李文清，李景文，呂 楠，蘇 濤

（1.桂林理工大學(xué) 測繪地理信息學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.廣西空間信息與測繪重點(diǎn)實(shí)驗室，廣西 桂林 541004）

對象化智慧旅游時空數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

李文清1,2，李景文1,2，呂 楠1,2，蘇 濤1,2

（1.桂林理工大學(xué) 測繪地理信息學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.廣西空間信息與測繪重點(diǎn)實(shí)驗室，廣西 桂林 541004）

從面向?qū)ο蟮慕嵌?，對智慧旅游中的地理時空現(xiàn)象進(jìn)行動態(tài)描述，設(shè)計了對象化智慧旅游時空數(shù)據(jù)的概念模型、邏輯模型、物理模型，構(gòu)建了對象化智慧旅游時空數(shù)據(jù)庫。采用基于Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫對旅游時空數(shù)據(jù)進(jìn)行了存儲和查詢分析。

對象化；智慧旅游；時空數(shù)據(jù)庫；Oracle Spatial

在計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，人類的一切活動都與互聯(lián)網(wǎng)緊密相連。隨著數(shù)字地球和智慧城市等大型項目的開展，智慧旅游也在這種大背景下應(yīng)運(yùn)而生。要實(shí)現(xiàn)旅游的智能化，關(guān)鍵是要科學(xué)有效地組織和管理好智慧旅游的時空數(shù)據(jù)，因此，構(gòu)建和設(shè)計智慧旅游的時空數(shù)據(jù)庫是智慧旅游實(shí)現(xiàn)的核心內(nèi)容。本文利用面向?qū)ο蟮乃枷?，使用Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫對智慧旅游的時空數(shù)據(jù)進(jìn)行對象化描述、組織、存儲和查詢。

1 對象化智慧旅游時空數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法

本文使用面向?qū)ο蟮乃枷雭順?gòu)建智慧旅游時空數(shù)據(jù)庫，采用概念模型設(shè)計、邏輯模型設(shè)計、物理模型設(shè)計3個階段來實(shí)現(xiàn)對智慧旅游時空數(shù)據(jù)的描述。

1.1 智慧旅游時空數(shù)據(jù)概念模型設(shè)計

時間、空間、屬性是地理實(shí)體的3個基本特征，因此，地理實(shí)體的變化可以從時間語義、空間語義和屬性語義3個方面來進(jìn)行描述。其中，時間語義可以分解為事件和時間，對于事件通常采用事件發(fā)生的時間、事件發(fā)生的地點(diǎn)、作用的對象、發(fā)生的事件和導(dǎo)致的變化這5個方面來描述；因此，對于地理實(shí)體的變化，也可以從時間、空間、對象、事件、屬性這5個方面來描述時空數(shù)據(jù)模型。面向?qū)ο蟮臅r空數(shù)據(jù)模型主要描述實(shí)體的空間、時間、屬性3個特征，而事件語義則描述時間、空間、事件、對象、屬性5個方面信息；其中，屬性、空間信息比較容易理解，事件（event）、時間（time）和對象（object）3個要素相對比較復(fù)雜，其概念與關(guān)系分述如下：

1）對象?，F(xiàn)實(shí)世界中的各種現(xiàn)象被概念性地抽象為實(shí)體，但在計算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)體的數(shù)字化形式稱作對象，并且將具有空間屬性的實(shí)體稱作時空對象。當(dāng)時空對象狀態(tài)發(fā)生變化時，就會產(chǎn)生一個問題：是新的時空對象的產(chǎn)生，還是該狀態(tài)變化的時空對象對應(yīng)著相同的對象。解決該問題就需要通過唯一編碼對時空對象進(jìn)行標(biāo)識，以實(shí)現(xiàn)時空對象和時空演變緊密關(guān)聯(lián)在一起的目的。時空對象O的結(jié)構(gòu)定義為：

式中，ID表示時空對象O的對象標(biāo)識碼（標(biāo)識碼是唯一的）；S(t)表示對象隨時間變化的空間特性；P(t)表示對象隨時間變化的屬性特性；T(Tv，Td)表示對象的狀態(tài)發(fā)生改變的時態(tài)性，Tv表示有效時間，Td表示數(shù)據(jù)庫時間；A表示對象的行為操作，即對象的時間、空間和屬性的運(yùn)算操作。

2）事件。對于某區(qū)域內(nèi)的任何一次操作都可以看成是一個事件，該區(qū)域所有事件的集合稱之為事件空間。每個事件在一定程度上又可以細(xì)分為更基本的事件。事物的發(fā)展由事件序列組成，事件序列的表達(dá)式為：

式中，EID表示事件的標(biāo)識號；ESTi表示事件發(fā)生時刻；EETi表示事件結(jié)束時刻；EAi表示事件類型，如空間事件、屬性事件；EOi表示事件其他方面的說明。

3）時間。在時間數(shù)據(jù)庫中，基本的概念是實(shí)際時間和數(shù)據(jù)庫時間。實(shí)際時間指的是在現(xiàn)實(shí)世界中事件實(shí)際發(fā)生的時間（又稱為現(xiàn)實(shí)世界時間或真實(shí)時間）；數(shù)據(jù)庫時間指的是在數(shù)據(jù)庫中記錄該事件的時間（又稱為系統(tǒng)時間或事務(wù)處理時間）。在數(shù)據(jù)庫中，任何一個對象均具有實(shí)際時間和數(shù)據(jù)庫時間的屬性。

1.2 智慧旅游時空數(shù)據(jù)邏輯模型設(shè)計

根據(jù)概念模型中提出的5元組描述，通過對象、屬性、空間、時間、事件5個語義對象來全面描述動態(tài)的地理實(shí)體，因此，可以將概念模型中的每一個組成部分抽象為時空地理對象類，具體可概括為：屬性對象類、空間對象類、時間對象類、事件對象類。采用面向?qū)ο蟮姆椒▽β糜螘r空數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯設(shè)計，這些類之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 對象化時空數(shù)據(jù)模型邏輯設(shè)計

由圖可以看出，事件包括新增、消亡、合并、分割等事件類型。當(dāng)某事件發(fā)生變化，在事件的驅(qū)動下，從發(fā)生時間到完成時間，對象會產(chǎn)生相應(yīng)的狀態(tài)變化。時空變化過程的同時還會引起時間、屬性、空間等要素發(fā)生變化。

1.3 智慧旅游時空數(shù)據(jù)物理模型構(gòu)建

以基于事件語義的旅游時空數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，根據(jù)Oracle Spatial時空數(shù)據(jù)存儲機(jī)制來構(gòu)建旅游時空數(shù)據(jù)庫。針對旅游時空數(shù)據(jù)模型對象的不同，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行邏輯設(shè)計，可以分別對歷史數(shù)據(jù)庫、過程數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)勢數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計。

1）歷史數(shù)據(jù)庫存儲的是改變到當(dāng)前狀態(tài)之前的歷史旅游數(shù)據(jù)，當(dāng)某個旅游信息變更事件發(fā)生時，旅游對象從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)化為另一個狀態(tài)，就按照一定的事件發(fā)生時間順序?qū)?dāng)前旅游對象狀態(tài)之前的旅游數(shù)據(jù)保存到歷史庫中。

2）過程數(shù)據(jù)庫保存的是對象各個變化時段的屬性和空間等數(shù)據(jù)，由事件與過程引起變化的前后對象之間對應(yīng)關(guān)系的記錄數(shù)據(jù)，由事件表與過程表等組成。

3）現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫存儲的是旅游信息的最新數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)當(dāng)前操作的對象，該數(shù)據(jù)描述了旅游對象當(dāng)前狀態(tài)下的屬性和空間位置。

旅游時空數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計主要針對旅游管理中的每一個邏輯時空對象進(jìn)行對象信息存儲，根據(jù)Oracle Spatial空間數(shù)據(jù)模型，可以建立旅游各個部分的對象表，景區(qū)表結(jié)構(gòu)如表1所示。

其中，JQID為主鍵，也是描述景區(qū)對象的唯一標(biāo)識，有助于時空索引；BT是開始時間，表示該旅游對象開始存在的時間；ET是結(jié)束時間，表示該景區(qū)對象消失的時間，BT和ET主要用來區(qū)分現(xiàn)勢數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；B_EVID表示該景區(qū)對象產(chǎn)生的原因；E_EVID表示該景區(qū)對象變更結(jié)束的原因。

表1 景區(qū)時空數(shù)據(jù)表

結(jié)合旅游時空數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)，可以對模型中每一個邏輯時空對象建立現(xiàn)勢表、事件表、過程表、歷史表，各個表的結(jié)構(gòu)分別如表2～表5所示。

表2 旅游對象現(xiàn)勢表

表3 旅游對象事件表

表4 旅游對象過程表

表5 旅游對象歷史表

2 智慧旅游綜合信息的查詢分析

根據(jù)旅游時空信息變化的特征，對旅游綜合信息進(jìn)行快照式查詢，包括輸入一個時刻或一個時間段和時間間隔，查詢顯示出相應(yīng)時刻或間隔的靜態(tài)快照及時間段內(nèi)的動態(tài)變化，即某個時刻的歷史狀態(tài)查詢。

2.1 查詢某個時間點(diǎn)的旅游信息

給定一個時間點(diǎn)（T0），查詢在這時刻的旅游信息，首先在歷史數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中檢索滿足條件Ts＜T0&&Te>T0的旅游對象記錄，即為查詢結(jié)果，其查詢流程如圖2所示。

圖2 基于時間點(diǎn)的快照查詢流程圖

設(shè)now、nowobj、past、pastobj、temp分別為現(xiàn)勢表、現(xiàn)勢表中的旅游對象、歷史表、歷史表中的旅游對象、臨時表，基于時間點(diǎn)的快照查詢算法描述如下：

2.2 查詢某個時間段的旅游信息

給定一個時間段（T1，T2），查詢在這時間段內(nèi)的旅游信息，這時間段可能包含對象的起始時間或消失時間，因此，在歷史數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中檢索滿足條件Te>T1&&Te＜T2&&Ts>T1&&Ts＜T2的旅游對象記錄，即為查詢結(jié)果。設(shè)now、nowobj、past、pastobj、temp分別為現(xiàn)勢表、現(xiàn)勢表中的旅游對象、歷史表、歷史表中的旅游對象、臨時表，基于時間段的快照查詢算法描述如下：

快照式查詢只是比較所需要查詢的時間或時間段與起始時間（Ts）和結(jié)束時間（Te）的大小關(guān)系，接著在歷史數(shù)據(jù)庫及現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中查詢滿足條件的記錄即可，因此，這種查詢效率相對比較高且易于實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié) 語

在智慧城市的背景下，智慧旅游的建設(shè)步伐也不斷加快，與此同時，大量的旅游信息頻繁變更，如何合理掌握真實(shí)且具有現(xiàn)勢性的綜合性信息，實(shí)現(xiàn)旅游數(shù)據(jù)的快速存儲與查詢，這就需要建立一個有效的時空數(shù)據(jù)模型，節(jié)約存儲空間。通過對智慧旅游的時空數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的組織和管理來構(gòu)建智慧旅游時空數(shù)據(jù)庫，將是智慧旅游系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

[1] 李云鵬．基于旅游信息服務(wù)視角的智慧旅游[N]．中國旅游報,2013-01-09(23)

[2] 楊曉梅,張韻婕,藍(lán)榮欽,等．智能旅游信息系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J]．測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報．2012,29(5):321-325

[3] 佘江峰,馮學(xué)智,都金康．時空數(shù)據(jù)模型的研究進(jìn)展評述[J]．南京大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2005,41(3):259-267

[4] 陳新保,朱建軍,陳建群．時空數(shù)據(jù)模型綜述[J]．地理科學(xué)進(jìn)展,2009,28(1):9-17

[5] 李振華．ORACLE空間數(shù)據(jù)庫的對象_關(guān)系模式初探[J]．地球科學(xué),2002,27(3):333-337

[6] 張凌云,黎巎,劉敏．智慧旅游的基本概念與理論體系[J]．旅游學(xué)刊,2012,27(5):66-73

[7] 薛存金,謝炯．時空數(shù)據(jù)模型的研究現(xiàn)狀與展望[J]．地理與地理信息科學(xué),2010,26(1):1-6

[8] HUTER G J．Non-current Data and Geographical Information Systems a Case for Data Retention[J]．Geographical Information Systems,1988,2(2):281-286

[9] 李景文,傅瑋佳,葉良松,等．基于對象的GIS時空數(shù)據(jù)模型設(shè)計方法[J]．地理與地理信息科學(xué),2010,26(6):11-14

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1672-4623（2016）12-0024-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.12.009

李文清，碩士研究生，研究方向為GIS理論與應(yīng)用。

2015-07-06。

項目來源：國家自然科學(xué)基金資助項目（41461085）；廣西自然科學(xué)基金資助項目（2014GXNSFDA118032）；教育廳資助項目（YB2014164）。