基于MAPGIS工作流的矢量数据库建库方案.pdf

第34卷第3期 2009年5月 测绘科学 Science of Surveying andMapping Vol134 No13 May 作者简介周顺平19672 , 男,云南 人,教授,博士生导师,主要从事GIS 基础软件和空间数据库方面的科研及应 用开发工作。 收稿日期 2008204209 基金项目国家科技支撑计划子课题 基于MapGIS平台的数据库管理系统建 设子课题编号 2006BAB10B022B ;国 家高技术研究发展计划863项目支持 增量更新的分布式异构空间数据无缝集成技术研究与软件开 发项目编号 2007AA12Z204 基于MAPGIS工作流的矢量数据库建库方案 周顺平,郝 苗,田俊明,左泽均 中国地质大学 信息工程学院,武汉 430074 【 摘 要 】矢量数据库是国家基础地理信息系统的重要组成部分,目前已在国家许多部门得到广泛应用。传统的 矢量数据库建库方式都是面向过程的,建库流程单一且操作步骤繁琐,矢量地形数据库的数据量庞大、数据内容 复杂,建库过程相当的缓慢。为了克服传统建库方式的缺陷,本文引入了工作流技术,将建库过程抽象为几个工 作流的节点,通过界面配置获取节点参数,通过工作流引擎控制建库过程,使建库流程可搭建可控制,以达到自 动化建库的目标。通过国家1∶250 000矢量地形数据库建库实例证明了本方案的可行性。 【 关键词 】MapGIS;矢量数据库;工作流;建库 【 中图分类号 】P208 【 文献标识码 】A 【 文章编号 】1009223072009 0320217203 1 引言 基础地理信息是构建 “ 数字中国 ”空间数据框架的基 础,也是各种专题信息最重要的空间信息载体 [1]。近年来 , 我国正在逐步建成国家级基础地理信息系统NFGIS ,数 字中国地理空间框架数据体系也在逐步形成,建成了全国 1∶1000 000、1∶250 000和1∶50 000基础地理数据库,包含 矢量地形数据库、地名数据库、正射影像数据库等。但是, 国家级基础地理信息系统采用的是国外的软件平台,每年 需要大量的软件维护费用,并且地理空间数据是国家的敏 感数据,大量使用国外的GIS软件威胁着国家信息安全, 因此迫切需要建立基于国产GIS平台的国家级基础地理信 息管理集成系统。本文针对国家基础地理数据库中的矢量 地形数据库,以1∶250 000比例尺为例,对基于国产GIS软 件MAPGIS平台的矢量数据库的设计以及建库过程进行了 研究,在建库流程设计中引入了工作流思想,实现了建库 过程的自动化。 2 矢量数据库总体设计 211 MAPGIS矢量数据库管理模式 MAPGIS是大型地理信息系统软件平台,它提供了一个 海量地理数据管理、访问的软件平台和适合国家级、省市 级的地理信息系统的完整的解决方案 [2]。MAPGIS 710通过 地图集对矢量数据进行组织和管理。地图集是GeoDatabase 的一个有效组成部分,对GeoDatabase中的同一个空间参照 系的矢量数据按照层类、图幅进行分类组织并进行管理, 地图集与GeoDatabase的关系如图1所示,它可以按照层类 和图幅两种方式进行表达。 地图集是按照横向图幅、纵向层类的方式对矢量数据 进行组织的,图幅是一个基本的图形单元,以图幅为单位 图1 地图集与Geo 图2 矢量数据库 Database的关系 功能模块设计 构成平面,一个图幅中又由若干层重叠而成,将矢量数据 按照地物类要素类型进行逻辑分层,不同类型的实体放在 不同层里。 212 1∶250 000矢量地形数据库的数据内容 1∶250 000国家基础地理信息数据库由3个数据库组成 地形数据库、数字高程模型数据库DE M和地名数据库。 1∶250 000地形数据库是其中数据量最大、数据关系复杂的 矢量数据库 [3]。该数据库覆盖全国 816幅地形图图幅范围, 结合MAPGIS 710地图集的数据管理模型和层类划分特点, 将矢量地形数据分为14个逻辑图层,涵盖了境界、居民 地、交通道路、河流水系、等高线等要素内容的基础地理 数据。 213 功能模块设计 全国1∶250 000矢量地形数据库管理系统将在国家基础 地理信息系统中运行,主要用于对全国1∶250 000地形数据 库的管理、维护、更新、应用等 [3] ,系统功能应包括视图 管理、查询检索、数据输出、数据编辑、数据维护等模块, 其功能结构如图2所示。 图3 MapGIS工作流 图4 基于工作流的 引擎模块图 矢量建库模型 3 矢量数据库的建立 311 基于MapGIS网络的工作流管理系统模型 根据工作流联盟WF MC的定义,工作流是一类能够完 全或者自动执行的管理过程,根据一系列过程规则,文档、 信息或任务能够在不同的执行者之间进行传递与执行 [4]。工 作流中一个运行的流程包括流程、节点、办理项三个逻辑单 测绘科学 第34卷 图5 建库流程搭建方式 元。一个流程由多个节点 组成,这些节点按照一定 的业务需求构成过程的运 行顺序 [5]。工作流管理系 统是一个软件系统,它完 成工作流的定义和管理, 并按照在计算机中预先定 义好的工作流逻辑推进工 作流实例的施行 [4]。 网络是由若干线性实体互连而成的一个系统,资源经 由网络来传输,实体间的联络也经由网络来完成。构成网 络的最基本元素是线性实体以及这些实体的链接交汇点, 前者称为网线,后者称为结点。网络元素间的拓扑关系是 网络的重要特性。在网络中,结点是和网线紧密联系的, 网线的两端是结点,结点与一条或多条网线相联系。在 MapGIS网络的空间数据库中,每条网线都有其拓扑数据, 记录着与它相联系的前后结点,每个结点也有其拓扑数据, 记录着与它相联系的全部网线。 通过对MapGIS网络数据模型和工作流管理系统模型的 研究,定义一个基于GIS网络的工作流模型,在这个模型 中,定义一个网络实体流程模板 , 作为工作流中的一个 过程定义;网络上的结点实体,作为工作流的一个活动; 结点与结点的连通关系线实体 , 作为工作流活动之间的 条件路由;通过结点与结点间的连接方向,控制工作流活 动的流转方向。 MapGIS工作流管理系统定义了一个可视化流程编辑 器,实现新建流程模板、流程结点绘制、结点信息配置、 流程结点连接添加线实体、线实体属性信息路由条件 配置等功能。需求调查人员可以在需求调查时,就将流程 画好,通过这个可视化的流程与用户进行交流确认。工作 流可视化编辑工具同时也是系统维护必须的系统管理员工 具,当业务有调整或人员有变动,可以直接通过可视化编 辑工具进行调整。 工作流引擎是工作流管理系统的核心,通过工作流引 擎来解释业务过程的过程定义、驱动过程和活动的执行、 维护工作流控制数据和工作流相关数据、提供支持用户操 作的接口。MapGIS工作流引擎模块主要提供流程定义管 理、活动配置管理、流程控制管理、案件库管理和移交模 型管理等功能,如图3所示。 312 MapGIS工作流管理系统在矢量数据库建库中的应用 工作流管理系统应用开发步骤为工作流过程建模、工 作流过程实例化和工作流运行三个阶段 [6]。通过工作流建 模工具完成业务流程模型的建立,将实际业务流程转化为 计算机可处理的工作流模型;实例化阶段为每个过程设定 运行所需的参数,并分配给每个活动者执行活动所需的权 限,即定义整个工作流运行的各个参数,包括过程的流转 对象、每个活动节点的所有者、活动持续时间等;工作流 过程运行是在流程设计完成并通过测试后的运行阶段,在 这个过程中重要的任务是完成人机交互和应用的执行,并 对过程的执行情况进行监控与跟踪。 31211 建库流程建模 结合MapGIS工作流管理系统模型,对建库流程进行建 模,将建库流程定义为7个工作流的节点创建地理数据 库、创建地图集、自动生成图幅、创建层类、数据检查、 数据分发、数据上载。下面结合1∶25万矢量地形数据库实 例,详细描述建库流程。 ① 创建地理数据库创建地理数据库是为地理数据提 供数据存储的空间位置,以便于对地理数据的管理,在本 实例中,是采用MapGIS GeoDatabase Oracle模式来存储和 管理空间数据的;② 创建地图集,用来对矢量数据进行管 理;③ 自动生成图幅创建图幅是为了对入库的地理数据 在地理位置上进行管理,对于入库的数据,根据其边界多 边形而将其放置在不同的图幅中,使地理数据在空间上有 序, MapGIS地图集支持三种分幅方式等高宽的矩形分 幅、等经纬度的梯形分幅以及不定形的任意分幅,在本实 例中选用第三种分幅方式,通过导入标准分幅索引区文件, 生成覆盖全国范围的816幅图幅;④创建层类,根据矢量 地形数据的要素内容生成212所述的14个要素图层;⑤ 数 据检查,也称入库预处理,包括对数据文件的属性结构和 图幅范围等的检查,将不合法的数据文件剪切到错误目录 单独处理,最后生成入库预处理报告,统计整个入库预处 理过程的文件总数、文件大小、用时统计等;⑥ 数据分发 单机的数据上载中,每个被上载的文件都需要一段准备时 间,在上载完一个文件准备下一个文件的时候, Oracle将 一直处于空闲状态,这样浪费了大量的服务器时间,为避 免对时间的浪费采取数据分发策略,把要上载的数据分成 若干小块,分发到不同的计算机上,为并行上载做准备; ⑦ 上载数据,数据分发过程完成后,在控制台上运行远程 命令调用上载工具,控制多台计算机向Oracle服务器并行 上载数据,以提高数据上载效率。 该建库模型可以划分为人机交互、支撑系统和数据库 三个层次,如图4所示。 31212 建库流程实例化 实例化阶段主要完成建库流程节点的参数设定,前四个 节点获得要创建的地理数据库信息、地图集信息、图幅和层 类信息,数据检查节点不需要设置任何参数,其在工作流程 中是一个虚节点,该过程在数据分发节点中运行。在数据分 发节点中,完成分发目录参数设置后,会自动对分发目录下 的各个文件进行数据合法性检查,将检查后的相关信息作为 数据上载的输入参数,并生成入库预处理报告。 流程节点的绘制通过可视化流程编辑器进行,通过参 数编辑对话框实现人机交互,获得参数信息,并将其存储 到XML文件中,实现永久化存储。 31213 建库流程运行 工作流过程运行时,通过MapGIS工作流引擎控制流程 节点执行顺序,监控运行过程。基于MapGIS工作流的建库 过程是可搭建的,由于建库流程中 “ 自动生成图幅 ”和 “ 创建层类 ”这两个步骤是可以颠倒的,因此可以根据用户 喜好将其搭建为两个不同的流程,如图5所示。在工作流 执行过程中通过输出窗口可以看到当前正在执行的步骤, 上载过程出错时支持断点续传。 313 基于工作流的矢量数据库建库方式与传统建库方式对比 本文对两种建库方式进行了对比,如表1所示,基于 工作流的矢量数据库建库方式在自动化程度、数据上载方 式和过程可控程度上都有较大优势。 表1 两种建库方案的比较 过程化矢量图库建库 基于工作流的矢量图库 建库 建库方式面向过程面向对象 自动化程度 操作繁琐需要有专门人 员在计算机旁边等待 操作简单,真正实现了 无人值守 数据上载方式串行上载并行上载 过程控制固定的流程搭建式的,流程可控制 4 结束语 基于MapGIS工作流的矢量数据库建库方案吸取了工作 流管理系统灵活可搭建的优点,使用通用的XML文件存储 下转第136页 812 测绘科学 第34卷 有时甚至改变了问题的实质,例如一个极端的例子 X 10 01 01 ,中心化后为珟X 2 3 - 2 3 - 1 3 1 3 - 1 3 1 3 ,很显 然矩阵X的两个列向量间相互独立,并且是正交的,而中 心化后得到的矩阵 珟X是存在严格的复共线性的。 3 对系数矩阵或法矩阵的列向量之间的关系进行空间 几何分析,只是单纯的从复共线性的角度和参数之间的关 系来考虑病态性的;从病态产生原因的角度并结合实际意 义来讲,还需要对系数矩阵的行向量之间及行向量构成的 子空间之间的关系进行讨论,文献[7]就是从此角度出发 进行了有益的探讨。 4 条件数反应了矩阵特征值的离散程度,但它无法判 定到底有多少个复共线性。本文中所提及的几何方法,如 利用超正多面体中最长边相对于其他边长的比例或超椭球 在哪些方向被压扁均可以进行判断,并可大致定位。但多 大的比例和压扁的程度是多少时才能算是存在复共线性, 我们一般以阈值30作为衡量但这只是凭经验所定,理论研 究还需做进一步的探讨。 6 结束语 本文将病态矩阵与空间图形联系在一起,从空间几何 的体积和形状这一直观的角度对病态性进行了分析,并从 公式上给予了严密的证明,加深了读者的印象;也给病态 性诊断的矩阵行列式法、特征分析法和条件数法赋予了几 何意义。 参考文献 [1 ]Belsley1D1A, ConditioningDiagnostics CollinearityandWeak Data in Regression [M ]1Wiley New York, 19911 [2 ]郭建锋 1测量平差系统病态性的诊断与处理[D ]1 中国人民解放军信息工程大学, 20021 [3 ]归庆明,姚绍文,顾勇为,郭建锋 1诊断复共线性的条件 指标2 方差分解比法[J ]1测绘学报, 2006, 3531 [4 ]薛树强,党亚民,章传银 1矩阵体积法原理及其在 水下差分GPS定位中的应用[ J ]1 海洋测绘, 2007, 272 62101 [5 ]李明,方宜 1矩阵的体积及其应用[J ]1西北师范 大学学报, 2005, 41 6 862901 [6 ]王章俊,王章雄 1n维Euclid空间中的平行体及其体 积[J ]1荆州师范学院学报, 2003, 265 162181 [7 ]冯遵得 1Ⅱ 类病态系统分析理论及其应用研究[D ]. 山东科技大学, 20061 [8 ]陈希孺,王松桂 1近代回归分析[M ]1合肥安徽 教育出版社, 19871 [9 ]郭秋英,等GPS快速定位方程的病态性对整周期模糊 度及基线解的影响[J ]1测绘科学, 2007, 32 21 [10]徐仲,张凯院,陆全,等 1矩阵论简明教程[M ]1 北京科学出版社, 20011 The spatial geometry representations of the ill2conditioned analysis Abstract The studies on themulticollinearitywere usually carried outon the basis of numerical analysis, which seemed to be ab2 stract and incomprehensible1In order to overcome this problem, this paper explores the multicollinearity from the perspective of spatial geometry1Taking advantage of the variation in the volume and shape, this paper succeeded in endowing the deter minant analysis, fea2 ture analysis and condition numberwith geometric meanings in the diagnostics and measurement of the multicollinearity1 Key words ill2conditioned measurement; spatial analysis; geometric meanings HAO W ei2feng①②,CHENZheng2yang②,ZHU Jian2jun②①L IES MARS, Wuhan University, Whuhan 430079,China;② School of Info2Physics and Geomatics Engineering, Central South University, Changsha 410083, China 上接第218页 流程参数使得建库流程可重用,同时并行上载方式提高了 数据上载的效率,这较之传统的建库软件有很大优势。然 而实际的矢量地形数据库数据量之庞大、数据结构之复杂 使得建库过程中总会出现无法正常上载的文件,本方案在 数据检查过程中对这些文件做了记录,而这些文件的上载 只能在建库流程结束后手动处理,如何实现对 “ 不合法 ” 文件的自动化处理以及如何进一步提高数据上载的效率都 将成为本文后续研究的内容。 参考文献 [1]王家耀,等 1关于地理信息系统与决策支持系统的 探讨[J ]1测绘科学, 2003, 2811 [2 ]郑坤,张剑波,杨慧 1基于MAPGIS的1∶50万土地 利用数据库系统设计与实现[J ]1地球科学, 2002, 273 2931 [3 ]商瑶玲,王东华,等 1全国1∶25万地形数据库的建 立与应用[J ]1测绘通报, 2001,10 291 [4 ]胡光,任满杰 1一种工作流管理系统新模型的研究 与实现[J ]1烟台大学学报自然科学与工程版 , 2007, 203 2001 [5 ]蔺杨,戚国强,孙培昕 1电子政务系统中工作流技 术的应用研究[J ]1信息技术, 2007,9 1191 [6 ]范玉顺 1工作流管理技术基础[M ]1北京清华大 学出版社, 20011 Vector database establishment scheme based on map GIS workflow Abstract The vector database is an i mportant part of the national basic geographic ination system1The traditional of vector database establishment isprocess2oriented, and it has fixed and complicated steps to establish a vector database1Besides the da2 ta count is huge and the structure of the vector data is complex, so it costs a lot of ti me to establish a vector database1In order to ac2 complish the Automation of the database establishment, a new with workflow technology is designed1A work flow model based onMapGIS is put forward in this paper1The process of database establishment is described as a few flow nodes, which are controlled by workflow engine, so the process becomes alterable, whichmakes it easier for users to define their own establishment steps1TheNa2 tional 1∶250 000 scale topographic database wasmanaged successfullywith the scheme discussed in this paper1 Key words MapGIS; vector database; workflow; database establishment ZHOU Shun2ping,HAO M iao,TIAN Jun2m ing,ZUO Ze2junFaculty of Ination Engineering, China University of Geosci2 ences, Wuhan 430074, China 631