基于Geodatabase 的矿区地质灾害数据库的设计*

高 佳

(西安科技大学 期刊中心，陕西 西安710054)

0 引 言

由于矿区特殊的地形地貌、地质构造、地层岩性、降雨和人类经济活动等因素，导致矿区的地质灾害问题较为突出。据相关专业调查表明，矿区地质灾害以滑坡、崩塌、泥石流为主，而这些地质灾害的发生会严重威胁到人民的生命财产安全。随着经济的飞速发展，各地政府部门及当地群众也开始提高对地质灾害的重视程度。矿区地质灾害的管理有助于减灾工作的开展，世界一些煤炭资源发达的国家，也都很关注对灾害数据的搜集整理以及对灾害数据库的建设等相关问题的研究。

中国煤炭资源丰富，煤炭资源分布面积约60多万平方公里，占国土面积的6%. 作为煤炭生产大国，矿区的地质灾害问题也十分严重，发生频率高，灾害损失也随之增加，但是对地质灾害数据库的信息管理研究相对缺乏，如今国内大都采用人工档案管理的方式，信息检索查询不便，以至于矿区地质灾害的防治工作不能有序进行［1-2］。有些地区的国土资源部门也开始建立部分地质灾害数据库，但是一般的数据库管理不能形象、快速地反馈灾害信息和相关情况，如果在GIS 的技术下建立一个地质灾害空间数据库，通过发挥GIS 的优势，从而实现灾情的有效监控，就可以大大提高防灾减灾工作的效率［3］。

目前，对矿区地质灾害的相关资料的调查有助于对地质灾害信息进行科学有效管理，为今后建立矿区地质灾害空间数据库的建立做好储备，一个标准、完善的数据库对建立一个灾害信息系统有重要意义，所以对数据库进行合理设计和建立也是至关重要的［4-6］。文中就以矿区地质灾害作为研究对象，详细讨论几种常见地质灾害数据库设计过程，从数据库设计理论和方法的角度介绍了基于Geodatabase 的地质灾害数据库的设计方法［7-9］。

1 矿区地质灾害数据库的适用性分析

1.1 地质灾害数据类型

一般外业人员进行野外现场调查时，对于地质灾害点及灾害隐患点大都使用手持GPS 卫星定位仪，加上罗盘和皮尺来确定地质灾害点的平面位置，再用测绳、皮尺实地测量灾害体的规模，确定地质灾害点的平面位置。内业人员则通过遥感影像，搜集相关的地质灾害数据。针对野外调查表的调查数据，室内进行整理后，每个灾害点要进行统一编号，为的是要与数据库进行关联，以便更方便地入库储存。另外还要收集相关图面资料，有区域地质概况、遥感影像图、地质灾害发育特征、地质灾害易发区划，矿区的地形地质图，更确切的还包括行政区划水系、交通、境界、居民地、地形等高线等地理地形图层和工程地质岩组界线、构造、产状等地质图层，以及各灾种的拍摄照片，实际位置、范围、程度等资料，以上这些数据经过整理，实际上就是分为3 种种类的数据［10］。它们是

1)空间数据图，包括有地质图、专业图层、地质灾害区划图、灾害隐患点分布图、灾害隐患点预案图等基础地理信息数据;

2)属性数据，它是主要反映地质灾害点的主要性质和特征，这里包括灾种的基本情况、稳定性、发生的原因、发生的规律、监测情况及防灾预案信息等;

3)多媒体数据，这方面数据也起到至关重要的作用，它包括有栅格图片，实地拍摄的照片或录像、电子表格、纯文本等文件类型。

1.2 GIS 的优势

GIS(地理信息系统)是融计算机图形和数据库于一体，用来储存和处理空间数据信息的一门技术，它可以应用于很多行业，它将空间数据和属性数据进行有机结合，根据实际需求，将这些图形信息等快捷、形象地输出，还能进行各种分析。

针对矿区的地质灾害野外调查的各项数据，通过灾害点地理坐标投影到地形图、遥感影像图之上，然后结合野外收集到的调查报告等数据进行绘制，编制出各种地质灾害专题图件，如地质灾害分布图等，再添加各自的属性信息，通过对这些信息的录入或转化存储于GIS 数据库中，实现各种图、数据的检索、编辑、输出、分析等功能，做到图文互访，以便进行灾害分析和管理，以及今后的二次开发利用。

2 数据库详细设计

2.1 相关技术

2.1.1 Geodatabase 模型

Geodatabase 是建立在RDB 上的一种现代地理信息数据模型，它为ArcGIS 管理和使用地理数据提供了管理框架和数据接口。其中还定义了空间数据管理的方式，如数据类型、显示、访问、存储、管理和处理的方法等［11-13］。

Geodatabase 空间数据模型是根据标准关系型数据库的扩展来设计的，与一些常用的关系型数据库可以兼容。Geodatabase 按照数据对象来组织地理数据，这些数据对象包括有对象类(0bjects)、要素类(Feature Class)和要素数据集(Feature Dataset)，其结构如图1 所示。

图1 Geodatabase 数据组织结构Fig.1 Geodatabase data structure

2.1.2 空间数据引擎

空间数据引擎(ArcSDE)技术是用来解决如何在关系数据库中存储空间数据，建立空间数据服务器的方法［14-15］。ArcSDE 是ArcGIS 与关系型数据库(RDB)之间的GIS 通道，允许用户在多种数据管理系统中管理地理信息，并使所有的ArcGIS 应用程序都能够使用这些数据。由于ArcSDE 采用的是C/S体系结构，所以众多用户可以同时并发访问和操作同一数据［16］。

ArcGIS 就是通过ArcSDE 来管理和应用Geo-Database 数据。

矿山地质灾害数据库设计包括了空间数据库设计和属性数据库设计，其大致的设计流程如图2 所示，下文中将分别对空间数据库和属性数据库进行详细设计。

图2 数据库设计流程图Fig.2 Database design flowchart

2.2 空间数据库设计

图3 数据库整体框架图Fig.3 Overall framework of the database

2.2.1 矢量数据收集

1)基础地理数据:这部分数据作为矿区地质灾害信息系统的一个基础数据源，能帮助操作用户对某个灾种的情况进行管理，它主要可以分为点、线、面;

2)调查灾害点数据:对于这部分数据是信息系统数据库里最重要的部分，通过外业的野外调查和实地勘察，走访、测量、遥感判释等，将灾害点数据收集完整，从而完成数据入库的工作。

2.2.2 栅格数据收集

栅格数据一般收集到的主要是遥感影像图，例如TM 影像或SPOT 影像。为了更精确地了解矿区灾害点的分布特征，还能收集灾害点平剖面素描图，不过这部分数据一般比较少。

以上矢量和栅格数据构成了矿山地质灾害信息系统的基础底图数据库(见图3)。

对于空间数据与属性数据之间的逻辑关联关系，是我们在设计数据库过程中必须考虑的重要问题，为以后数据库操作的快捷和方便，设计表时，给图形数据表和属性数据表里各设置一个字段，且不能为空值，通过两者之间的这个唯一的字段来将各个表关联起来。现举例说明矿区内的工业广场和高程点之间的逻辑关系，如图4 所示，给工业广场和高程点都要设置一个唯一的编号，即字段。作为点要素类的高程点信息表，其主键高程点唯一编号字段将作为其他三张表的决定性字段，以此建立表之间的联动关系。

图4 数据库表间关系Fig.4 Relationship between different tables

2.3 属性数据库设计

属性数据也就是非空间数据，是对地理实体的一种详尽描述，它是一种特征数据，是不同于我们所说的空间数据(图形数据)［17］。矿山地质灾害数据库里的属性数据库主要包含的是与空间要素相关联的不同的属性表。这些表就足以反映地质灾害的特征、影响、稳定性、历史情况、预案等信息，需要通过信息录入将其存储到数据库里，以便查询和检索。

矿区主要地质灾害有滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、地表塌陷等，对各个地质灾害点现场调查走访，收集各类图件、照片、文件资料等，最后录入到属性数据库中。

由于矿区各个灾种的收集到的相关数据十分繁杂，限于篇幅，文中仅以概括的方式介绍表及表结构的设计过程。根据我们对滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、地表塌陷等地质灾害进行的预测，建立起一些预测所需的因子，组成属性数据结构表，见表1.地质灾害点的属性数据主要包括统一编码、坐标、经纬度等。

表1 属性数据结构表Tab.1 Attribute data structure

3 矿山地质灾害数据库的建立

矿区地质灾害数据库采用的是ArcSDE Geodatabase，实际就是将矿区地质灾害空间数据和属性数据存储在ArcSDE Geodatabase 数据库中［10］，在这里形成了各种要素类、栅格数据集、属性表以及表之间的各种关系。

3.1 矿山地质灾害空间数据库和属性数据库的连接

矿区地质灾害信息系统的建立要想成功，最关键就是空间数据库和属性数据库的连接工作，如果属性表和空间图层数据之间不能建立起连接关系，信息不能查询，系统就没有任何意义了。

要连接空间数据库和属性数据库，就要通过统一的编码来完成。但是地质灾害编码并非没有标准，针对系统的要求，进行代码的统计，使其真正发挥桥梁的作用，能将空间数据库和属性数据库完美连接。

地质灾害数据信息代码包括行政区编码和灾害体本身信息分类编码两部分［18］。前者标志了灾害体所在行政区的具体位置，便于按行政区查询;后者标志了灾害体本身的类型等属性信息，便于按灾害体属性信息条件查询，如图5 所示。例如我们给陕西省铜川市王益区进行信息编码，其行政区划国际代码是610202，该区某一个灾种事滑坡，我们设置滑坡为01，野外调查点编号是0028，则此灾害点的编码就是610202010028.

图5 编码结构图Fig.5 Code structure diagram

3.2 空间数据库的建立

3.2.1 数据检查

野外调查所得资料大都是纸质图纸，内业人员还需通过电子扫描仪等设备将其扫描到计算机中，再经过矢量化或图形校正等途径将其转换成数字信息，只有数字信息才能储存到数据库里。不过有的数据就是电子地图的形式，可以直接通过坐标转换录入，这样的话节省了不少时间。

数据检查是数据入库前的必要工作，对不同类型的内容要实际情况实际对待。

3.2.2 数据编辑与处理

收集到的有数据被称为原始数据有的必须要经过处理和编辑才能将其输入到数据库中保存。不同数据源处理的方式也不同。

Geodatabase 空间数据库的建立依赖于关系型数据库。我们可以选择SQL Server 2000，ArcSDE则选择ArcSDE for SQL Server.在Geodatabase 模型空间数据库里，用ArcCatalog 建立一个全新的数据库，使用ArcGIS 中的Feature Class to Geodatabase和Raster to Geo-database 功能将基础地理相关数据通过ArcSDE 统一存储到SQL Server 2000 中，或是将已经拥有的shape 数据等，通过数据转换到Geodatabase 地理数据库中。

矿山地质灾害数据库依托于矿山地质灾害信息管理系统，该系统借助于ArcGIS 软件，利用Arc-Catalog 建立本地Geodatabase(Personal Geodatabase)，Personal Geodatabase 容量比较大，使用起来更方便灵活。矿区地质灾害数据都不是大型数据，所以Geodatabase 完全可以满足其容量［7］。

3.3 属性数据库的建立

属性数据收集整理完毕后就是对数据的编辑输入工作，最后再将数据放在Access 数据库管理系统内，作为矿山地质灾害查询、统计的依据。

属性数据的编辑输入工作就是将收集到的属性数据存入一个数据库管理系统中，作为今后对灾情查询和分析的依据，我们选用关系型数据库Microsoft Access 数据库管理系统来存储属性。

4 结 论

文中结合ArcGIS 的Geodatabase 数据模型及数据库设计理论对矿区地质灾害信息数据库进行了详细的设计和建立，所建立的地质灾害数据库，可以从中提取信息，并利用数据库的分析功能，得出评价结果，做到多种格式的数据一体化集成管理，可以对灾区进行分类，对不同易发程度或危险程度的地区进行规划和管理。矿区地质灾害数据库的建立可以在很大范围内做到数据共享，减少数据冗余，使相关部门能够站在一个更高的角度和技术层面对与灾害相关的工作进行统筹规划，提高在防灾减灾方面的工作能力。

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