摘 要：LBS空間數(shù)據(jù)的管理和數(shù)據(jù)庫建立是LBS定位服務(wù)系統(tǒng)的核心。本文在論述了LBS系統(tǒng)各個部分的構(gòu)成的基礎(chǔ)上，探討了LBS空間數(shù)據(jù)庫管理的具體內(nèi)容，設(shè)計了基于Oracle Spatial對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的LBS空間數(shù)據(jù)存儲與管理的方法，設(shè)計和開發(fā)了面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)引擎，研究了LBS數(shù)據(jù)通過空間數(shù)據(jù)引擎上傳到Oracle Spatial的技術(shù)。

關(guān)鍵詞：LBS 空間數(shù)據(jù)庫 空間數(shù)據(jù)引擎

一、引 言

基于位置的服務(wù)(Location Based Services，LBS)是指采用無線定位、GIS、Internet、無線通訊、數(shù)據(jù)庫等相關(guān)技術(shù)交叉融合的一種基于空間位置的移動信息服務(wù)，是通過獲取移動用戶的位置信息為用戶提供包括交通引導(dǎo)、地點查詢、位置查詢、車輛跟蹤、商務(wù)網(wǎng)點查詢，兒童看護、緊急呼叫等眾多服務(wù)的技術(shù)基礎(chǔ)[1]~[2]。近年來，隨著移動通信和移動地理信息技術(shù)的飛速發(fā)展，為地理空間信息的應(yīng)用帶來了新的機遇，使得LBS的研究顯得尤為重要。目前，ESRI公司提出了ARC Location Service方案，MapInfo公司提供了無線空間信息服務(wù)解決方案MLS，Sun公司的Java Location Service平臺等許多大公司從不同的行業(yè)角度提出了位置服務(wù)解決方案。這些方案主要是從技術(shù)方面解決了位置服務(wù)的應(yīng)用，而LBS空間數(shù)據(jù)的管理的內(nèi)容、存儲形式和存儲方法是LBS應(yīng)用的核心和重點。本文在構(gòu)建了LBS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究了基于國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的LBS空間數(shù)據(jù)庫內(nèi)容及其分類，并探討了利用Oracle Spatial存儲LBS空間數(shù)據(jù)的形式和存儲方法，以及設(shè)計了傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)上傳LBS數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)引擎。

二、LBS系統(tǒng)的構(gòu)成

LBS系統(tǒng)采用多層的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模型，按應(yīng)用邏輯功能劃分為表現(xiàn)層移動終端、中間層通信網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用服務(wù)層和數(shù)據(jù)層空間數(shù)據(jù)庫（如圖1所示）。各層的結(jié)構(gòu)和功能是：①移動終端提供地理信息和屬性數(shù)據(jù)的表示，以人機交互的方式接受用戶請求和給用戶提供GIS 功能的選擇，可以是移動電話（Mobile Phone）、個人數(shù)字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、手持計算機(Pocket PC)，也可以是通過Internet通訊的臺式計算機(Desktop PC)[3]；②通信網(wǎng)絡(luò)層通過服務(wù)器傳遞給LBS服務(wù)平臺，主要包括WAP網(wǎng)關(guān)、WAP服務(wù)器(Wap Server)、WEB服務(wù)器(Web Server)；③服務(wù)平臺根據(jù)用戶請求和用戶當(dāng)前位置通過空間數(shù)據(jù)引擎上載到數(shù)據(jù)層空間數(shù)據(jù)庫，主要包括地圖服務(wù)器(Map Server)以及服務(wù)中心等；④數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)空間數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)文件的管理、維護和存儲，根據(jù)請求的業(yè)務(wù)服務(wù)操作數(shù)據(jù)[4]，主要是空間數(shù)據(jù)庫以及數(shù)據(jù)文件等。本文利用Oracle Spatial對數(shù)據(jù)進行存儲、管理。

圖1 LBS的構(gòu)成

Fig1 the Framework of LBS

三、LBS空間數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容與管理方法

在LBS系統(tǒng)中用戶請求和用戶當(dāng)前位置通過空間數(shù)據(jù)引擎上載到數(shù)據(jù)層空間數(shù)據(jù)庫，然后利用空間數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進行存儲、管理和處理后，將結(jié)果通過網(wǎng)關(guān)返回給用戶。在這個過程中，LBS空間數(shù)據(jù)庫表現(xiàn)出了巨大的作用，是整個過程的核心。而城市空間信息浩瀚、復(fù)雜，本文在對比城市空間信息數(shù)據(jù)庫構(gòu)成的基礎(chǔ)上，根據(jù)LBS系統(tǒng)體系的需要，對LBS空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容進行了歸納、整理和分類，為LBS空間數(shù)據(jù)庫的建立奠定基礎(chǔ)。

1．LBS空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容

LBS空間數(shù)據(jù)庫是一個綜合的數(shù)據(jù)集，包括空間要素的幾何信息、要素的基本屬性、要素的增強屬性、交通導(dǎo)航信息等。它著重表達道路及其屬性信息，以及LBS應(yīng)用所需的其他相關(guān)信息，如地址系統(tǒng)信息、地圖顯示背景信息、用戶所關(guān)注的公共機構(gòu)及服務(wù)信息等[5]。而城市空間信息數(shù)據(jù)庫所存儲和管理的是城市中所有的基礎(chǔ)設(shè)施和空間現(xiàn)象，主要包括遙感影像數(shù)據(jù)、電子地圖數(shù)據(jù)、定位信息數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)等。LBS空間數(shù)據(jù)庫所包含的信息要比城市空間信息數(shù)據(jù)庫少得多，它是建立在城市空間信息數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上的，LBS系統(tǒng)根據(jù)用戶的需求，通過信息提取、數(shù)據(jù)抽取與清理等方法來調(diào)取城市空間信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)為用戶服務(wù)。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《導(dǎo)航地理數(shù)據(jù)模型與交換格式》，通過對數(shù)據(jù)的處理，LBS空間數(shù)據(jù)的地理要素可以分為以下13類：

（1）道路與渡口要素數(shù)據(jù)：包括地址區(qū)域要素、地址區(qū)域邊界要素、封閉交通區(qū)域要素、道路元素、渡口聯(lián)絡(luò)線、連接點、路段、渡口、交叉點、環(huán)島、聚合路、匯交路口。

（2）行政區(qū)劃要素數(shù)據(jù)：包括行政區(qū)劃邊界元素、行政區(qū)劃邊界連接點、國家、第1～7級行政區(qū)劃、第8級行政區(qū)劃、第9級行政區(qū)劃、跨國行政區(qū)劃行政地點。

（3）命名區(qū)域要素數(shù)據(jù)：包括命名區(qū)域邊界元素、命名區(qū)域邊界連接點、城市建成區(qū)、統(tǒng)計區(qū)、選區(qū)、急救醫(yī)療服務(wù)區(qū)、消防區(qū)、有名稱區(qū)域、電話區(qū)、治安區(qū)、郵區(qū)、學(xué)區(qū)。

（4）土地覆蓋與利用要素數(shù)據(jù)：包括建筑物、人工表面、農(nóng)業(yè)區(qū)、森林與半自然區(qū)、濕地、島嶼。

（5） 構(gòu)造物要素數(shù)據(jù)：包括指交通網(wǎng)絡(luò)中的重要建筑物。如橋梁、高架橋、隧道、溝渠等。

（6）鐵路要素數(shù)據(jù)：包括鐵路元素、鐵路元素連接點。

（7）水系要素數(shù)據(jù)：包括水體、水體邊界元素、水體邊界連接點。

（8）道路附屬設(shè)施要素數(shù)據(jù)：包括交通標(biāo)志、路標(biāo)、路面標(biāo)記、交通信息燈、照明燈、人行橫道、測量設(shè)備、環(huán)境設(shè)備、安全設(shè)備。

（9）服務(wù)要素數(shù)據(jù)：包括一些可由用戶自定義的服務(wù)種類，如服務(wù)入口點等。

（10）公共交通要素數(shù)據(jù)：包括公交路線線段、公交連接點、公交路線、公交線路、公交車站、公交換乘區(qū)、公交點。

（11）鏈要素數(shù)據(jù)：在有些應(yīng)用領(lǐng)域，人們習(xí)慣于通過地理實體的相對長度及相對位置來定義實體，鏈要素走用來描述這類線形地理是實體的要素。

（12）通用要素數(shù)據(jù)：指其性質(zhì)、屬性及關(guān)系適用于所有要素主題中的要素。

（13）用戶自定義要素數(shù)據(jù)：指用戶自定義的要素。

2．LBS空間數(shù)據(jù)的存儲與管理

由于LBS空間數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合以及空間數(shù)據(jù)操作難度大等特點，而且對空間數(shù)據(jù)操作的軟件也多種多樣，所以對LBS空間數(shù)據(jù)的有效存儲和管理也顯得日趨重要。本文選用Oracle Spatial這種對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理方式對LBS空間數(shù)據(jù)進行管理和存儲。這種方式是在傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之上擴展使之能夠同時管理矢量圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)；其效率較高，又具有數(shù)據(jù)的安全性、一致性、完整性、并發(fā)控制以及數(shù)據(jù)損壞后的恢復(fù)方面等基本功能，支持海量數(shù)據(jù)管理[6]。

Oracle Spatial通過對象數(shù)據(jù)類型SDO_GEOMETRY實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的存儲，Oracle Spatial規(guī)定含有該數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)表必須在另外的字段上定義主鍵，其定義如下：

CREATE TYPE SDO-GEOMETRY AS OBJECT(

SDO_GTYE NUMBER，

SDO_SRID NUMBER，

SDO_POINT SDO_POINT_TYPE，

SDO_ELEM_INFO MDSYS.SDO_ELEM_INFO_ARRAY，

SDO_ORDINATES MDSYS.SDO_ORDINATE_ARRAY，)；

其中：SDO_GTYPE表示幾何圖形類型；SDO_SRID用來標(biāo)識坐標(biāo)系統(tǒng)；SDO_POINT定義為一組變長數(shù)組，存儲點的X，Y和Z坐標(biāo)；SDO_ELEM_INFO定義為一組變長數(shù)組，解釋如何存儲坐標(biāo)；SDO_ORDINATES定義為一組變長數(shù)組，存儲組成空間圖形的坐標(biāo)。

LBS空間數(shù)據(jù)要素表的結(jié)構(gòu)如表1所示。其中ID用來存儲LBS空間數(shù)據(jù)要素的標(biāo)號；NAME用來存儲LBS空間數(shù)據(jù)要素的名稱；字段GEOLOC是對象類型的字段，該字段極為重要，因為所有的空間數(shù)據(jù)就存在該字段的各個記錄中。其它的字段還可以存儲LBS空間數(shù)據(jù)要素的其它信息。

表1 LBS空間數(shù)據(jù)要素表的結(jié)構(gòu)

3．LBS空間數(shù)據(jù)上傳Oracle Spatial方法

LBS空間數(shù)據(jù)通過空間數(shù)據(jù)引擎上傳到Oracle空間數(shù)據(jù)庫。空間數(shù)據(jù)引擎(Spatial Data Engine)是指提供存儲、查詢、檢索空間地理數(shù)據(jù)，以及對空間地理數(shù)據(jù)進行空間關(guān)系運算和空間分析的程序功能集合，是一種處于應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間的中間件技術(shù)，在用戶和空間數(shù)據(jù)庫之間提供一個開放接口[7]，類似于ODBC或ADO。用戶可以通過空間數(shù)據(jù)引擎將不同形式的空間數(shù)據(jù)提交給空間數(shù)據(jù)庫，由空間數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理；同樣，用戶也可以通過空間數(shù)據(jù)引擎從空間數(shù)據(jù)庫中獲取空間類型的數(shù)據(jù)，滿足客戶端操作需求。

本文設(shè)計的空間數(shù)據(jù)庫引擎的工作原理為：數(shù)據(jù)通過空間數(shù)據(jù)引擎上載到數(shù)據(jù)層空間數(shù)據(jù)庫（如Oracle Spatial）中，利用空間數(shù)據(jù)庫（如Oracle Spatial）對數(shù)據(jù)進行存儲、管理和處理，并將結(jié)果通過網(wǎng)關(guān)返回給用戶。返回的信息根據(jù)業(yè)務(wù)的需要，可以返回空間信息關(guān)聯(lián)到的所有信息，通過網(wǎng)關(guān)返回到移動終端。如可以是當(dāng)前位置的地名、城市地標(biāo)、自定義地標(biāo)、道路名稱等位置信息；也可以是當(dāng)前位置的周邊信息：醫(yī)院、賓館、加油站、公交車站等（如圖2所示）。

圖2 空間數(shù)據(jù)庫引擎模型

Fig2 The Model of Spatial data Engine

在空間數(shù)據(jù)上傳的過程中將涉及到數(shù)據(jù)庫的三個表。第一個是MapCatalog。每個Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫中都必須有一MapCatalog而且也只需要一個，如果第一次上傳空間數(shù)據(jù)沒有這個表，就需要創(chuàng)建這個表，這個表必須創(chuàng)建在MapInfo用戶下。只有創(chuàng)建了這個表，才能真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中的空間數(shù)據(jù)表在MapInfo系列軟件中顯示為地圖圖層。第二個表是元數(shù)據(jù)表，Oracle Spatial的元數(shù)據(jù)表存儲了空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表名稱、空間字段名稱、空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)范圍、坐標(biāo)參考信息以及坐標(biāo)維數(shù)說明等信息，用戶必須通過元數(shù)據(jù)表才能知道ORACLE數(shù)據(jù)庫中是否有Oracle Spatial的空間數(shù)據(jù)信息。因此創(chuàng)建一個空間數(shù)據(jù)表同時也要更新元數(shù)據(jù)表，第三個表就是保存空間數(shù)據(jù)的表，通過SQL語句的操作把空間數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中。

四、結(jié) 論

1．LBS空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容是LBS應(yīng)用研究的前提和基礎(chǔ)，本文從LBS空間數(shù)據(jù)的地理要素入手，對LBS空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容進行了歸納、整理和分類，為LBS空間數(shù)據(jù)庫的建立奠定基礎(chǔ)。

2．LBS空間數(shù)據(jù)庫是LBS定位服務(wù)系統(tǒng)的核心，LBS空間數(shù)據(jù)庫的建立對整個LBS定位服務(wù)系統(tǒng)起著重要的作用，本文選用Oracle Spatial來存儲與管理LBS空間數(shù)據(jù)，不僅可以存儲海量的空間信息，并為多用戶的并發(fā)訪問以及數(shù)據(jù)損壞后的恢復(fù)方面等方面提供服務(wù)。

3．本文設(shè)計了面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)引擎，并研究了在空間數(shù)據(jù)上傳的過程中將涉及到數(shù)據(jù)庫的三個表。LBS空間數(shù)據(jù)可以通過空間數(shù)據(jù)庫引擎上傳到LBS空間數(shù)據(jù)庫，解決了傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)的再利用及用戶和空間數(shù)據(jù)庫之間通訊等問題。

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