【文章內(nèi)容簡介】 大量測繪實(shí)驗(yàn)，得到大批高光譜遙感影像數(shù)據(jù)，獲得了豐富的資料。為了提高對高光譜遙感影像數(shù)據(jù)的利用率，方便對其進(jìn)行管理，高光譜遙感影像數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)得到了快速發(fā)展。60 年代末至 70 年代初，美國 NASA 建立的地球資源信息系統(tǒng)（The NASA Earth Resources Spectral Information System ERSIS） [9]是第一個較完整的高光譜遙感影像數(shù)據(jù)庫，該系統(tǒng)收集了土壤、植被、水體和礦物四類不同地物 [11]的光譜特征數(shù)據(jù)。隨后，美國 JPL 實(shí)驗(yàn)室建立了包含 160 種礦物的光譜庫，澳大利亞 CSIRO，日本地質(zhì)調(diào)查所也相繼建立了高光譜遙感影像光譜數(shù)據(jù)庫，并投入實(shí)際應(yīng)用，且獲得良好效果。我國在這方面也取得了喜人的成績，中科院遙感所高光譜室經(jīng)過多年積累，建立了面向?qū)ο蟮墓庾V數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，存儲了數(shù)千條經(jīng)過統(tǒng)一測試的地物光譜特征數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為今后機(jī)載、星載成像光譜儀的校正和定標(biāo)等提供良好的參照。光譜數(shù)據(jù)庫的發(fā)展起源于對不同地物光譜特性的研究，上世紀(jì)三四十年代左右，蘇聯(lián)專家對多類地物可見光的光譜響應(yīng)進(jìn)行測繪，1947 年，出版了世界上首部多類地物光譜響應(yīng)特性專著《自然物體光譜的反射特征》 。六十年代，美國密執(zhí)安大學(xué)也開始進(jìn)行大規(guī)模地物光譜指紋數(shù)據(jù)的測繪，且地物光譜的波段擴(kuò)大到中紅外，甚至擴(kuò)大到微波，到 1971 年，在全美國范圍內(nèi)建立起 289 個試驗(yàn)場地。在高光譜遙感影像技術(shù)方面，國外起步比國內(nèi)早一些，發(fā)展也更快一些，國外各大研究人員已成功建立了幾個光譜數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要有：IGCP264 光譜數(shù)據(jù)庫：該光譜數(shù)據(jù)庫是 1990 年美國研究人員建立，收集了 5 種成像光譜儀測量的共 5 個光譜數(shù)據(jù)庫，分別包括科羅拉多對地研究所改進(jìn)的雙光路反射成像光譜儀 Beckman5270 所測的光譜指紋數(shù)據(jù)，其光譜特征分辨率 ，重采樣為 1nm 分辨率；由 SCES 采用 GER 公司的 SIRIS 野外成像光譜儀所測的光譜指紋數(shù)據(jù)；由 SCES 采用野外成像光譜儀 PIMAII 在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室條件下所測的光譜指紋數(shù)據(jù)，其光譜特征分辨率為 ；由布朗大學(xué)采用Relab 成像光譜儀所測的光譜指紋數(shù)據(jù)，其光譜特征分辨率為 213nm；由USGS 采用 Beckman 成像光譜儀所測的光譜指紋數(shù)據(jù)，其光譜特征分辨率在可見光范圍內(nèi)為 ，在近紅外范圍內(nèi)為 。John Hopkins 大學(xué)光譜數(shù)據(jù)庫：九十年代，美國 John Hopkins 大學(xué)采用4 / 68FTIR 和 Beckman 成像光譜儀測量了包括各種礦物巖石、植被、水體、土壤、雪以及人工目標(biāo)在內(nèi)的多種地物的光譜指紋，光譜特征分辨率范圍區(qū)間為 25 微米。并且在 225 微米范圍內(nèi)的熱紅外和植被光譜數(shù)據(jù)庫中，用戶可以對物質(zhì)成份、植被和熱紅外進(jìn)行分析。JPL 實(shí)驗(yàn)室的 ASTER 光譜數(shù)據(jù)庫：其采用 Beckman5240 成像光譜儀，測量了 160 種礦物巖石在多微粒范圍內(nèi)的光譜特征，可以用來研究光譜與微粒尺度的關(guān)系。光譜特征分辨率在 400800nm 區(qū)間范圍內(nèi)是 14nm，8002200nm 區(qū)間范圍內(nèi)小于 20nm，22002500nm 區(qū)間范圍內(nèi)是 2040nm。此外，JPL 還對樣品采樣、成份分析和樣品純度進(jìn)行了規(guī)范。此外，在許多商業(yè)遙感影像軟件中也具有高光譜數(shù)據(jù)庫模塊功能，比如ENVI 軟件中，具有光譜管理，光譜編輯及光譜分析模塊，采用的是 USGS 光譜數(shù)據(jù)庫、JPL 物質(zhì)成份光譜庫以及 John Hopkins 大學(xué)熱紅外植被光譜庫，用戶可以根據(jù)自身需求，查看標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)庫和建立自己的光譜數(shù)據(jù)庫。PCI 軟件在高光譜分析模塊中提供了 USGS 光譜數(shù)據(jù)庫的高光譜地物數(shù)據(jù)庫。ERDAS軟件同樣包含了 JPL，USGS 和用戶自定義的光譜數(shù)據(jù)庫。這些軟件和相應(yīng)光譜數(shù)據(jù)庫在各個應(yīng)用領(lǐng)域中都發(fā)揮了巨大作用，在地質(zhì)學(xué)中，光譜數(shù)據(jù)庫可定義巖石或礦物的類型，利用光譜角映射（SAM）等方法對目標(biāo)像元進(jìn)行識別后，便可探測到特定巖石或礦物。充分顯示了光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)庫在高光譜遙感影像技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域不可缺少的地位。但是，國內(nèi)在光譜數(shù)據(jù)庫建立方面起步比較晚，始于七十年代騰沖航空的遙感試驗(yàn)，在實(shí)施遙感飛行實(shí)驗(yàn)的同時，進(jìn)行了地物光譜測量。接著，在八十年代，中科院的長春光機(jī)所在長春建立凈月壇試驗(yàn)場，該試驗(yàn)場內(nèi)實(shí)驗(yàn)均在室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行?？稍谑覂?nèi)環(huán)境下模擬地物樣品對太陽光的發(fā)射，并從多個角度進(jìn)行測量。水利部的遙感中心建立了湖南洞庭湖試驗(yàn)場，對洪澇災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測。接著又在寧芙建立試驗(yàn)場，發(fā)展本國資源衛(wèi)星。1982 年，中科院主持制定了地物光譜測試規(guī)范，出版《中國地球資源光譜信息資料匯編》 ，共包括巖石礦物、土壤、水體和農(nóng)作物植被等 1 千多條光譜指紋數(shù)據(jù)。 “七五”期間，在“高空遙感實(shí)用系統(tǒng)”子課題的支持下，在全國范圍內(nèi)建立了 13 個試驗(yàn)場，對地物光譜收集和分析作全面規(guī)范，在各方面的共同努力下，建立了包括礦物巖石、土壤、水體、農(nóng)作物植被和人工目標(biāo)的五大類地物光譜數(shù)據(jù)庫，包含了 300 多種達(dá)15000 條光譜指紋數(shù)據(jù)的地物光譜數(shù)據(jù)庫。最后，由中科院安徽光機(jī)所建立了《全國地物波譜特性數(shù)據(jù)庫》 ，另外，在八十年代末，中科院遙感所出版《中國典型地物波譜及其特征分析》 ，書中共計給出多達(dá) 277 種典型地物光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)。5 / 68進(jìn)入九十年代，地物光譜測繪更是得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，自 1994 年起至2022 年，多次在敦煌、青海湖試驗(yàn)場進(jìn)行大量地物光譜測繪，積累了大量數(shù)據(jù)?！熬盼濉逼陂g，在科工委衛(wèi)星應(yīng)用重點(diǎn)項(xiàng)目子項(xiàng)目“典型下墊面輻射光譜特性數(shù)據(jù)庫”的支持下，我國建立基于 PC 機(jī)的地物光譜指紋數(shù)據(jù)庫，不僅具有圖像顯示功能和光譜響應(yīng)曲線查看功能，更有數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)交互功能。另外，該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)增加了超光譜地物成像光譜儀獲得的不同類水體的光譜特征數(shù)據(jù)，編寫了《典型下墊面輻射光譜特性數(shù)據(jù)庫》的設(shè)計報告等。在其他各重點(diǎn)項(xiàng)目的支撐下，相繼建立了《目標(biāo)/背景光譜特征數(shù)據(jù)庫 》 ，基于 Foxpro 的高光譜數(shù)據(jù)庫，編寫了《中國污染水體光譜特征》一書。經(jīng)過多方共同努力，我國在光譜數(shù)據(jù)庫建立方面取得了驕人的成績。 嵌入式數(shù)據(jù)庫發(fā)展現(xiàn)狀嵌入式數(shù)據(jù)庫又被稱為嵌入式移動數(shù)據(jù)庫 [12]，指的是存儲于嵌入式系統(tǒng)中能對其統(tǒng)一管理的數(shù)據(jù)集合。嵌入式數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)按照特定模型描述、存儲。數(shù)據(jù)能被多用戶或多應(yīng)用程序共享，且數(shù)據(jù)獨(dú)立性高，冗余度小。數(shù)據(jù)按照以上特性組織起來，由嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對其統(tǒng)一管理。隨著嵌入式數(shù)據(jù)庫在智能家電、移動計算環(huán)境、工業(yè)控制以及 POS 網(wǎng)絡(luò)等各個領(lǐng)域的應(yīng)用，嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)得到普遍關(guān)注和快速發(fā)展。國內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)均投入大量人力物力對其進(jìn)行深入研究，許多數(shù)據(jù)庫廠商也調(diào)整方向，把嵌入式數(shù)據(jù)庫作為重點(diǎn)發(fā)展方向 [12]。國內(nèi)外發(fā)布了多款嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要有以下幾種：(1) Sybase SQL Anywhere Studio[13]該數(shù)據(jù)庫是 Sybase 公司研發(fā)的產(chǎn)品，發(fā)布了 UltraLite。目的是為了方便開發(fā)數(shù)據(jù)驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)。UltraLite 能夠提供靈活、高性能的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，UltraLite 的分析器只把需要的表、列、索引構(gòu)建成最優(yōu)數(shù)據(jù)庫，查詢速度和更新速度都很快，且僅占 50K 內(nèi)存。(2) Pervasive SQL[14]該數(shù)據(jù)庫是 Pervasive 公司研發(fā)的產(chǎn)品，其最大的特點(diǎn)是運(yùn)行時所占內(nèi)存很小。共發(fā)布了三個不同版本，分別應(yīng)用在移動電話、智能卡和嵌入式系統(tǒng)三個不同方面。(3) Berkeley DB[15]該數(shù)據(jù)庫是美國 Sleepycat Software 公司研發(fā)的產(chǎn)品，該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基于磁盤文件，是一款開源的嵌入式數(shù)據(jù)庫程序庫。它通過簡便的 API 函數(shù)接口實(shí)現(xiàn)存取數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)，不存在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，庫文件可直接與程序相連接。而6 / 68且還具有事務(wù)保護(hù)和可伸縮性的特點(diǎn)，性能較高。(4) RDM Embedded[16]該數(shù)據(jù)庫是 Raima 公司研發(fā)的產(chǎn)品，主要針對無線市場而設(shè)計，是一款嵌入式數(shù)據(jù)庫。這款數(shù)據(jù)庫擁有一個高效、輕便、安全的數(shù)據(jù)庫引擎，各類操作和數(shù)據(jù)庫控制均由 C 語言函數(shù)庫實(shí)現(xiàn)。同時，還支持對關(guān)系型數(shù)據(jù)庫鍵值的索引、順序索引和網(wǎng)絡(luò)模型 set 索引等 [17]。二次開發(fā)靈活性高，開發(fā)人員能高效的建立復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)高性能數(shù)據(jù)管理。(5) SQLite[18]SQLite 是一款輕量級嵌入式數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，是一款符合 SQL92 的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。SQLite 在運(yùn)行時內(nèi)嵌到程序中，與應(yīng)用程序使用同一個進(jìn)程空間。運(yùn)行時所占用的嵌入式系統(tǒng)資源極少，由于其輕量型特點(diǎn)，又是一款開源數(shù)據(jù)庫，所以被廣泛應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域。除此之外，還有常見的嵌入式數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品有：Polyhedra、EmpressDB 、 eXtremeDB、Oracle BerkeleyDB 和 DB2 Satellite，以及HMysql。7 / 68第二章 嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 引言嵌入式技術(shù)的日益發(fā)展，使其數(shù)據(jù)處理能力越來越強(qiáng)大，所處理的數(shù)據(jù)量也隨著增大，嵌入式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)管理問題便成為系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，所以需要對嵌入式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，于是嵌入式數(shù)據(jù)庫技術(shù)因運(yùn)而生。本章的內(nèi)容安排如下：首先第二節(jié)介紹了嵌入式數(shù)據(jù)庫的概念和特點(diǎn)；第三節(jié)針對本文所選數(shù)據(jù)庫 SQLite 進(jìn)行具體介紹，介紹了 SQLite 數(shù)據(jù)庫的體系架構(gòu)；第四節(jié)介紹了 SQLite 數(shù)據(jù)庫的 C 語言接口函數(shù)，SQLite 所有的應(yīng)用開發(fā)均基于此接口函數(shù)；第五節(jié)介紹了 SQLite 事務(wù)和鎖的概念；第六節(jié)介紹了結(jié)構(gòu)化查詢語句 SQL，為開發(fā)帶來極大方便；最后第七節(jié)移植 SQLite 數(shù)據(jù)庫到ARM 開發(fā)板，并在 ARM 環(huán)境下對 SQLite 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行測試，測試成功。 嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及特點(diǎn)嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBMS)是指獨(dú)立運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)平臺中的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，支持移動計算，介于嵌入式操作系統(tǒng)和用戶之間，以方便用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的數(shù)據(jù)管理軟件。通常將其與嵌入式應(yīng)用程序結(jié)合在一起，運(yùn)行在嵌入式操作系統(tǒng)中，用戶或應(yīng)用程序通過所建立的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)訪問嵌入式數(shù)據(jù)庫。嵌入式數(shù)據(jù)庫驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖如圖 所示：數(shù)據(jù)庫存儲器數(shù)據(jù)庫硬件驅(qū)動芯片數(shù)據(jù)庫軟件驅(qū)動SQL 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用接口應(yīng)用程序圖 嵌入式數(shù)據(jù)庫驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖通常，嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基于某確定的數(shù)據(jù)模型，可將嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分為網(wǎng)狀型、層次型、面向?qū)ο笮秃完P(guān)系型等 [19]。由于嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)獨(dú)特的應(yīng)用環(huán)境，因此需具備如下功能：8 / 68(1) 內(nèi)核結(jié)構(gòu)微小。由于設(shè)備運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)上，那么它的設(shè)備資源受到極大限制。嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須緊縮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)且能滿足應(yīng)用需求，所以需要采用微型化技術(shù)實(shí)現(xiàn)。(2) 事務(wù)管理。嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)該能自動維護(hù)事務(wù)原子性、維護(hù)事務(wù)完整性等，并且能支持引用的完整性，支持實(shí)體的完整性 [20]，所以嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)具備處理事務(wù)的能力。(3) 數(shù)據(jù)庫管理。作為每類數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本功能，嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)同樣需要擁有數(shù)據(jù)庫管理功能，應(yīng)具備自動恢復(fù)功能，并具有數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)功能，保證數(shù)據(jù)安全可靠。(4) 數(shù)據(jù)同步機(jī)制。嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最重要的一個特點(diǎn)便是數(shù)據(jù)同步，系統(tǒng)通過復(fù)制數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)同步機(jī)制，保證數(shù)據(jù)一致性。相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的移動性強(qiáng)，需要頻繁連接斷開，可使用設(shè)備資源有限，并且網(wǎng)絡(luò)條件復(fù)雜多樣化，這些特點(diǎn)使得傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫無法有效支持嵌入式數(shù)據(jù)庫，又由于其較差的系統(tǒng)可靠性和安全性，必須對傳統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫進(jìn)行裁剪，改進(jìn)和擴(kuò)充。設(shè)計嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，期望能在對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲 [21]時對系統(tǒng)影響和干涉達(dá)到最小，此外還應(yīng)具備其他有別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)。作為嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，首先其必須具備嵌入性。其次，由于嵌入式系統(tǒng)較強(qiáng)的移植性，要求嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也要具備移植性。同樣作為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，考慮到數(shù)據(jù)安全性問題，嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需要具備安全性。再者，由于嵌入式系統(tǒng)處理實(shí)際問題時需要對環(huán)境變化作出實(shí)時反應(yīng)，這要求嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)具備良好的實(shí)時性，可靠性等?？偠灾?，由于嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行平臺的特點(diǎn)，嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要具備以下特點(diǎn)：(1) 嵌入性。嵌入性是嵌入式操作系統(tǒng)的最基本特性，同樣嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也必須具備這一特性。嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不僅可以嵌入到其它軟件中，還可以嵌入到其它硬件設(shè)備中，只有具備了這一特性，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)才能優(yōu)先得到操作系統(tǒng)有限的資源，在最短時間內(nèi)對操作系統(tǒng)的請求做出響應(yīng)。(2) 移植性。移植性在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域顯得尤為重要，由于嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛性，需采用不同的操作系統(tǒng)和不同的軟件資源、硬件資源，嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的可移植性能夠很好的消除這些差異，用戶可以根據(jù)自身需求選擇合適的嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。(3) 安全性。嵌入式設(shè)備是嵌入式系統(tǒng)中管理和處理數(shù)據(jù)的關(guān)鍵設(shè)備，因此，嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對數(shù)據(jù)存取的安全控制得更嚴(yán)格，需要對數(shù)據(jù)訪問權(quán)限設(shè)置嚴(yán)格的控制，特別是某些隱私性很高的數(shù)據(jù)，因此，在用戶數(shù)據(jù)安全受到9 / 68威脅時，嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠充分保證用戶數(shù)據(jù)的安全。(4) 實(shí)時性。當(dāng)嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)嵌入在某種移動設(shè)備上，該設(shè)備對事件響應(yīng)的實(shí)時性要求非常高時，數(shù)據(jù)庫設(shè)計得著重考慮實(shí)時處理問題，保證數(shù)據(jù)庫響應(yīng)事件的實(shí)時性。如果應(yīng)用程序的請求時間過長而得不到響應(yīng)，任務(wù)會在執(zhí)行后得到錯誤的結(jié)果，從而降低其有效性。因此，嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在處理應(yīng)用程序請求時，不僅要考慮及時性，更要在此前提下，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。(5) 可靠性。正如 (3)