|
王國業(yè)
1 引言 數(shù)據(jù)倉庫是數(shù)據(jù)庫技術(shù)中運(yùn)用較多的技術(shù)之一，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。數(shù)據(jù)倉庫是一個面向主題的、集成的隨時間變化的非易失性的數(shù)據(jù)集合，用于支持管理層的決策過程[1]。維、數(shù)據(jù)立方體構(gòu)成了數(shù)據(jù)倉庫中數(shù)據(jù)存儲的基本要素。在數(shù)據(jù)倉庫中，數(shù)據(jù)是按照維來組織的，決策者選擇分析的因素就是維，因此，維是數(shù)據(jù)倉庫中識別數(shù)據(jù)的索引。 現(xiàn)今數(shù)據(jù)倉庫在技術(shù)層面已基本成熟，如何針對不同的行業(yè)特點(diǎn)，有效應(yīng)用到實(shí)際中是數(shù)據(jù)倉庫的發(fā)展趨勢。報告顯示，世界500強(qiáng)的企業(yè)中90％以上建立了數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)，并且取得了較好的商業(yè)利益，回報率達(dá)400％。在國內(nèi)，一些大的企業(yè)也建立了數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)，如工商銀行、建設(shè)銀行等，鋼鐵企業(yè)，取得了很好的效果。數(shù)據(jù)倉庫是支持管理進(jìn)行科學(xué)決策非常有力的工具，將在更廣泛的范圍內(nèi)得到應(yīng)用。 2 現(xiàn)有GIS系統(tǒng)介紹及存在的問題 “數(shù)字地球”的概念的提出為新世紀(jì)空間科學(xué)、信息科學(xué)和地球科學(xué)的發(fā)展提供了嶄新的的思路。時空集成化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬現(xiàn)實(shí)是的三個突出特點(diǎn)。GIS是“數(shù)字地球”的重要組成部分，也是的進(jìn)一步完善與發(fā)展“數(shù)字地球”的關(guān)鍵技術(shù)。 隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，基于七十至八十年代技術(shù)基礎(chǔ)上的傳統(tǒng)GIS系統(tǒng)正面臨巨大的挑戰(zhàn)[2]。一般而言，傳統(tǒng)的GIS模型一般存在如下問題：GIS的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)分離，兩者之間僅是一種ID的聯(lián)系，屬性表與空間圖形數(shù)據(jù)未建立相互的封裝；一些擴(kuò)充了時態(tài)屬性、分布屬性的空間邏輯模型與GIS核心結(jié)構(gòu)難成一體；缺乏構(gòu)造空間模型和關(guān)系模型的指導(dǎo)模型等。 除此之外，傳統(tǒng)GIS在實(shí)際應(yīng)用中也存在如下問題： 首先不同部門針對自己的需求而建立了各自獨(dú)立的GIS應(yīng)用系統(tǒng)，各部門間缺乏統(tǒng)一的組織，數(shù)據(jù)交叉且標(biāo)準(zhǔn)各異，即使是一個部門內(nèi)可能由于組織關(guān)系或研究目的的不同，又有許多獨(dú)立的GIS應(yīng)用系統(tǒng)；其次專有的數(shù)據(jù)格式限制，現(xiàn)有的商用GIS系統(tǒng)都有自己的數(shù)據(jù)格式，且互不兼容，造成了許多歷史遺留的問題，形成了人力、財力上的浪費(fèi)，信息資源不能得到有效的利用；第三工具使用的艱難：目前各GIS軟件的開發(fā)是基于傳統(tǒng)模式的，其用戶界面和二次開發(fā)工具使用較困難，用戶必須得經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)才能使用。 針對以上問題，數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)提供了很好的解決方案。龐大的、多維的、時態(tài)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)倉庫中可以得到很好的處理，在數(shù)據(jù)倉庫中數(shù)據(jù)具有很好的兼容性，數(shù)據(jù)存儲格式規(guī)范使得數(shù)據(jù)的利用率大為提高。這為新一代的GIS的發(fā)展注入了新的活力。 3 數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)在GIS系統(tǒng)中應(yīng)用框架 為了克服傳統(tǒng)GIS的缺陷，在GIS中引入數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)，這就是GIS數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)。GIS空間數(shù)據(jù)倉庫是在數(shù)據(jù)倉庫的基礎(chǔ)上，引入空間維數(shù)據(jù)，根據(jù)主題從不同的GIS應(yīng)用系統(tǒng)中截取從瞬態(tài)到區(qū)段直到全球地球系統(tǒng)的不同規(guī)模時空尺度上的信息，從而為當(dāng)今的地學(xué)研究以及有關(guān)環(huán)境資源政策的制定提供最好的信息服務(wù)。 GIS數(shù)據(jù)倉庫為了決策支持的需要，主要具有以下幾方面功能特征：1 GIS數(shù)據(jù)倉庫是面向主題的。GIS數(shù)據(jù)倉庫的主要目標(biāo)是為決策支持提供服務(wù)，信息的組織以業(yè)務(wù)工作的專題內(nèi)容為主線；2 GIS數(shù)據(jù)倉庫是集成的。GIS數(shù)據(jù)倉庫是在各種面向應(yīng)用的GIS系統(tǒng)基礎(chǔ)上，進(jìn)行集成以提取各種有用的數(shù)據(jù)；3 數(shù)據(jù)的變換。為了優(yōu)化GIS數(shù)據(jù)倉庫的分析性能，需要將現(xiàn)有的GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q；4 時間序列的歷史數(shù)據(jù)。為了進(jìn)行趨勢分析，要求數(shù)據(jù)必須具有時間的概念；5 空間序列的方位數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)要求具有空間維，能進(jìn)行空間分析，以反映自然界的空間變化趨勢。 根據(jù)以上特征，GIS數(shù)據(jù)倉庫應(yīng)用框架應(yīng)包括以下幾個部分（如圖1所示）： (1) 源數(shù)據(jù)。源數(shù)據(jù)是空間數(shù)據(jù)倉庫的信息源，它一般包括GIS核心數(shù)據(jù)和附加的特定應(yīng)用數(shù)據(jù)。GIS核心數(shù)據(jù)可以通過衛(wèi)星影象、觀測數(shù)據(jù)、掃描、數(shù)字化和現(xiàn)有的不同平臺的數(shù)據(jù)等方式獲得。這些數(shù)據(jù)構(gòu)成了空間數(shù)據(jù)倉庫的物質(zhì)基礎(chǔ)。可以知道源數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)建立直接影響著數(shù)據(jù)變換等數(shù)據(jù)倉庫功能的實(shí)現(xiàn)，這也是實(shí)現(xiàn)整個GIS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)倉庫結(jié)合的關(guān)鍵所在，也是GIS數(shù)據(jù)倉庫設(shè)計中的重點(diǎn)內(nèi)容。 (2) 數(shù)據(jù)變換工具。源數(shù)據(jù)在輸入數(shù)據(jù)庫之前，必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q，將其投影到某一參考系統(tǒng)，進(jìn)行地理編碼和格式化。 (3) GIS數(shù)據(jù)倉庫。源數(shù)據(jù)經(jīng)過變換后進(jìn)入GIS數(shù)據(jù)倉庫，并按某一專題進(jìn)行信息組織，其包括的信息量巨大。空間數(shù)據(jù)倉庫采用多維技術(shù)來管理海量數(shù)據(jù)。 (4) 分析工具。空間數(shù)據(jù)倉庫的目標(biāo)是提供決策支持，它不僅僅是完成一般GIS的查詢和分析功能，還需要供決策支持所需的功能強(qiáng)大的分析工具。
4 GIS數(shù)據(jù)倉庫設(shè)計 要建立“數(shù)字地球”科學(xué)工程，新一代GIS必須具有以下特點(diǎn)：數(shù)據(jù)庫中存儲地理數(shù)據(jù)具有多源、多維、時態(tài)與大規(guī)模數(shù)據(jù)量的特點(diǎn)。可以接收多源數(shù)據(jù)包括遙感、圖形、聲音、視頻和文本數(shù)據(jù)以及不同的數(shù)據(jù)格式；由于數(shù)據(jù)庫中需要存儲多源、多維、時態(tài)數(shù)據(jù)，使得GIS數(shù)據(jù)庫異常龐大。所以要求新一代的GIS具有多維、海量數(shù)據(jù)的管理、組織能力；方便地在更大的信息系統(tǒng)中集成空間信息。 根據(jù)以上提到的GIS數(shù)據(jù)倉庫源數(shù)據(jù)特征，在這里介紹數(shù)據(jù)倉庫的設(shè)計。以某一個省為例，數(shù)據(jù)被劃分為以下幾個主要的主題： 1 生態(tài) 這個主題記錄的是所有在整個省內(nèi)的所有和生態(tài)有關(guān)的工程和資源。記錄這些內(nèi)容的目的是得到一些重要自然資源的信息，包括丘陵和沼澤，還有一些植樹造林的工程等等。 額外的領(lǐng)土儲量。 2土地資源 在這里所有的數(shù)據(jù)格式是根據(jù)政府部門的需求來記錄的，可以根據(jù)以前和現(xiàn)在的利用情況和人口增長等因素對將來的發(fā)展進(jìn)行一定的調(diào)整。這個主題描述較為復(fù)雜，在這里可能存在一些農(nóng)村的區(qū)域，或者是一些城市區(qū)域。 3 學(xué)校 根據(jù)學(xué)校分區(qū)入學(xué)的制度在現(xiàn)今大部分城市，學(xué)生入那一所學(xué)校就讀取決于家庭所在的城市區(qū)域，在某一區(qū)域內(nèi)有制定的學(xué)校。包括記錄學(xué)校的地點(diǎn)，設(shè)施，教育水平，師資力量等等。 4 廢水處理 記錄廢水處理的相關(guān)數(shù)據(jù)，比如廢水處理的場地，使用的技術(shù)，日處理廢水能力，居民廢水排放量，處理后水質(zhì)的情況等等數(shù)據(jù)。 還有其他的主題如：歷史古跡；歷史古建筑；城市服務(wù)；城區(qū)；受保護(hù)樹木等都記錄一些相關(guān)的信息。在這里許多主題具有時間序列的特征，根據(jù)這些特征可以進(jìn)行趨勢分析；還有空間序列的方位數(shù)據(jù)可以反映自然界的空間變化趨勢。 其中一些主題的特征和當(dāng)前普遍的二元關(guān)系沒有太大的差別，如學(xué)校主題里記錄的相關(guān)屬性如表1所示。某些主題的數(shù)據(jù)體現(xiàn)了時間和空間序列的特征，如在表二中顯示的土地資源中地震記錄的數(shù)據(jù)和活躍的中心都顯示了這一特征。 表一 學(xué)校主題中的屬性值和其代表的含義
表二 土地資源主題中的屬性值和其代表的含義
可以看到在上面兩個主題中有不同類型的數(shù)據(jù)，有幾何類型的數(shù)據(jù)，還有一般類型的數(shù)據(jù)；其中許多涉及到生態(tài)主題，土地資源等主題的數(shù)據(jù)將是在不斷變化的。可以將這些數(shù)據(jù)在GIS數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)中集中存儲，并在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，提供決策服務(wù)，這在傳統(tǒng)的GIS系統(tǒng)上是無法實(shí)現(xiàn)的。在這里本文將實(shí)驗(yàn)的范圍是一個省，多源、多維、時態(tài)數(shù)據(jù)，使得GIS數(shù)據(jù)庫龐大，GIS數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)在試驗(yàn)中表現(xiàn)出較好的伸縮性能。 5 結(jié)論 本文所講述的GIS數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)注重在源數(shù)據(jù)收集和存儲結(jié)構(gòu)上，將一些擴(kuò)充了時態(tài)屬性、分布屬性的空間邏輯模型與GIS核心結(jié)構(gòu)一體。試驗(yàn)表明城市GIS數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)可以較好支持城市規(guī)劃、建設(shè)等方面的綜合查詢與分析，為城市的規(guī)劃建設(shè)提供決策支持。利用空間數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)是新一代GIS的發(fā)展方向。GIS真正要走向大眾，必須利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)倉庫功能，與辦公自動化和各種管理信息系統(tǒng)等完整結(jié)合，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)雜的空間分析，反映自然界不同時空尺度下的動態(tài)變化趨勢，以提供決策服務(wù)。目前我國已經(jīng)建立了各種成熟的、大型的商用信息管理系統(tǒng)，怎樣利用現(xiàn)有的屬性信息以及在它們之中快速、無縫地集成空間信息，這些都是新一代的GIS數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)必須考慮和等待解決的問題。中國規(guī)劃網(wǎng)北京10月3日電 |
