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隨著地理信息技術(shù)的發(fā)展，空間數(shù)據(jù)已經(jīng)成為重要的信息載體之一。空間數(shù)據(jù)包含的地理空間信息可以通過(guò)空間數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理、處理、分析和共享。然而，如何設(shè)計(jì)一個(gè)高效、準(zhǔn)確、易用的空間數(shù)據(jù)庫(kù)成為了許多研究人員關(guān)注的問(wèn)題之一。本文將從空間數(shù)據(jù)庫(kù)的定義、設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用實(shí)例等方面對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行淺析。
一、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的定義及特點(diǎn)
空間數(shù)據(jù)庫(kù)是指在現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，以地理空間信息為核心，采用適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)和算法，管理地理空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)不同，空間數(shù)據(jù)庫(kù)特點(diǎn)在于它可以對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的存儲(chǔ)、管理和查詢，并能夠進(jìn)行空間分析和模擬。同時(shí)，空間數(shù)據(jù)庫(kù)還具有以下特點(diǎn)：
1.空間數(shù)據(jù)模型：空間數(shù)據(jù)庫(kù)采用的是地理空間數(shù)據(jù)模型，包括點(diǎn)、線、面、體等幾何要素，同時(shí)還包含地圖屬性、拓?fù)潢P(guān)系等信息。
2.空間數(shù)據(jù)處理能力：空間數(shù)據(jù)庫(kù)能夠通過(guò)空間算法對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算、合并等處理。
3.多源數(shù)據(jù)融合：空間數(shù)據(jù)庫(kù)可以對(duì)多種不同來(lái)源的地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、融合，形成更完整、更準(zhǔn)確的地理數(shù)據(jù)庫(kù)。
4.可視化分析：空間數(shù)據(jù)庫(kù)支持空間數(shù)據(jù)的可視化展示、分析，方便用戶對(duì)地理空間信息進(jìn)行理解和應(yīng)用。
二、空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)原理
空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的核心是數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)?？臻g數(shù)據(jù)模型一般包括三個(gè)層次，即概念層、邏輯層和物理層。其中，概念層是最上層的抽象描述，用于描述地理現(xiàn)象和地理實(shí)體之間的關(guān)系；邏輯層是建立在概念層之上，具體描述數(shù)據(jù)的組織方式和訪問(wèn)方式；物理層是更底層，用于描述數(shù)據(jù)在磁盤(pán)上的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式。
空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)原則包括一致性、完整性、靈活性和高效性。其中，一致性要求空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)應(yīng)該與業(yè)務(wù)需求相一致；完整性要求空間數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)該包含完整的、準(zhǔn)確的地理空間信息；靈活性要求空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)具有一定的擴(kuò)展和自適應(yīng)能力；高效性要求空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)應(yīng)該具有快速、準(zhǔn)確的空間查詢和空間分析能力，同時(shí)滿足數(shù)據(jù)管理效率和數(shù)據(jù)安全性的要求。
三、空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法
空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法包括兩個(gè)方面，一是數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)方法，二是空間數(shù)據(jù)管理和分析方法。
1.地理空間數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)方法
地理空間數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)方法主要有三種：基于對(duì)象、基于關(guān)系和基于XML?；趯?duì)象的地理空間數(shù)據(jù)模型采用類或?qū)嵗姆绞奖硎究臻g要素，更符合對(duì)象化思想，但需要較高的技術(shù)水平；基于關(guān)系的地理空間數(shù)據(jù)模型采用關(guān)系庫(kù)的方式實(shí)現(xiàn)，易于數(shù)據(jù)庫(kù)管理，但空間查詢效率較低；基于XML的地理空間數(shù)據(jù)模型采用XML語(yǔ)言表示，適合在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下共享和傳輸數(shù)據(jù)。
2.空間數(shù)據(jù)管理和分析方法
空間數(shù)據(jù)管理和分析方法主要包括空間索引、空間查詢和空間分析三個(gè)方面。常見(jiàn)的空間索引方法有R樹(shù)、R*樹(shù)、平面掃描等，不同的索引方法具有不同的空間查詢效率和空間對(duì)象編輯速度。常見(jiàn)的空間查詢方法有距離查詢、范圍查詢、鄰近查詢等，不同的查詢方法可以滿足不同的應(yīng)用需求。空間分析方法包括空間緩沖區(qū)分析、空間疊置分析、網(wǎng)絡(luò)分析等，可以用于解決地圖分析、選址、路徑規(guī)劃等問(wèn)題。
四、應(yīng)用實(shí)例
空間數(shù)據(jù)庫(kù)廣泛應(yīng)用于地圖制圖、測(cè)繪、城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通、礦產(chǎn)和環(huán)保等領(lǐng)域。以交通運(yùn)輸領(lǐng)域?yàn)槔?，空間數(shù)據(jù)庫(kù)可以管理道路、鐵路、水路等交通線網(wǎng)數(shù)據(jù)，并可以進(jìn)行路徑規(guī)劃、流量分析、交通組織等應(yīng)用。又如，林業(yè)領(lǐng)域的空間數(shù)據(jù)庫(kù)可以管理森林地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)林種、林分、森林火災(zāi)、林木病蟲(chóng)害等數(shù)據(jù)管理和分析功能。更多應(yīng)用實(shí)例可以參考相關(guān)研究成果和實(shí)際項(xiàng)目。
綜上所述，空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要充分考慮空間數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，根據(jù)應(yīng)用需求制定合理的設(shè)計(jì)方案?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法主要包括數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)方法和空間數(shù)據(jù)管理和分析方法兩個(gè)方面，不同的方法可以選擇不同的技術(shù)方案?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)在地圖制圖、測(cè)繪、城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通、礦產(chǎn)和環(huán)保等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，有望進(jìn)一步推動(dòng)空間信息技術(shù)的發(fā)展。
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城鄉(xiāng)規(guī)劃建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)研究？
隨著城市規(guī)劃信息化不斷發(fā)展，城鄉(xiāng)規(guī)劃領(lǐng)域積累了大量圖形和空間數(shù)據(jù)，本文從城市建設(shè)項(xiàng)目所經(jīng)歷的各階段規(guī)劃審批流程入手，梳理建設(shè)項(xiàng)目的生成周期，以關(guān)聯(lián)建筑物各階段圖形和屬性相關(guān)性為切入點(diǎn)，完成建設(shè)項(xiàng)目全生命周期信息關(guān)聯(lián)，形成城市建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)，在信息化管理平臺(tái)的支撐下，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模建筑空間數(shù)據(jù)管理和動(dòng)態(tài)更新，為城鄉(xiāng)規(guī)劃管理提供輔助決策支持手段。
1引言
日新月異的全球信息化發(fā)展過(guò)程中，空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及地理空間數(shù)據(jù)管理手段都面臨著新的挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)外各大城市都根據(jù)各自的需要，大力加強(qiáng)空間基礎(chǔ)設(shè)施信息的采集。對(duì)于城鄉(xiāng)規(guī)劃管理部門(mén)而言，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的信息化管理，掌握城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)生活的現(xiàn)狀和變化情況，作為城鄉(xiāng)規(guī)劃、城市建設(shè)和城市管理的重要基礎(chǔ)性工作顯得尤為重要。建筑物信息具有覆蓋面廣、數(shù)據(jù)量大、信息采集難度大等特點(diǎn)，通過(guò)建筑物信息可以準(zhǔn)確獲取城市的建筑量、容積率、建筑密度、使用功能、空間分布等詳細(xì)信息，是進(jìn)行城鄉(xiāng)規(guī)劃管理和城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。
以建設(shè)項(xiàng)目為核心的空間屬性信息分布于規(guī)劃、建設(shè)、房產(chǎn)等多部門(mén)的各個(gè)審批環(huán)節(jié)，例如：空間圖形、建筑屬性等。目前，由于缺乏全面的數(shù)據(jù)整合機(jī)制，信息采集得不到同一管理，嚴(yán)重影響到空間信息的利用水平。因此，結(jié)合城鄉(xiāng)規(guī)劃自身業(yè)務(wù)需求，構(gòu)建完備的城鄉(xiāng)規(guī)劃建筑物信息數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理體系，建立健全長(zhǎng)效的建筑空間信息統(tǒng)籌管理、維護(hù)更新機(jī)制，打破城市建筑空間信息資源庫(kù)的“信息孤島”格局，提升信息采集及數(shù)據(jù)應(yīng)用能力具有重要意義。
2方法和過(guò)程
2.1建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)構(gòu)建
城市建筑空間信息的整合，實(shí)現(xiàn)了各種建筑圖形數(shù)據(jù)的集中化管理。通過(guò)在建筑數(shù)據(jù)整合的過(guò)程中形成一套城市空間建筑信息的管理和工作機(jī)制，實(shí)現(xiàn)建筑全流程信息的整合建庫(kù)和智能化更新，并通過(guò)完善的數(shù)據(jù)共享接口，實(shí)現(xiàn)各相關(guān)部門(mén)的數(shù)據(jù)互聯(lián)，促進(jìn)建筑空間信息成果的有效應(yīng)用?；谝陨显颍滦统鞘薪ㄖ臻g數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理模式的構(gòu)建應(yīng)致力于于以下幾個(gè)方面的研究：
（1）一套標(biāo)準(zhǔn)：以全過(guò)程建筑數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建為基礎(chǔ)，建立一套宏觀、中觀、微觀的建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)體系。提出建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)的架構(gòu)，明確建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的內(nèi)容，建立建筑空間信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)信息編碼規(guī)則、用途分類、調(diào)查表、技術(shù)并肢方案、成果要求和標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行明確和詳細(xì)的規(guī)定。研究制定空間數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)流程和數(shù)據(jù)更新機(jī)制，滿足智慧城市背景下城鄉(xiāng)規(guī)劃基礎(chǔ)建筑數(shù)據(jù)管理的需求。
（2）一組流程：全流程圖形和信息的整合多源建筑數(shù)據(jù)建庫(kù)。在統(tǒng)一數(shù)據(jù)整合流程、明確數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，以城市建設(shè)與規(guī)劃審批管理單元為核心，梳理并入庫(kù)城市建設(shè)相關(guān)的全過(guò)程建筑圖形和屬性數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)以城市用地功能單元為基礎(chǔ)的建設(shè)項(xiàng)目圖、文、表、檔信息全生命周期關(guān)聯(lián)。
（3）一個(gè)平臺(tái)：研發(fā)基于GIS的建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、瀏覽查詢、數(shù)據(jù)編輯、統(tǒng)計(jì)分析與決策輔助等功能，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模建筑空間數(shù)據(jù)的可視化存儲(chǔ)、編輯、管理、更新。在此基礎(chǔ)上結(jié)合建筑數(shù)據(jù)庫(kù)的屬性信息進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，并就建筑信息在城鄉(xiāng)建設(shè)與規(guī)劃管理的各領(lǐng)域研發(fā)相匹配的應(yīng)用功能，構(gòu)建通過(guò)相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)跨部門(mén)的數(shù)據(jù)共享交換的目標(biāo)。
（4）一系列應(yīng)用：通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外建筑空間信息管理應(yīng)用領(lǐng)域的研究分析，歸納梳理不同的建筑雹配空間數(shù)據(jù)的類別及要求，建立建筑空間數(shù)據(jù)的“量”屬性集，構(gòu)建基于建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)劃決策輔助范式，服務(wù)于規(guī)劃編制、審批、源蔽指批后管理、政策決策支持等方面的需求。
2.2建設(shè)項(xiàng)目空間信息流轉(zhuǎn)機(jī)制梳理
2.2.1多元建筑圖形資源運(yùn)行流轉(zhuǎn)周期梳理建筑物空間信息是在以建設(shè)項(xiàng)目為主體基于建設(shè)項(xiàng)目所在地對(duì)應(yīng)城鄉(xiāng)規(guī)劃條件下，經(jīng)過(guò)各類城市空間管理部門(mén)報(bào)建審批流程中逐漸形成的。因此，梳理各部門(mén)對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)下所產(chǎn)生的建筑空間信息十分必要。通過(guò)對(duì)城市建設(shè)職能部門(mén)業(yè)務(wù)分析，涉及項(xiàng)目建設(shè)空間管理的部門(mén)主要是國(guó)土、規(guī)劃、住建房產(chǎn)；從建筑空間管控的角度來(lái)說(shuō)，國(guó)土部門(mén)的管理主要是項(xiàng)目用地層面，規(guī)劃部門(mén)的管理是落實(shí)由用地至建筑單體的層面，住建房產(chǎn)部門(mén)的建筑空間管理主要是體現(xiàn)在房屋及房屋內(nèi)戶信息管理。各職能部門(mén)的建設(shè)項(xiàng)目審批要素梳理如表1所示。
2.2.2建立多維信息關(guān)聯(lián)的建筑數(shù)據(jù)管理模式建筑屬性數(shù)據(jù)庫(kù)作為建筑圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的外部屬性，是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析的重要基礎(chǔ)。它可以進(jìn)行建筑空間信息的綜合、深層次分析，能夠輔助進(jìn)行空間定位和顯示空間實(shí)體分布特征，為規(guī)劃管理、規(guī)劃決策提供重要的參考信息。城鄉(xiāng)規(guī)劃管理、編制、設(shè)計(jì)等工作對(duì)于建筑物信息的需求層次不同，需要建立基于建設(shè)項(xiàng)目的宏觀、中觀和微觀管理結(jié)構(gòu)，從不同的維度實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑信息的分析、管理和提取。建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)需要構(gòu)建一套從不同維度聚類分析的數(shù)據(jù)管理模式。為滿足城鄉(xiāng)規(guī)劃中建筑信息各層次應(yīng)用需求，本研究提出建立“項(xiàng)目-單體-樓層-戶型”的多級(jí)建筑信息管理模式，通過(guò)項(xiàng)目編號(hào)、單體編號(hào)建立建設(shè)項(xiàng)目與單體的空間屬性聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的一體化管理。宏觀層次：以國(guó)土紅線、用地紅線、控規(guī)地塊為基本單元，實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的邊界、容積率、建設(shè)性質(zhì)等指標(biāo)統(tǒng)一化管理。
中觀層面：以建筑單體為基本單元，實(shí)現(xiàn)建筑物建筑高度、層數(shù)、使用功能、棟數(shù)等建筑物的管理。微觀層面：以建筑內(nèi)的樓層和戶型為基本單元，實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)的建筑構(gòu)件、樓層信息、戶型信息和預(yù)售、銷售信息的管理（圖1）。
2.2.3以需求為導(dǎo)向的城鄉(xiāng)規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)城鄉(xiāng)規(guī)劃建筑空間信息庫(kù)作為城市建設(shè)實(shí)施成果載體，涵蓋了與城鄉(xiāng)規(guī)劃相對(duì)應(yīng)的圖形信息庫(kù)和屬性信息，通過(guò)對(duì)建筑空間信息的綜合、深層次分析，輔助進(jìn)行空間定位和顯示空間實(shí)體分布特征，為規(guī)劃管理、決策提供重要的參考信息。以城鄉(xiāng)規(guī)劃應(yīng)用需求為導(dǎo)向，在合理的建筑特質(zhì)屬性范疇內(nèi)構(gòu)建深度優(yōu)化的建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，是建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)的重要工作內(nèi)容。主要包括：規(guī)劃編制現(xiàn)狀信息分析提取、重大決策輔助支持、建筑全生命周期信息查詢、城市建筑保護(hù)等方面。基于此設(shè)計(jì)相應(yīng)的建筑屬性結(jié)構(gòu)庫(kù)，將直接為城鄉(xiāng)規(guī)劃工作的開(kāi)展提供有利的輔助手段（圖2）。
2.3建筑空間庫(kù)的整合和更新流程機(jī)制
2.3.1建筑空間圖形與屬性整合流程在梳理各類建筑空間數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)階段、制定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，須對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面整合。整合的主要工作包括完成各階段數(shù)據(jù)信息采集、圖形轉(zhuǎn)換和信息補(bǔ)充調(diào)查等，工作流程如下：（1）圖形整合：以現(xiàn)狀地形圖為基礎(chǔ)，完成建筑物GIS要素建庫(kù)，對(duì)地形圖尚未更新的建筑物，結(jié)合定位紅線、竣工驗(yàn)線以及遙感影像圖，輔以現(xiàn)狀補(bǔ)充調(diào)查進(jìn)行補(bǔ)充要素，完成區(qū)域內(nèi)建筑物圖形整合。（2）屬性要素錄入：根據(jù)建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)的要求，完成建筑物屬性項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，單體建筑物的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，單體內(nèi)信息的屬性錄入。
（3）信息關(guān)聯(lián)：在完成項(xiàng)目圖形和屬性錄入的基礎(chǔ)上，根據(jù)項(xiàng)目信息及單體信息，關(guān)聯(lián)規(guī)劃主管部門(mén)的審批信息、圖形材料和文本材料信息，使建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容與規(guī)劃信息無(wú)縫銜接，并預(yù)留端口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期與房產(chǎn)等部門(mén)數(shù)據(jù)對(duì)接。數(shù)據(jù)整理流程如圖3。2.3.2建筑空間數(shù)據(jù)更新機(jī)制研究在整合各階段建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析城鄉(xiāng)規(guī)劃的建設(shè)審批流程階段數(shù)據(jù)更新的特點(diǎn)，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)更新機(jī)制，以確保建筑空間數(shù)據(jù)的更新及時(shí)、精準(zhǔn)。數(shù)據(jù)更新主要設(shè)置在以下階段：建設(shè)項(xiàng)目總平面圖階段：在項(xiàng)目進(jìn)入建設(shè)項(xiàng)目總平面圖審核時(shí)，完成審定總平面圖的規(guī)整、項(xiàng)目范圍與相應(yīng)建筑輪廓線的上圖、建設(shè)項(xiàng)目屬性和建筑單體屬性關(guān)聯(lián)錄入等三方面工作，該階段所有建筑標(biāo)識(shí)為在報(bào)狀態(tài)。
建設(shè)工程規(guī)劃許可階段：在建設(shè)項(xiàng)目核發(fā)建設(shè)工程許可之后，完成定位紅線規(guī)整及上圖、定位圖中建筑輪廓線取代原總圖建筑輪廓線并錄入相應(yīng)屬性等兩方面工作，該階段的建筑物標(biāo)識(shí)為在建狀態(tài)；竣工驗(yàn)收許可階段：在建設(shè)項(xiàng)目核發(fā)竣工許可之后，完成竣工驗(yàn)線圖規(guī)整及上圖、竣工圖建筑輪廓線替換原定位圖建筑輪廓線并錄入相應(yīng)屬性等兩方面工作，該階段的建筑物標(biāo)識(shí)為已建狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目生命周期內(nèi)的建筑空間數(shù)據(jù)更新（圖4）。
3實(shí)證案例
3.1建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建——以長(zhǎng)沙市湘江新區(qū)為例
為全面掌握城市建筑空間分布特征，長(zhǎng)沙市開(kāi)展建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用研究。本研究結(jié)合城市建設(shè)過(guò)程規(guī)劃管理部門(mén)審批的圖形和審批屬性，構(gòu)建以湘江新區(qū)為試點(diǎn)區(qū)域的建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)。本研究共錄入竣工驗(yàn)線圖建筑物4398棟，定位紅線圖建筑物3970棟，全要素地形圖和線化地形圖建筑物91484棟，結(jié)合衛(wèi)星影像對(duì)現(xiàn)存建筑物進(jìn)行補(bǔ)充，核查補(bǔ)錄建筑物3112棟，結(jié)合建筑物使用功能及城鄉(xiāng)規(guī)劃用地分類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)建筑物建筑性質(zhì)進(jìn)行類別劃分，完成建筑性質(zhì)、建筑年代、高度、材質(zhì)等信息的錄入，形成長(zhǎng)沙市湘江新區(qū)全面的建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)，并在此基礎(chǔ)上，完成長(zhǎng)沙市建筑空間數(shù)據(jù)管理平臺(tái)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)編輯和數(shù)據(jù)分析功能，實(shí)現(xiàn)建筑數(shù)據(jù)在規(guī)劃審批、編制中的輔助決策作用（圖5）。
3.2建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用
建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)建成后，可以在城市建筑容量分析、城市空間形態(tài)研究、公共配套設(shè)施服務(wù)范圍評(píng)估、項(xiàng)目選址分析、建設(shè)用地儲(chǔ)備，規(guī)劃編制、規(guī)劃修改等規(guī)劃實(shí)施全過(guò)程開(kāi)展服務(wù)和應(yīng)用，并且可以結(jié)合規(guī)劃審批的需求，及時(shí)提取和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，為城鄉(xiāng)規(guī)劃發(fā)展和決策提供重要定量依據(jù)，建筑空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用體系見(jiàn)圖6。3.2.1城市建筑容量分析建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)具有建筑信息詳盡的特點(diǎn)，可以快速提取特定區(qū)域的建筑現(xiàn)狀信息，且可以對(duì)已實(shí)施的城鄉(xiāng)總規(guī)、分區(qū)規(guī)劃和控制性規(guī)劃范圍內(nèi)的建筑物容積率、建筑密度、建筑高度、各類建筑物用地面積與建筑面積等控制性指標(biāo)進(jìn)行核算，通過(guò)建筑物信息建庫(kù)和屬性錄入，建筑物樓層、建設(shè)年代、建筑性質(zhì)、基底面積、建筑總面積等方面信息都可在地理空間上進(jìn)行自定義統(tǒng)計(jì)，且通過(guò)與控制性詳細(xì)規(guī)劃、衛(wèi)星影像等圖形進(jìn)行疊加，能夠快速導(dǎo)出相應(yīng)的建設(shè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，服務(wù)于規(guī)劃編制的數(shù)據(jù)支持（圖7）。3.2.2規(guī)劃實(shí)施效果評(píng)估通過(guò)對(duì)片區(qū)內(nèi)的建筑容積率、建筑密度、建筑高度、各類建筑面積等控制指標(biāo)進(jìn)行核算，并與相應(yīng)規(guī)劃的指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，可對(duì)規(guī)劃的實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，為規(guī)劃修改與調(diào)整、規(guī)劃管理與政策安排提供依據(jù)（圖8）。
3.2.3城市空間形態(tài)研究根據(jù)建筑空間信息庫(kù)內(nèi)不同年代建筑物空間分布，構(gòu)建建筑空間拓展等時(shí)線，從而分析城市空間邊界的演化方向和演化加速度，直觀可視化的把握城市的發(fā)展過(guò)程（圖9）。通過(guò)特定視角下的建筑高度分布分析，可以演化得出城市建筑高度分布天際線，服務(wù)于建設(shè)項(xiàng)目審批過(guò)程，為塑造優(yōu)美城市景觀、天際線、最終構(gòu)建城市建筑體系起到輔助作用（圖10）。
4展望
建筑空間信息資源的整合改善了城鄉(xiāng)規(guī)劃輔助手段，提高了規(guī)劃編制、規(guī)劃審批、批后管理等業(yè)務(wù)實(shí)施精準(zhǔn)可靠性，為科學(xué)規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持。但隨著技術(shù)的進(jìn)步、城鄉(xiāng)建設(shè)的飛速發(fā)展，城鄉(xiāng)規(guī)劃管理工作面臨更高的要求。建筑信息資源整合須立足高點(diǎn)，在滿足多用戶的使用和共享的同時(shí)，又要滿足建筑信息的深度挖掘的需要。信息資源的廣覆蓋和深挖掘是一項(xiàng)復(fù)雜的命題，建筑空間信息資源整合更是規(guī)劃信息化工作的一項(xiàng)長(zhǎng)期任務(wù)，是一個(gè)不斷循環(huán)和提高的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，困難與挑戰(zhàn)并存，為滿足人們對(duì)信息深層次的追求，建筑空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)未來(lái)工作應(yīng)從以下方面開(kāi)展深入研究。
4.1建筑信息多維信息管理
結(jié)合BIM和城市仿真的發(fā)展需求，建立“二維”+“三維”的數(shù)據(jù)瀏覽、查詢和展現(xiàn)形式，實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的項(xiàng)目單元、樓棟單元，樓層單元的建筑信息精細(xì)化管理。以3DVP三維地理信息系統(tǒng)內(nèi)核為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)規(guī)劃管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)與三維平臺(tái)之間的無(wú)縫集成，支持二三維視圖同步聯(lián)動(dòng)、二三維信息融合查詢、三維規(guī)劃空間分析等圖文交互功能，為規(guī)劃管理提供多元化的空間信息參考，增進(jìn)審批決策的科學(xué)性（圖14）。
4.2“建筑信息數(shù)據(jù)庫(kù)+”應(yīng)用模式
建筑物管理的信息化、智能化，構(gòu)建了“智慧城市”的物理底層基礎(chǔ)，而為了進(jìn)一步豐富建筑物信息的內(nèi)涵，需要探索建筑物信息與其他行業(yè)信息的整合，如能源使用信息、人動(dòng)和居住信息、交通信息等，形成“建筑信息數(shù)據(jù)庫(kù)+”應(yīng)用模式，從而探索建筑空間數(shù)據(jù)庫(kù)在規(guī)劃編制、規(guī)劃審批、批后管理和實(shí)施評(píng)估等階段及其他各行業(yè)的廣泛應(yīng)用（圖15）。
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海量空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
(一)空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)
隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，并出現(xiàn)了很多新的空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)(黃釗等，2023)，其中應(yīng)用最廣的就是用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(RDBMS)來(lái)管理空間數(shù)據(jù)。
用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)來(lái)管理空間數(shù)據(jù)，主要解決存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的空間數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)接口問(wèn)題，即空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎(SpatialDatabase Engine)(熊麗華等，2023)。更確切地說(shuō)，空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是解決空間數(shù)據(jù)對(duì)象中幾何屬性在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的存取問(wèn)題，其主要任務(wù)是:
(1)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理空間數(shù)據(jù);
(2)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取空間數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為GIS應(yīng)用程序能夠接收和使用的格式;
(3)將GIS應(yīng)用程序中的空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，交給關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理。
空間數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要有三種模式:拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式、Oracle Spatial模式和ArcSDE模式。拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式將空間數(shù)據(jù)模春存在文件中，而將屬性數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，二者以一個(gè)關(guān)鍵字相連。這樣分離存儲(chǔ)的方式由于存在數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)困難、數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度慢、多用戶數(shù)據(jù)并發(fā)共享沖突等問(wèn)題而不適用于大型空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)。而OracleSpatial實(shí)際上只是在原來(lái)的數(shù)據(jù)庫(kù)模型上進(jìn)行了空間數(shù)據(jù)模型的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)的是“點(diǎn)、線、面”等簡(jiǎn)單要素的存儲(chǔ)和檢索，所以它并不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)之間復(fù)雜的拓?fù)潢P(guān)系，也不能建立一個(gè)空間幾何網(wǎng)絡(luò)。ArcSDE解決了這些問(wèn)題，并利用空間索引機(jī)制來(lái)提高查詢速度，利用長(zhǎng)事務(wù)和版本機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)操縱同一類型數(shù)據(jù)，利用特殊的表結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成等(熊麗華等，2023)。
ArcSDE是ESRI公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)中間件產(chǎn)品，所謂中間件是一個(gè)軟件，它允許應(yīng)用元素通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行互操作，屏蔽其下的通訊協(xié)議、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)和其他應(yīng)用服務(wù)。中間件位于客戶機(jī)/服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，管理計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)通訊，并營(yíng)造出一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的高層應(yīng)用環(huán)境，使開(kāi)發(fā)人員可以集中精力于系統(tǒng)的上層開(kāi)發(fā)，而不用過(guò)多考慮系統(tǒng)分布式環(huán)境下的移植性和通訊能力。因此，中間件能無(wú)縫地連入應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境中，應(yīng)用程序可以很容易地定位和共享中間件提供的應(yīng)用邏輯和數(shù)據(jù)，易于系統(tǒng)集成。在分布式的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，客戶端的應(yīng)用程序如果要訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)上某個(gè)服務(wù)器的信息，而服務(wù)器可能運(yùn)行在不同于客戶端的操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中。此時(shí)，客戶機(jī)的應(yīng)用程序中負(fù)責(zé)尋找數(shù)據(jù)的部分只需要訪春擾問(wèn)一個(gè)數(shù)據(jù)訪問(wèn)中間件，由該中間件完成網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)或服務(wù)的查找，然后將查找的信息返回給客戶端(萬(wàn)定生等，2023)。因此，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的基本思想就是利用ArcSDE實(shí)現(xiàn)各類空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
目旦森耐前，空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)已比較成熟，出現(xiàn)了許多類似ArcSDE功能的中間件產(chǎn)品，這些軟件基本上都能實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)與管理，但對(duì)于海量空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，各種軟件性能差別較大。隨著數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)在分析處理上會(huì)產(chǎn)生很多問(wèn)題，比如數(shù)據(jù)不可能一次完全被讀入計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中進(jìn)行處理。單純依賴于硬件技術(shù)，并不能滿足持續(xù)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)的處理要求。因此需要在軟件上找到處理海量數(shù)據(jù)的策略，并最終通過(guò)軟硬件的結(jié)合完成對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理。在海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問(wèn)題上，許多專家從不同側(cè)面進(jìn)行過(guò)研究，Lindstrom在地形簡(jiǎn)化中使用了外存模型(Out-of-core)技術(shù);鐘正采用了基于數(shù)據(jù)分塊、動(dòng)態(tài)調(diào)用的策略;汪國(guó)平等人在研究使用高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行三維海量地形數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互瀏覽中，采用了分塊、多分辨率模板建立模型等方法。這些技術(shù)、方法已經(jīng)在各自系統(tǒng)上進(jìn)行了研究和實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用的ArcSDE軟件基本上也是采用分塊模型的方法，具體存儲(chǔ)和操作不需要用戶過(guò)多了解，已經(jīng)由ArcSDE軟件實(shí)現(xiàn)。因此，對(duì)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理，更需要從數(shù)據(jù)的組織方式等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。塔里木河流域生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集了大量的遙感影像、正射影像等柵格結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有很大的數(shù)據(jù)量，為適應(yīng)流域空間基礎(chǔ)設(shè)施的管理需要，采取一種新的方式來(lái)管理、分發(fā)這些海量數(shù)據(jù)以適應(yīng)各部門(mén)的快速瀏覽和管理需要。
(二)影像金字塔結(jié)構(gòu)
影像數(shù)據(jù)庫(kù)的組織是影像數(shù)據(jù)庫(kù)效率的關(guān)鍵，為了獲得高效率的存取速度，在數(shù)據(jù)的組織上使用了金字塔數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格分塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該技術(shù)主導(dǎo)思想如下:
(1)將數(shù)據(jù)庫(kù)中使用到的紋理處理成為大小一致的紋理塊;
(2)為每塊紋理生成5個(gè)細(xì)節(jié)等級(jí)的紋理，分別為0、1、2、3、4，其中1級(jí)紋理通過(guò)0級(jí)紋理1/4壓縮得到，2級(jí)紋理通過(guò)1級(jí)紋理1/4壓縮得到，…，以此類推;
(3)在顯示每個(gè)塊數(shù)據(jù)之前，根據(jù)顯示比例的大小，并以此決定該使用那一級(jí)的紋理;
(4)在內(nèi)存中建立紋理緩沖池，使用LRU算法進(jìn)行紋理塊的調(diào)度，確保使用頻率高的紋理調(diào)度次數(shù)盡可能少。
(三)影像數(shù)據(jù)壓縮
影像數(shù)據(jù)壓縮有無(wú)損壓縮和有損壓縮兩個(gè)方法，具體采取哪種壓縮方法需根據(jù)具體情況確定。對(duì)于像元值很重要的數(shù)據(jù)，如分類數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)等采用無(wú)損壓縮(即LZ77算法)，否則采用有損壓縮(即JPEG算法)。通過(guò)對(duì)影像數(shù)據(jù)的壓縮，一方面可以節(jié)約存儲(chǔ)空間，另一方面可以加快影像的讀取和顯示速度。影像數(shù)據(jù)的壓縮一般與構(gòu)建金字塔同時(shí)進(jìn)行，在構(gòu)建影像金字塔過(guò)程中自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的壓縮。
關(guān)于空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法的介紹到此就結(jié)束了，不知道你從中找到你需要的信息了嗎 ？如果你還想了解更多這方面的信息，記得收藏關(guān)注本站。
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