素，根据纸介质地图的图形要素和彩色特征提取的分层图仍会带有各种噪声以及不需要的其他一些信息，为了获得正确的、干净的数据，在数字化之前，要进行二值化、去脏、光滑、断线修补、细化处理等预处理步骤。

（3）图层数据建立拓扑关系与图形编辑

矢量化后的各图层，利用ArcGIS软件提供的功能建立拓扑关系，在建拓扑关系时会发现图形数据错误，要进行编辑、修改，再重新建立拓扑关系，这一过程可能做多次，直到数据正确为止。

（4）建属性数据库

按已采集的属性数据表，和标准规定格式，利用通用的数据库管理软件建立分层数据库，文字型数据要按标准代码录入。

（5）图层矢量数据与属性数据联接

按图元编码（用户ID）将矢量数据与属性数据联接。对于已建立联接的各类空间数据和属性数据，通过ArcGIS 系统对它们做进一步的编辑和修改，确保数据库的准确性和完整性。在ArcGIS 系统中，图形数据被分成“点”、“线”、“面”三种几何要素，它们都有各自相关的属性，在进行拓扑处理后，这三种要素间便拥有了相关的空间拓扑结构，这种空间数据关系与相应的属性数据是一种动态联结关系，这也是在ArcGIS系统中能够进行空间分析的关键所在。属性数据的编辑可通过ArcGIS系统的数据库管理系统进行数据结构定义（如数据项名称、类型、长度等）、数据编辑（如插入、删除、拷贝等）、数据查询检索等等，形成可供使用的属性数据库。

（6）投影转换

同一工作区可能利用不同比例、不同投影的图件，要对不同来源、不同时间分辨率和空间分辨率的点、线、面数据进行计算，在拼接图层之前必须对它们进行投影转换，使最终形成的图层均投影到一个坐标系统。

（7）图幅接边

图幅接边的目的是要保持图面数据连续性。工作区有多幅图构成，按上述步骤每幅图分层建立起图层之后，要对各相邻图幅分层进行拼接，图幅的接边精度要满足相应比例尺的国家精度要求。各图层中线图元或面图元拼接后其图元编号要进行改变，在右边图幅中的图元拼接后用左边图幅内的图元编号，下边图幅的图元改用上边图幅的图元编号。其属性数据也要合并为一个，属性数据结构不相同的图元（线或面）不能进行图幅拼接。对于一些图面标注的内容也要做相应的调整。到现在为止，已完成了图形库的建立工作。拼接完成后，仍按图幅分开储存与管理。

（8）数据入库

前面数据处理的目的都是为了使图形进入GIS数据库系统中，以作为其他应用系统的数据基础。图形数据将采用空间数据管理方式、利用系统软件将所有图形及属性统一存放于Oracle之中。

（9）图件输出与图面整饰

在每一图幅数字化完成后，或工作区各图幅分层拼接之后，要对图面标注内容逐一添加到图面上。按有关图例符号标准和用色标准对相应点、线、面图元的线型、符号、颜色进行设置定义。再就图名、图例、比例尺及其图面内容整饰后，输出图件成果。

（10）数据质量控制

检查内容包括数据完整性、逻辑一致性、位置精度、属性精度、接边精度、现势性等是否符合国家标准及有关技术规定。专题图形数据库建设质量控制的方案如下：

建立数据采集标准规范，详细阐述不同要素的采集要求，作为数据采集的根本基准，统一采集认识。

进行数据采集人员培训，熟练使用采集软硬件，掌握采集规范，采集过程中填写详细的图例簿，统一图例簿格式，记录每幅图数据生产过程的基本情况，特别是作业时遇到的问题及处理意见，质量情况等。

数据质量控制采用分级分层管理方式，首先，数据生产操作人员在数据采集过程中严格遵守数据采集规范标准，采集后进行数据的第一次检查；其次，数据库集成人员进行第二次数据质量检查；最后，系统总工随机抽样检查。

检查方式多种多样，这里主要采用以下3种：屏幕视觉检查，打印出图检查，查错软件检查。

Ⅲ 地质－生态环境空间数据库建设指南

一、编写目的

建立山东半岛城市群地质－生态环境空间数据库，是“山东半岛城市群地区地质－生态环境综合调查评价及可持续发展研究”项目的设计要求，而山东半岛城市群地质－生态环境空间数据库建设，涉及地质、环境、水文、矿产等专业，并涉及单位较多，需要提交入库的数据也较多，为了指导和规范数据库项目的建设，特编写本指南，重点从建库的数据整理与格式转换阶段规范工作流程，明确最终提交成果，同时对元数据的填写做出了详细规定，本指南对山东半岛城市群空间数据库建设具有指导作用。

二、适用范围

本指南适用于山东半岛城市群地质－生态环境空间数据库建设工作。

三、编写依据及参考标准

1.国家及行业标准

GB/T2260—1999中华人民共和国行政区划代码

GB/T17798—1999地球空间数据交换格式

GB/T13923—92国土基础信息数据分类与代码

GB/T17766—1999固体矿产资源/储量分类

GB/T13989—92国家基本比例尺地形图分幅和编号

GB/T9649—88地质矿产术语分类代码

GB/T9649.16—1998地质矿产术语分类代码矿床学

DZ/T0197—1997数字化地质图图层及属性文件格式

2.部门标准

GX199900X－200X国土资源信息高层分类编码及数据文件命名规则国土资源部省级矿产资源规划编制指南国

国土资源部矿产资源储量数据库标准

中国地质调查局空间数据库工作指南2.0版

版山东半岛城市群地质－生态环境空间数据库建库标准(试行稿)

四、数据库框架设计

1.数据库需求分析

山东半岛城市群数据库是在“山东半岛城市群生态环境地质”项目研究成果的基础上研制、基于Arcinfo平台的空间数据库系统，其总体目标是存储和管理“山东半岛城市群生态环境地质”项目研究成果的资料、信息、地图及提供查询服务，为山东半岛城市群的空间布局管理、规划和决策以及重大项目建设和经济社会可持续发展提供依据。为达成这一总体目标，对数据库建设的需求应该包括以下方面:

1)对项目成果图件及其他数据存储管理的需求，需要构建一个符合要求的空间数据库。

2)提供对山东半岛城市群生态环境地质研究成果的管理、查询与展示。

3)提供山东半岛城市群生态、环境的现状与分级分布情况。

4)组织山东半岛城市群生态环境专题图件，直观地为决策咨询提出相应的对策和解决方案。

(1)功能需求

通过需求分析，得到软件的功能需求。除基本的数据输入、编辑和管理功能外，本系统还应具有以下4个方面的要求:

1)对现有地质－生态环境问题的展示、查询;

2)地质－生态环境质量现状的分析;

3)对地质－生态环境与可持续发展关系的分析评价;

4)保持经济增长和地质－生态环境相协调的对策与建议。

(2)性能需求

本数据库系统的性能需求为:

1)系统稳定性好;

2)可扩展性好;

3)操作简单;

4)可移植性好;

5)保密性。

根据“山东半岛城市群地区地质－生态环境综合调查评价及可持续发展研究”项目需求分析，数据库涉及的基础图件和数据、项目研究的成果数据如下:

1)基础地理、地质图件，采用1∶20万的地理底图和经过简化的地质底图。

2)各专题项目编汇的成果图件，包括:

山东半岛城市群地区地质图;

山东半岛城市群地区卫星遥感影像图;

山东半岛城市群地区区域稳定性综合评价图;

山东半岛城市群地区土地资源环境质量评价图;

山东半岛城市群地区矿产资源综合评价图;

山东半岛城市群地区地表水评价图;

山东半岛城市群地区地下水环境评价图;

山东半岛城市群地区海岸带地质灾害分布图;

山东半岛城市群地区生态环境综合评价图;

山东半岛城市群地区地质灾害易发区分布图;

山东半岛城市群地区地质生态与经济可持续发展对策图;

烟台地区地壳稳定性评价分区图;

烟台地区地质－生态环境分析与评价图;

烟台地区生态功能区划与生态市建设规划图;

青岛地区地壳稳定性评价分区图;

青岛地区海岸带地质环境质量评价图;

青岛地区地质－生态环境评价分区图。

3)属性数据;

4)文字报告;

5)专题图件数据。

2.数据库系统架构

根据以上对数据库需求的分析，结合目前项目的需要和经费情况，采用的系统架构见图12－1。

图12－1 数据库系统架构

本项目采用 ArcGIS Desktop 来搭建系统平台，用以实现定义好的空间数据和非空间数据的存储和管理。系统的核心采用地理数据库 GeoDataBase 体系结构。在后台通过 ArcCat-alog 应用模块来组织和管理所有的 GIS 信息，比如地图、数据集、模型、元数据、服务等; 通过 ArcToolBox 工具来完成数据转换、叠加处理、地理编码、统计分析和投影变换等数据处理。

客户端采用定制的 ArcMap，用以完成数据的显示、分析和编辑。另外可以通过 Arc-GIS 的扩展模块来实现对空间数据进行高效率的可视化和分析; 用 ArcGIS Spatial Analyst实现栅格数据的显示和处理。ArcGIS Desktop 系统平台表现示例见图 12 －2。

在系统数据库建成之后，如项目的后期需要进行数据的共享和发布，可采用 ArcSDE +ArcIMS 的搭配来实现 B / S 构架的数据共享。

图12－2 ArcGIS Desktop系统平台表现示例

3.数据库系统功能软件的系统功能分为基本系统数据管理功能和专业应用扩展功能两大部分。根据需求分析，确定各部分的功能。

1)基本功能部分:包括系统管理，数据输入、编辑、查询和输出，数据处理和图形符号库管理等。

2)扩展功能部分:包括现状展示、分析评价、可持续发展评价和决策支持等。系统的功能模块构成见图12－3。

图12－3 系统的功能模块构成

4.系统软件平台

在本项目的研究中，结合调查评价研究项目的工作实际，选取了美国ESRI公司的ArcGIS软件作为数据库开发的GIS软件平台，同时考虑到各专题研究单位的实际情况，选取MapGIS作为电子图件的绘制软件。在汇总各专题研究单位提交的MapGIS数字图件后，进行MapGIS格式数据向ArcGIS格式数据的转换，将研究成果加载到项目统一的地质－生态环境空间数据库中。本项目选择的ArcGIS软件平台包括ArcGISDesktop、ArcS-DE、ArcIMS等组件。

5.硬件平台选择

除按系统平台的选择原则外，硬件选择从以下方面考虑:

1)硬件的性能:能够满足系统软件平台的运行需求;

2)与其他硬件的兼容性:各种硬件设备可以协同工作;

3)与软件的兼容性:要兼容操作系统、数据库软件或其他应用软件。

可利用现有的计算机硬件，适当增设需要的硬件来构造系统的硬件环境。

6.系统实现步骤

(1)系统设计

1)总体结构设计:主要指系统中各子系统之间关系的设计。

2)系统各子系统或子功能模块的描述:各功能模块要划分到软件单元的层次，要求描述清晰，以满足编码、编译和测试的需要。

3)系统外部接口设计:完成系统外部接口、各软件单元之间的详细设计。

4)数据结构和数据库设计:主要指规划数据组织与表达方式的设计。

5)界面设计:主要指应用系统的操作界面设计。

6)软、硬件设计:主要指系统软硬件运行环境的设计。

7)系统单元测试的详细计划:包括测试集、测试用例和测试步骤。

(2)软件编程

完成程序代码的编写及数据库建库任务。

1)遵照软件设计说明书的要求，利用编程工具编制程序代码，并完成程序代码的测试工作。

2)按照半岛城市群项目数据库标准及数据库建库规范的要求，完成数据建库工作。

(3)系统集成与测试

完成系统集成及测试，生成可实际运行的系统，编写用户使用手册。

1)系统集成。

2)系统集成测试。集成测试的步骤为:

①制定系统各单元、模块、子系统的集成计划和集成测试计划，内容包括测试要求、步骤、数据和时间表等;②编写系统集成、测试文档;③按计划进行系统集成与集成测试，修改错误，再测试，直到符合设计要求;④编写测试报告。

3)编写用户使用手册。

五、数据入库工作流程

工作流程主要用于对规划数据库数据入库方法和过程进行指导。项目数据库的数据入库流程见图12－4。

图12－4 数据入库流程

1.资料收集

主要包括图件、表格和文字资料等项目所涉及的数据和成果。

2.资料预处理

数据预处理就是在全面收集资料的基础上，对资料进行系统的分析研究、综合整理及筛选等。

3.建库文档准备

主要是指对建库所需的文档进行准备，主要为数据整理记录表、属性填卡表准备，MapGIS编图的花纹符号库、线型库、颜色库设定等。

4.数据采集

数据的采集主要包括图件的输入、建立分层文件、属性的输入。

5.数据整理

数据整理的主要内容为:检查数据分层，重新命名分层文件，补充新增图层、调整部分地理、地质和规划专题属性结构，增加部分属性表格，以及整理附加文档等，完成上述工作后要填写元数据采集表并完成对元数据的录入，最后，对所有文件要进行标准化命名。

6.空间数据格式转换

按照项目建库的统一要求，各子项目在MapGIS平台下完成的成果图件，数据需要向ArcInfo格式进行转换。

六、数据质量监控

1.质量监控体系

项目承担单位和实施单位要建立完善的规划数据库建设质量监控体系，并制定相应的制度。

(1)自互检

建立完整的自互检表，每个作业人员的建库工作都要进行100%的自检，并将自检所发现的问题及时改正。在自检的基础上，由项目负责人安排其他作业人员进行60%以上的互检，并将互检结果和修改处理结果如实、完整地记录下来。

(2)抽检

每张图完成后，由项目负责抽取10%进行检查，并确保检查内容全部符合质量要求。

(3)阶段性检查

对建库的每个阶段性成果要进行严格检查把关，如图件扫描矢量化后的图元检查;属性录入后的图元、属性一致性检查等。

2.数据质量监控

(1)空间数据质量检查

空间数据质量检查主要是对成果图上的内容进行质量检查，要分别对MapGIS和ArcInfo格式的所有图层进行逐项检查，包括入库数据图层套合精度、拓扑、命名的标准化规范化、分层的正确性、数据的完整性、属性表结构的正确性、图元与属性的对应性、属性代码的准确性等。

(2)图面质量检查

图面检查是指对提交的成果数据图进行图面内容检查，发现错误应及时修改完善，直至准确无误。

(3)数据表数据质量检查

是指对非空间数据表和空间属性数据表检查数据的正确性，检查数据结构的一致性，并对照规划文本检查与规划实施相关内容的完整性和正确性。

(4)文档检查

资料文档检查主要是检查数据库所要求的文本、研究报告、编制说明、附表等资料文档是否齐全，内容是否正确，并检查元数据采集表及入库数据内容是否合乎要求。

3.数据质量监控指标

上述内容的检查总错误率小于2%，其中，图元(包括点、线、面、注释)错误率小于1%，属性(包括文字、代码、ID号对应、记录个数等)错误率小于2%，凡错误率大于该两值的，或发生图层缺失、附表缺失、文档缺失以及未提交正确的元数据采集表和入库数据的，一律不予通过。

七、提交数据要求

1.提交格式

成果图件:MapGIS格式，含工程、图层和系统库文件。

文档:包括编制说明、研究报告及其他文档资料(Word和Html两种格式)。表格:Access和Excel两种格式。

元数据采集表:Word格式。

2.提交形式

汇交数据存储介质为光盘。在提交成果之前，要进行全面查杀毒，确保数据安全。

Ⅳ 地质－生态环境空间数据库建库标准

一、范围

本标准定义了山东半岛城市群地质－生态环境空间数据库的数据结构框架、数据实体及实体之间的相互关系，定义了成果图件空间数据的要素集、要素类、要素分类代码及属性数据项，可用于山东半岛城市群项目数据的采集、存储、管理、共享及数据库建设。

二、规范性引用文件

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

GB / T 1. 1—2000 标准化工作导则 第 1 部分: 标准的结构和编写规则

GB / T 13923—92 国土基础信息数据分类代码

GB / T 2260—1999 中华人民共和国行政区划代码

GB / T 2659 世界各国和地区名称代码

GB / T 9649—88 地质矿产术语分类代码

DZ / T 0160—95 1∶ 200000 地质图地理底图编绘规范及图式

DZ / T 0197—1997 数字化地质图图层及属性文件格式

GB 958—99 区域地质图图例 ( 1∶ 50000)

DZ / T 0179—1997 地质图用色标准及用色原则

DDB 9702 GIS 图层描述数据内容标准

GB 17108—1997 海洋功能区划技术导则

中国地质调查局 地质图空间数据库建设工作指南 ( 2. 0 版)

中国地质调查局 1∶ 20 万区域水文地质图空间数据库图层及属性文件格式工作指南

三、术语和定义

本标准涉及的主要术语如下:

1. 地理信息数据库 ( geodatabase)

采用标准关系数据库技术来管理、表现地理信息的空间数据库。

2. 数据包 ( data package)

逻辑相关数据实体的集合，本标准中将山东半岛城市群项目数据整体视作一个数据包。

3. 数据实体 ( data entity)

描述专业领域同一类型数据的数据元素的集合，如地质构造数据实体，概念上等同于UML 的类。数据实体可通过一个或多个相关的数据元素及相关的数据实体定义。

4. 数据集 ( dataset)

逻辑相关数据组成的数据集合，如一幅地图可视作一个数据集，数据集是一个逻辑上的整体。

5. 数据子集 ( subdataset)

按一定规则划分的数据集中逻辑相关数据的集合，本标准中的一个数据子集对应一个地图要素类，数据子集类别对应地图上的图层划分。

6. 空间数据 ( spatial data)

用来表示空间实体的位置、形状、大小和分布特征诸方面信息的数据。空间数据不仅具有实体本身的空间位置及形态信息，而且还有实体属性和空间关系 ( 如拓扑关系)信息。

7. 空间参照系 ( spatial reference)

对地理信息数据的空间范围和投影的描述。

8. 地图 ( map)

地理信息的图形描述，包括地理信息数据和地图元素，如标题、图例和比例尺等。本标准中将一幅地图视作一个数据集进行管理，并通过一组要素集 ( 要素类、关系类、属性表的集合) 、空间参照系、地图样式定义地图的数据内容及显示方式。

9. 图层 ( layer)

地图上特定区域范围内按一定规则划分的相似要素类的集合，如水系、城镇。图层为要素类的专题组合及表现，一个图层定义了它包含地理信息数据的地理位置和显示方法。

10. 要素 ( feature)

现实世界中的对象在地图图层中的表示，如地图中表示道路的一条线。

……

四、缩略语和符号

1. 缩略语

ARD 图外整饰要素 ( Elements Around Map)

BMAP 地理底图 ( Basemap)

BOU 境界、边界 ( Bourn)

CD 代码 ( Code)

COL 综合柱状图 ( Colomnar Chart)

DT 日期 ( Date)

ELE 地形高程 ( Elevation)

……

2. UML 类图符号

山东半岛城市群地区地质－生态环境与可持续发展研究

3. ER 图符号

山东半岛城市群地区地质－生态环境与可持续发展研究

五、基于 UML 的 Geodatabase 的空间数据模型

构建地质数据的空间数据模型是建立地质信息数据库的一项关键工作，是数据库建设的基础。Geodatabase 数据模型作为 ArcGIS 软件平台的一种通用数据形式，目前已被国内外众多地质空间数据库的建设所采用。数据建模也已经成为地质数据库建立的一项主要内容。

目前针对地质、水文、矿产、海洋等多个领域的专业 Geodatabase 数据模型都已存在，国内目前应用于区域地质 － 生态环境调查的综合地质 － 生态环境空间数据模型还比较少见。因此，本项目在分析国内外目前比较通用的各专业数据模型的基础上，提出了专门面向山东半岛城市群地质 － 生态环境空间数据库建设的 Geodatabase 数据模型。

在 Geodatabase 数据模型中，允许定义要素之间类型的关联，Geodatabase 对空间数据管理以关系数据库为基础，利用商用关系数据库成熟的数据处理能力对空间数据和非空间数据进行统一管理。Geodatabase 使用面向对象的方法，使得要素可以具有自己的行为和属性，并且要素类具有继承性、多态性和封装性。这样，以更加适合自然的行为和人的思维方式去组织数据，更精确地模拟真实世界。

1. Geodatabase 数据模型的结构体系

Geodatabase 数据模型作为一种新型的面向对象的数据模型，融入了面向对象的核心技术，如类 ( Class) 、对象 ( Object) 、封装 ( Encapsulation) 、继承 ( Inheritance) 和多态( Polymorphism) 等思想和技术。Geodatabase 数据模型的目的就是为了让用户能更容易、更自然地表示 GIS 数据特征和更容易地建立特征之间的各种关系。Geodatabase 空间数据库数据模型如表 12 －1 所示。

表 12 －1 Geodatabase 内部结构

续表

2. Geodatabase 数据库模型的特点

Geodatabase 有两种，即个人与多用户 Geodatabase。

1) 个人 Geodatabase 支持内置于 ArcGIS 系统并提供对本地数据的访问，适用于面向项目的 GIS，在 Microsoft Access 数据库平台上实现，提供生成和更新 Access 数据库的服务，可处理小型或适中的 Access 数据库。但个人 Geodatabase 的存储容量有不能超过 2GB的限制。

2) 多用户的 Geodatabase 是通过 ArcSDE ( ARC 空间数据库引擎) 实现的。ArcSDE可以生成和访问从小型到大型的 Geodatabase 并提供关系型数据的开放界面。

与标准的关系数据库相比，Geodatabase 简化了地理数据建模的工作，因为它包含有用于建模地理信息的通用模型。

此外，Geodatabase 还同时支持两个视图，即对象视图和关系视图。这样就综合了对象视图和关系视图两者的优点。对象视图在 Geodatabase 中占据主导地位，其目的是提供一个接近于逻辑数据模型的数据模型，因而更接近于现实。关系视图则用于一些 Geodata-base 数据的常规处理，它表示的是一些简单地理对象的特征。

3. 基于 UML 的 Geodatabase 数据模型的设计

( 1) Geodatabase 数据库设计的方法

在 ArcGIS 中，建立地理数据库可以有多种方法。借助 ArcCatalog，可以通过 3 种方式建立新的地理数据库。

第一种方法是建立一个新的地理数据库。

第二种方法是移植已经存在的数据到地理数据库中去。

第三种方式是用 CASE 工具来建立地理数据库。

( 2) 面向对象和 UML ( 统一建模语言)

面向对象是软件程序设计中的一种新思想，它能使程序设计更加贴近现实，并且花费更小的精力。面向对象方法学包含了对象 ( object) 、类 ( classification) 、继承 ( inherit-ance) 、聚集和消息 ( messages) 的概念。

UML ( Unified Modeling Language，统一建模语言) 是一种基于面向对象方法的建模语言，具有创建系统的静态结构和动态行为等多种结构模型的能力，是一种通用的建模语言。在 Geodatabase 的设计中，主要用到描述系统静态结构的类图。类图的节点表示系统中的类及其属性和操作。类图的边表示类之间的联系，包括继承、关联、依赖、聚合等。

类的表示由 3 个部分方框组成，上面部分给出了类的名称; 中间部分给出了该类的单个对象的属性; 下面部分给出了一些可以应用到这些对象的操作。类的表示如图 12 －5。

图 12 －5 类的表示

关联是对类的实例之间联系的命名，与关联有关的内容有关联元数 ( Degree) 、关联角色 ( Role) 和重复度 ( Multiplicity) 。

UML 中有 3 种类型的类: 抽象类 ( abstract class) 、可创建化类 ( creatable class) 和可实例化类 ( instantiable class) 。

UML 类图的符号见本节第四部分内容。

( 3) 面向对象的地理数据模型的设计方法

利用 CASE 工具进行 Geodatabase 数据模型设计的步骤具体为:

1) 在 CASE 工具中进行 UML 建模。

2) 将设计好的 UML 模型载入资料库 ( repositry) 。

3) 利用 GIS 软件提供的 CASE 接口，根据资料库中的 UML 模型生成空间数据库结构。至此，Geodatabase 空间数据库结构初具雏形。在 GIS 软件环境中，现在可以将新生成的数据或已有的数据进行格式转换后载入到设计好的 Geodatabase 空间数据库中，由空间数据库统一管理。利用 CASE 工具来建立 Geodatabase 地理数据库的工作流程见图12 － 6。

图 12 －6 利用 CASE 工具来建立 Geodatabase 地理数据库的工作流程

六、地质 － 生态环境 Geodatabase 数据模型的建立

( 一) 数据模型设计的依据

根据山东半岛城市群地质 － 生态环境调查评价研究工作的需要和山东半岛城市群地质 － 生态环境 GIS 数据库系统的整体设计要求，结合各地质 － 生态环境要素的成果图件和文本报告资料，利用 UML 设计工具 Microsoft Visio 完成了山东半岛城市群地质 － 生态环境Geodatabase 数据模型的设计 ( 图 12 － 7) 。

图 12 －7 山东半岛城市群地质 － 生态环境 Geodatabase 数据模型的设计依据

( 二) 山东半岛城市群地质 － 生态环境数据库的 UML 类图

1. 数据集管理

山东半岛城市群项目数据包中的数据以数据集为单元统一组织管理，数据集管理方式就是将一份文字报告或一幅成果图件视作逻辑上的整体，用 “数据集编号”唯一标识，通过数据集实体统一管理。同一数据集的不同实体，例如成果图中的图层，通过实体中的“数据集编号”元素关联。

2. 空间数据管理

山东半岛城市群项目数据包由文字报告及成果图件两大类数据组成，并以成果图件为主，成果图件是一空间数据实体，统一存储在面向对象的地理信息数据库中，以图幅为单元进行管理。

3. 数据包总体结构

本标准中山东半岛城市群项目数据包总体结构用 UML 模型来体现，山东半岛城市群项目数据包由 “成果报告”、“元数据”及 “存档文件”3 个数据实体 ( UML 类) 组成，通过 “数据集”实体统一组织管理。“成果报告”由它的继承类 “文字报告”及 “成果图件”定义，为研究成果数据包的主体数据。“元数据”及 “存档文件”为数据集的辅助数据，“元数据”存放文字报告或成果图件的元数据; “存档文件”存放文字报告或成果图件的相关存档文件，供数据集数据的整体下载与利用。

一个 “数据集”实体对应一个项目的 “文字报告”或一幅 “成果图件”; 每一个数据集必须有一个而且只能有一个 “元数据”文件; “存档文件”是 “数据集”的可选聚合实体。

“成果图件”是一空间数据实体，由特定的面向对象地理信息数据库 ( Geodatabase)统一存储、管理。一幅 “成果图件”数据内容由一组空间要素集 ( 基础地理要素集、地质要素集、地球物理要素集、地球化学要素集、辅助要素集) 组成，空间要素集数据类型包括矢量 ( Feature Dataset，简称要素集) 、栅格 ( Raster Dataset) 和 TIN ( TIN Dataset)3 种。

4. 数据集编号的编码规则

数据集编号由数据库管理方统一编码，必须保证编号在数据库中唯一，编号中的英文字母全部大写。

山东半岛城市群项目数据集按 “项目或图幅—提交单位—提交年份—成果序号”编码。数据集编号的字符串长度不得超过 22 位，以保证 “数据集编号 + 要素类名”的字符串总长度不超过 30 位。

5. 成果图件要素类命名规则

要素类名字符串总长度不得超过 8 位。

矢量要素类按 “要素集类型 + 要素类名 + 要素类型”命名，全部用大写英文字母表示。“要素集类型”用一位代码表示，如 “L”表示基础地理要素集。栅格数据集数据以“要素集类型 + 要素类型”命名，要素类型用代码 RAS 表示，如 “DRSRAS”表示遥感栅格数据。TIN 数据集数据以 “要素集类型 + 要素类型”命名，要素类型用代码 TIN 表示，如 “LELETIN”表示地面高程 TIN。

6. 成果图件要素分类编码规则

要素分类编码用以标识不同的要素类要素，保证地图要素存储、交换、显示的一致性。

( 1) 分类编码原则

1) 科学性、系统性;

2) 相对稳定性;

3) 不受地图比例尺的限制;

4) 完整性和可扩展性;

5) 适用性。

( 2) 分类编码方法

成果图件要素类中不同要素的分类编码采用中华人民共和国国家标准 《国土基础信息数据分类与代码》的编码结构，结构如下:

山东半岛城市群地区地质－生态环境与可持续发展研究

大类码、小类码、一级代码和二级代码分别用数字顺序排列。识别位由用户自行定义，以便于扩充。在本项目中编码分两类: ①基础地理要素编码; ②地质专业要素编码( 地质、地球物理、地球化学等) 。

( 三) 山东半岛城市群项目数据实体及实体关系

山东半岛城市群项目数据实体类及其代码见表 12 －2，实体类名代码按实体类的英文名缩略语编码，本标准中山东半岛城市群项目数据实体及实体间关系用 UML 及实体关系图 ( ERD) 来体现。

表 12 －2 山东半岛城市群项目数据实体类及其代码

1. 数据集实体 ( MGRD_Dataset)

山东半岛城市群项目数据包中的 “数据集”实体用来统一组织管理 “文字报告”、“成果图件”、“元数据”及 “存档文件”数据实体，“数据集”实体中的数据项包含数据集的归属项目、提交日期、提交单位、主题类别及地理范围等可用于数据集检索的信息。一个 “数据集”实体对应一个项目的 “文字报告”或一幅 “成果图件”，“数据集”实体与 “元数据”实体间为一一对应关系，与 “存档文件”实体间为一对多的对应关系。“数据集”实体的数据内容及其存储表通过 “数据子集”实体分类定义，主键 ［数据集编号］可用于同一数据集中不同 “数据子集”的关联，也可用于数据集对应的 “元数据”及“存档文件”的关联。

2. 成果报告数据实体 ( MGRD SumTmaryReport)

研究成果报告数据实体包括项目的最终综合文字报告及相应的成果图件。

( 1) 文字报告数据实体 ( SR_WordReport)

文字报告数据实体包括 “文字报告”及图像格式的 “报告附图”数据实体，文字报告及附图均以二进制大对象存储。数据实体之间通过 ［数据集编号］ 关联。

( 2) 成果图件数据实体 ( SR_hemeMapSet)

“成果图件”数据实体是一空间数据实体，主要以矢量图形格式存储在地理信息数据库中，其中也包括栅格数据及 TIN 数据用于数据的空间分析。

1) 要素集: “成果图件” 数据实体以图幅为数据集单元进行管理; 图幅内容以分属不同空间要素集 ( 基础地理要素集、地质要素集、地球物理要素集、地球化学要素集、辅助要素集) 的要素类组合，同一个要素集内的要素类享有同一空间参照系，相互具有拓扑关系。

2) 要素类: 一个要素类的存储单元为关系数据库中的一个数据表，要素类图元类型有点、线、面、注记 4 种，一个要素类只能包含一种图元类型。本标准中基础地理要素集、地质要素集、地球物理要素集、地球化学要素类、辅助要素集的要素类用 UML 类图体现。

3) 图层: 图层为要素类的专题组合及表现，不同图层的组合即构成了可视化 “成果图件”。本项目通过对数据来源的分析，提出并建立了适合山东半岛城市群地区地质 － 生态环境调查与评价特点的空间数据库数据图层。考虑到空间数据的应用和相互转换，每一图层均应建立相应的内部属性表，属性表必须包含一些基本字段内容，根据具体任务的不同，需灵活扩充内部属性表字段内容。 “成果图件”数据实体的图层划分及其代码见表 12 －3。

4) 要素类属性: 要素类的要素特征由属性表定义，属性表每一行对应一个要素，每一列包含要素的一个特征信息。

表 12 －3 成果图件数据实体的图层划分及其代码

5) 要素类要素分类: 同一要素类中不同类型的要素用不同的代码标识，通过属性表中的 “编码” ( GEO_CODE) 数据项体现，以便地图中同一要素类要素的分类显示，并保证地图要素存储、交换、显示的一致性。在本项目中成果图件的基础地理要素分类代码采用中华人民共和国国家标准 《国土基础信息数据分类与代码》，并根据需要进行了扩充，地质专业要素分类代码全部由本标准定义，见表 12 －4 和表 12 －5。

表 12 －4 基础地理要素分类代码

表 12 －5 地质专业要素分类代码

图12 -8 山东半岛城市群项目数据包UML类图

图层编码中，第一位为图类代码，L 代表基础地理类图层; D 代表基础地质类图层;G 代表国土资源图层; W 代表地壳稳定性图层; S 代表水资源图层; H 代表海岸带图层;T 代表生态环境图层; R 代表人类工程活动图层; F 代表分析评价图层; Y 代表预测与防治图层; Z 代表辅助图层。第二位为比例尺代码，图件均采用 1∶ 50 万比例尺，代码为 B。第三位到第五位为图名的汉语拼音首字母缩写。第六位为图层数字编号。

( 四) 山东半岛城市群项目 UML 类图

1. 山东半岛城市群项目数据包 UML 类图

UML 类图见图 12 － 8。

2. 成果图件要素集 UML 类图

1) 基础地理要素集实体 UML 类图 ( FD_Geography) 。本项目将基础地理要素分为地理网格、居民地、境界、交通网、地貌地形、水系、海洋海岸带、行政区划、栅格数据等 9个抽象要素类，建立了 “各市基本情况”对象类，与表明各地区域的 “城市群”类相连接，将山东半岛城市群8 个地级市的地理位置数据与地区的基本资料数据有机地联系起来。

2) 地质要素集实体 UML 类图 ( FD_Geology) 。

3) 国土资源要素集实体 UML 类图 ( FD_LandResource) 。

4) 水资源要素集实体 UML 类图 ( FD_WaterResource) 。

5) 生态环境要素集实体 UML 类图 ( FD_Environment) 。

6) 辅助要素集实体 UML 类图 ( FD_Ancillary) 。

3. 山东半岛城市群项目数据实体关系图

1) 数据集实体 ER 图 ( MGRD_DataSet) 。

2) 研究成果报告数据实体 ER 图 ( MGRD_SummaryReport) ( 图 12 － 9) 。

图 12 －9 研究成果报告数据实体 ER 图 ( MGRD_SummaryReport)

七、山东半岛城市群项目数据包数据字典

( 一) 数据集实体 ( MGRD_DataSet)

山东半岛城市群地区地质－生态环境与可持续发展研究

( 二) 研究成果报告数据实体 ( MGRD_SummaryReport)

1. 文字报告数据实体 ( SR_WordReport)

山东半岛城市群地区地质－生态环境与可持续发展研究

2. 成果图件数据实体 ( SR_ThemeMapSet)

( 1) 基础地理要素集实体 ( FD_Geography)

山东半岛城市群地区地质－生态环境与可持续发展研究

( 2) 地质要素集实体 ( FD_Geology)

山东半岛城市群地区地质－生态环境与可持续发展研究

( 3) 水资源要素集实体 ( FD_HydroResource)

山东半岛城市群地区地质－生态环境与可持续发展研究

Ⅳ 建立空间数据库的原理、方法和步骤

一、目标任务

1.主要工作任务

《1∶25万内陆干旱区地下水资源评价塔里木盆地地下水勘查空间数据库》是在综合研究已有资料的基础上，补充野外实际工作，建立了58个标准图幅的1∶25万空间数据库。

2.技术要求

采用中国地质大学开发的MAPGIS软件平台，完全依照中国地质调查局提出的各项技术标准，执行中国地质调查局最新修订的《西北地下水资源勘查评价空间数据库工作指南》2.0版及其他相关标准。对选定的58幅1∶25万标准图幅综合水文地质图、地质图、生态环境水文地质图、地貌图、地下水开发利用规划图、地下水水化学类型图、地下水资源分布图、平原区地下水质量分区图、综合水文地质剖面图、重点流域等水位线图等图件进行数字化处理和空间数据库的建立。

参考标准或引用标准:

GB 2260中华人民共和国行政区划代码

GB 9649地质矿产术语分类代码

GB/14157水文地质术语

GB/T 14538-93综合水文地质图图例及色标（1∶200000～1∶500000）

GB/T 14848地下水质量标准

GB/T 13923-92，国土基础信息数据分类与代码（中国标准出版社，1992）

DZ/T 0197-1997数字化地质图图层及属性文件格式（国家行业标准）

西北地下水资源勘查评价空间数据库工作指南

3.提交成果

1）数据库成果（光盘汇交）:见表6-1。

2）文档:属性表、图幅基本概况表、工作日志、自检表、互检表、质检组检查表、图面检查表。

表6-1 成果汇交光盘物理存储结构

3）塔里木盆地地下水勘查包括58个标准图幅的水文地质专业图件共7张彩色喷墨全要素图各1张、重点流域等水位线图3张和综合水文地质剖面图1张。

4）《1∶25万内陆干旱区地下水资源评价塔里木盆地地下水勘查空间数据库》建库报告一份。

二、工作方法及流程

（一）项目组织与实施

项目由新疆地质调查院组织，由水文地质工程地质、绘图、计算机等专业技术骨干组成，严格按照规范和技术要求实施。

（二）工作方法

概据任务书的要求，收集、购买已出版的塔里木盆地58幅图的地理信息数字化成果数据，采用中国地质大学开发的MAPGIS6.1软件平台，将此数据在经纬秒格式下进行拼接，按《西北地下水资源勘查评价空间数据库工作指南》标准对地理属性进行了修改。各类专业图件经过专业人员的编图，经审查合格后，采用彩色或灰度扫描，进行图形数字化，做到图元丢失率为0，误差小于0.02mm，其精度均达到设计要求。数据在矢量化过程中以作者原图为主的原则，属性内容以报告和图面内容相结合的方法采集，成果资料中没有的不予反映。

（三）工作流程

本次数据库建设完全按照《西北地下水资源勘查评价空间数据库工作指南》的具体要求，对相关数据资料进行整理。在MAPGIS支持环境下完成图形数据的输入和编辑，利用Access系统下创建的满足《西北地下水资源勘查评价空间数据库工作指南》数据结构要求的数据表，完成外挂属性数据的录入，并实现图层与属性数据的连接。

1.数据信息组成

根据新疆塔里木盆地地下水勘查总体设计书的要求，确定此次工作数据信息的内容为基础地理、基础地质、社会经济信息、水文地质信息（含水文地质条件、水文地质观测、地下水资源等）、环境地质信息、元数据信息，具体的数据信息与内容见表6-2。

表6-2 主要数据类型与数据特征

2.图层划分

新疆塔里木盆地空间数据库的建设，从基础资料图件到成果表达图件，多数内容涉及大量的矢量图形。因此，标准化处理必须确定各种图件的图层划分、图元、属性等方面的内容，以使图形库最大限度地达到共享。图形分层主要考虑到便于图形的操作、管理和计算，同时考虑数据本身的专业数据特点。图层划分详见表6-3 。

表6-3 塔里木盆地地下水勘查空间数据库图层划分

续表

注:#代表含水层编号，含水层未分时，#用“0”替代。

图6-1 工作流程示意图

3.数据准备阶段

作者原图及简单图件用二值或灰度，以300dpi精度扫描，复杂图件用彩色以300DPI精度扫描。所有图件的图式图例参数说明文件放入README文件夹中。

4.数据矢量化阶段

放大70倍进行图件的数字化处理。点线数字化时，要保证其准确性和自然光滑，有坐标的点采用单点展绘的方法直接投影到1∶25万图中，保证了精度。线数字化时，为确保拓扑时弧段不变形，未采用MAPGIS系统提供的线圆滑功能。

5.检查矢量化图件

喷绘数字化图件，对照原图进行自检、互检、抽检，并由水文地质专家进行100％的检查，确保矢量化后的图形数据与原图件一致性和完整性。

6.误差校正

塔里木盆地面积大，横跨4个带。各带图件经检查无误后，生成基于原图高斯北京投影带方式的理论图框，进行误差校正。每标准图幅采集13个控制点，除4个角点外，其余点均匀分布在图幅内。

7.无投影格式下重新拓扑

将检查无误的数据投影到经纬度格式。在经纬度下再进行各带各类图件的拼接，为确保套合精度，重新进行拓扑，录入面属性，再将参与做面的线从整体拓扑图层中弧转线中分离出来，做线属性。

8.喷绘图件

对参与整体拓扑的图层进行拓扑处理、错误检查、修改，然后编辑区颜色。将各图层形成工程文件后，彩喷出图。再由绘图专业人员和水文地质专家对照原图检查，检查出错误进行修改，再出图，再次检查，直至完全无误，最后彩喷成果图件。

9.填写属性卡片

属性卡片的内容以原图和原报告为主要依据。

10.录入属性

在MAPGIS属性库管理模块中将各图层ID号和图元编号做唯一。

11.转换文件格式

将经纬度格式下的属性文件，生成E00文件，转入ARCINFO中，形成最终的ARCINFO格式数据。

工作流程见图6-1。