李小龍

東華理工大學測繪工程學院，江西 南昌 330013

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支持動態(tài)數(shù)據(jù)管理與時空過程模擬的實時GIS數(shù)據(jù)模型研究

李小龍

東華理工大學測繪工程學院，江西 南昌 330013

現(xiàn)實世界的地理現(xiàn)象在不斷變化，人們總想知道這些地理現(xiàn)象的最新狀態(tài)，甚至發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)獲取方式已經(jīng)不能滿足這種時間敏感性應用的需求，現(xiàn)有時空數(shù)據(jù)模型強調(diào)海量歷史時空序列數(shù)據(jù)的存儲與關系維護，在實時性和模擬預測方面表現(xiàn)不足。本文在現(xiàn)有時空數(shù)據(jù)模型的基礎上，分析了現(xiàn)實世界地理實體與現(xiàn)象時空變化過程的結(jié)構(gòu)和規(guī)律，并參考傳感器實時觀測與Agent模擬的特點，利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)構(gòu)建了實時GIS數(shù)據(jù)模型。具體研究內(nèi)容如下：

(1) 本文首先從實時性的角度出發(fā)，給出了實時GIS的概念，并且對硬實時GIS和軟實時GIS作了區(qū)別劃分，指出本文研究的是軟實時GIS。采用時間語義位于空間語義和專題屬性語義之上的語義結(jié)構(gòu)，對現(xiàn)有時空數(shù)據(jù)模型進行了分時期、分類研究，分析了現(xiàn)有時空數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點，為實時GIS數(shù)據(jù)模型的研究提供參考。

(2) 以傳感器對象和地理對象為核心，提出了一個實時GIS地理對象模型。傳感器對象作為一種特殊的地理對象納入到模型中，它除了具有地理對象的特征外，還包含對其他地理對象的狀態(tài)觀測數(shù)據(jù)。在模型中，傳感器對象是由本身的參數(shù)狀態(tài)和觀測值狀態(tài)組成，地理對象的狀態(tài)可由多個子狀態(tài)構(gòu)成，每個子狀態(tài)序列都對應于某個傳感器觀測，并描述了實時GIS地理對象模型各個要素的類結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)。

(3) 分析了時空變化過程的本質(zhì)和規(guī)律，明確了事件與時空過程的含義及相互關系，在實時GIS地理對象模型的基礎上，增加了時空過程、事件類型、事件、觀測、地理對象模擬狀態(tài)等要素，提出了一個支持時空過程表達的實時GIS數(shù)據(jù)模型。其中，時空過程用于描述時空變化場景，它包含地理對象和事件。地理對象的變化與相互作用在滿足條件時生成事件，同時事件也可以在滿足條件時驅(qū)動地理對象發(fā)生變化，由此，可以對時空過程進行較好的表達與模擬。其中，事件類型包含地理對象生成事件的條件和/或事件驅(qū)動地理對象的條件，規(guī)定了地理對象與事件的關系。闡述從模型的概念定義、關系描述、邏輯表達，到數(shù)據(jù)存儲的整個過程。

(4) 實時GIS數(shù)據(jù)模型本身對時空變化過程模擬的能力有限，本文研究實時GIS數(shù)據(jù)模型要素到Agent的映射關系，利用Agent在系統(tǒng)動力學上的表現(xiàn)，提高了實時GIS數(shù)據(jù)模型對時空過程模擬的能力。其中，地理對象映射到Agent上，將地理對象看成Agent。而事件類型的條件映射到簡單反應型Agent的條件—動作規(guī)則中，或?qū)⒄麄€事件類型視為慎思型Agent知識庫的一部分，使實時GIS數(shù)據(jù)模型與ABM能夠良好地結(jié)合。

(5) 本文給出3個試驗，驗證了實時GIS數(shù)據(jù)模型在管理實時動態(tài)數(shù)據(jù)和時空過程表達模擬中的能力。首先，針對武漢市出租車實時監(jiān)控位置數(shù)據(jù)和車內(nèi)圖片數(shù)據(jù)，設計了相應的數(shù)據(jù)模型，并實現(xiàn)了移動對象的實時存儲與表達。然后，針對武漢市9個國控監(jiān)測點的PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)，設計了相應的數(shù)據(jù)模型，并實現(xiàn)了原位地理對象的實時存儲與表達。最后，設計了武漢市航空路立交橋路口(一級內(nèi)澇點)內(nèi)澇對周邊交通影響的時空變化過程場景，分析了時空數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，利用Agent實現(xiàn)了時空過程表達與模擬的實驗。

Author：LI Xiaolong(1981—)，male，received his doctoral degree from Wuhan University on June 2014，majors in spatio-temporal data model and real-time GIS.

E-mail：lixiaolong@ecit.cn

Real-time GIS Data Model Supporting Dynamic Data Management and Spatiotemporal Porcess Simulation

LI Xiaolong

East China University of Technology, Nanchang 330013, China

李小龍.支持動態(tài)數(shù)據(jù)管理與時空過程模擬的實時GIS數(shù)據(jù)模型研究[J].測繪學報，2017,46(3)：402.

10.11947/j.AGCS.2017.20160557.

LI Xiaolong.Real-time GIS Data Model Supporting Dynamic Data Management and Spatiotemporal Porcess Simulation[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(3):402.DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20160557.

P228

D

1001-1595(2017)03-0402-01

江西省自然科學基金(20151BAB213030)；國家自然科學基金(41501437)

2016-11-04

李小龍(1981—)，男，講師，2014年6月畢業(yè)于武漢大學，獲工學博士學位(指導教師：龔健雅教授、吳華意教授)，研究方向為時空數(shù)據(jù)模型與實時GIS。