魏雪梅
(1. 安徽省基礎(chǔ)測(cè)繪信息中心, 安徽 合肥 230031; 2. 安徽省智慧城市與地理國(guó)情監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 安徽 合肥 230031)
隨著地理信息數(shù)據(jù)資源的不斷發(fā)展,面向公眾、政務(wù)、企業(yè)等應(yīng)用場(chǎng)景的地理信息公共平臺(tái)建設(shè)日漸完善。面對(duì)涉密網(wǎng)、政務(wù)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及日益豐富的數(shù)據(jù)內(nèi)容,單一時(shí)點(diǎn)單一尺度的空間數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)難以滿足需要,由多個(gè)層次、多個(gè)庫(kù)體組成的時(shí)空數(shù)據(jù)體系開(kāi)始成為GIS數(shù)據(jù)管理發(fā)展方向[1-6]。
安徽省地理信息公共服務(wù)平臺(tái)是安徽省統(tǒng)一的、權(quán)威的省級(jí)地理信息公共服務(wù)平臺(tái),也是國(guó)家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的安徽省節(jié)點(diǎn)[7-8]。為整合利用全省地理信息資源,提高開(kāi)發(fā)利用水平,提升公共服務(wù)能力,安徽省地理信息公共服務(wù)平臺(tái)建立了以母庫(kù)為核心的公共地理信息數(shù)據(jù)資源體系,采用多級(jí)結(jié)構(gòu)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)組織形式,支撐不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和不同部門(mén)的應(yīng)用需求。由于體系內(nèi)數(shù)據(jù)來(lái)源眾多,需要對(duì)各個(gè)層次的數(shù)據(jù)庫(kù)建立聯(lián)動(dòng)更新機(jī)制,以保證數(shù)據(jù)一致性和現(xiàn)勢(shì)性。本文面向該問(wèn)題展開(kāi)分析研究,建立通用性多級(jí)時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)動(dòng)增量更新模型,并在數(shù)據(jù)資源體系的更新中予以應(yīng)用和驗(yàn)證。
時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)增量更新過(guò)程可以采用數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)義進(jìn)行定義和描述,以數(shù)學(xué)模型的形式建立時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)在不同節(jié)點(diǎn)和時(shí)點(diǎn)上的映射關(guān)系[9-11]。本文研究的聯(lián)動(dòng)增量模型面向由多個(gè)存在主從關(guān)系的時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)組成的數(shù)據(jù)管理體系,旨在通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)建立語(yǔ)義分類(lèi),對(duì)增量更新中的各種行為建立模型,實(shí)現(xiàn)體系內(nèi)任意節(jié)點(diǎn)增量變化驅(qū)動(dòng)各數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)動(dòng)更新的技術(shù)流程。
任一空間對(duì)象在t時(shí)點(diǎn)的空間信息可以描述為
對(duì)于t0→t1的變化增量ΔO
由n個(gè)空間對(duì)象構(gòu)成的數(shù)據(jù)集在t時(shí)點(diǎn)可以描述為
對(duì)于t0→t1的變化增量ΔS
式中,ΔSn為原有n個(gè)對(duì)象變化增量;δSm為新增m個(gè)對(duì)象集合。進(jìn)行增量更新后,在t1時(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)集可以表示為
假設(shè)數(shù)據(jù)集T為數(shù)據(jù)集S的子集,T∈S。當(dāng)更新由T中空間對(duì)象變化驅(qū)動(dòng),更新方向?yàn)門(mén)→S,此時(shí)S的變化量為
ΔS=ΔT
當(dāng)更新由其他子集中空間對(duì)象變化驅(qū)動(dòng),并已聯(lián)動(dòng)完成父集S更新,此時(shí)子集T的變化量為
ΔT=ΔS-δ
式中,δ∈ΔS,δ∩ΔT=?。
由于在涉密網(wǎng)和非涉密網(wǎng)環(huán)境中都需要部署應(yīng)用平臺(tái),省級(jí)地理信息公共服務(wù)數(shù)據(jù)資源體系應(yīng)由多個(gè)具有主從關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)組成,便于在不同的應(yīng)用環(huán)境建立數(shù)據(jù)映射[12-13]。安徽省地理信息公共服務(wù)數(shù)據(jù)資源體系是新型公共服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)支撐,重點(diǎn)在于改變現(xiàn)有涉密版平臺(tái)和非涉密平臺(tái)相互孤立的現(xiàn)狀,在統(tǒng)一的體系內(nèi)支持涉密版、政務(wù)版、公眾版的多樣化數(shù)據(jù)需求。母庫(kù)是由基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、國(guó)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)、遙感影像及各類(lèi)專題數(shù)據(jù)庫(kù)中提取的數(shù)據(jù)綜合而成,是支撐測(cè)繪地理信息公共服務(wù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。各個(gè)版本的產(chǎn)品庫(kù)數(shù)據(jù)均從母庫(kù)根據(jù)需求提取而來(lái),但依據(jù)涉密環(huán)境的不同作了不同程度的保密處理。
從數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)(如圖1所示)來(lái)看,母庫(kù)S是整個(gè)數(shù)據(jù)資源體系的父層,涉密版產(chǎn)品庫(kù)T1、政務(wù)版T2和公眾版產(chǎn)品庫(kù)T3為母庫(kù)的3個(gè)不同子集。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上,將母庫(kù)S作為時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理,管理覆蓋全部時(shí)相與全部類(lèi)別的最大數(shù)據(jù)集合;T1、T2、T3均為S在某一時(shí)點(diǎn)的子集,所管理的空間對(duì)象只有單一的時(shí)間狀態(tài),對(duì)象總數(shù)及對(duì)象的屬性字段數(shù)量均小于S,空間位置按照保密相對(duì)于S進(jìn)行了空間變換。
在數(shù)據(jù)資源體系建立之前,地理信息公共平臺(tái)更新多采用“底層驅(qū)動(dòng),定期更新”的數(shù)據(jù)維護(hù)模式[14-15],即按照更新計(jì)劃每年開(kāi)展1~2次更新,需要更新的要素和服務(wù)由基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)更新情況和遙感影像獲取情況決定。這種更新模式全部在涉密環(huán)境中進(jìn)行,存在周期長(zhǎng)、覆蓋率低、不同版本更新需要重復(fù)進(jìn)行等特點(diǎn),導(dǎo)致各版本各地區(qū)間存在現(xiàn)勢(shì)性不一致的現(xiàn)象。
本文在時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)動(dòng)增量更新模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了“需求驅(qū)動(dòng),動(dòng)態(tài)同步”的更新機(jī)制,即不僅可以通過(guò)底層驅(qū)動(dòng)自母庫(kù)發(fā)起更新,而且可以自產(chǎn)品庫(kù)在應(yīng)用端根據(jù)數(shù)據(jù)需求發(fā)起更新,反向推動(dòng)全體系聯(lián)動(dòng)更新,如圖2所示。這一機(jī)制的核心在于對(duì)數(shù)據(jù)資源體系內(nèi)的每一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)都設(shè)置一個(gè)更新觸發(fā)引擎,產(chǎn)品庫(kù)采用需求報(bào)送進(jìn)行觸發(fā),母庫(kù)采用底層更新進(jìn)行觸發(fā),單一節(jié)點(diǎn)的更新可以快速反饋至母庫(kù)集中處理,進(jìn)而觸發(fā)對(duì)體系內(nèi)各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)的同步聯(lián)動(dòng)更新。在更新過(guò)程中,引入全生命周期管理、屬性提取與融合、空間變換等技術(shù)環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)對(duì)地理信息公共服務(wù)的數(shù)據(jù)需求全覆蓋。這一模式把更新操作從涉密環(huán)境擴(kuò)展至任一應(yīng)用環(huán)境,可以大大縮短更新周期和需求響應(yīng)時(shí)間,并可與傳統(tǒng)的定期更新計(jì)劃兼容,形成更加完善的數(shù)據(jù)更新維護(hù)機(jī)制。
在需求驅(qū)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)更新機(jī)制下,聯(lián)動(dòng)更新技術(shù)流程從傳統(tǒng)的底層順序更新轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)增量同步,更新發(fā)起從傳統(tǒng)的單一底層驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾枨篁?qū)動(dòng),更新環(huán)境從單一的涉密內(nèi)網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪W(wǎng)觸發(fā)多網(wǎng)聯(lián)動(dòng),更新目的從維護(hù)公共服務(wù)平臺(tái)轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄮?kù)聯(lián)動(dòng),如圖3所示。整個(gè)流程的研究重點(diǎn)有變化發(fā)現(xiàn)、逆向更新、順向提取3個(gè)環(huán)節(jié)。
2.3.1 變化發(fā)現(xiàn)
變化發(fā)現(xiàn)是更新的發(fā)起點(diǎn),在傳統(tǒng)模式下,公共服務(wù)平臺(tái)無(wú)需提供變化發(fā)現(xiàn)功能,更新是由測(cè)繪地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)起,以定期更新的方式按一定周期進(jìn)行的。在新模式下,變化發(fā)現(xiàn)概念得到了新的發(fā)展,可以分為需求驅(qū)動(dòng)和底層驅(qū)動(dòng)兩個(gè)部分。需求驅(qū)動(dòng)作用于公共服務(wù)平臺(tái),采用眾包制圖的思想,在各個(gè)應(yīng)用終端都建立了在線繪圖和申報(bào)模塊,用戶和更新人員可以實(shí)時(shí)將要素變化通過(guò)平臺(tái)在線繪制,經(jīng)過(guò)平臺(tái)維護(hù)人員審核后即可實(shí)現(xiàn)對(duì)任一網(wǎng)段的產(chǎn)品庫(kù)實(shí)時(shí)更新,并自動(dòng)完成該網(wǎng)段各類(lèi)平臺(tái)服務(wù)的更新。底層驅(qū)動(dòng)是傳統(tǒng)的順序更新模式的發(fā)展,將基礎(chǔ)庫(kù)的數(shù)據(jù)變化同樣作為公共服務(wù)平臺(tái)的發(fā)起點(diǎn),從而啟動(dòng)后續(xù)的更新流程。無(wú)論采用哪一種模式,變化發(fā)現(xiàn)之后,都將觸發(fā)體系內(nèi)所有數(shù)據(jù)庫(kù)及服務(wù)的動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)。
2.3.2 逆向更新
逆向更新是指從公共服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用端發(fā)起的,向母庫(kù)進(jìn)行增量更新的流程,在更新流程上與傳統(tǒng)的順序更新互為逆向。以政務(wù)版為例,當(dāng)政務(wù)版用戶提交一處更新后,維護(hù)人員實(shí)時(shí)完成對(duì)政務(wù)版產(chǎn)品庫(kù)和服務(wù)的更新,進(jìn)而啟動(dòng)了逆向更新流程。政務(wù)版產(chǎn)品庫(kù)的更新會(huì)形成增量包,經(jīng)由逆向保密處理為母庫(kù)增量包,向母庫(kù)進(jìn)行增量更新。
假設(shè)從t0→t1時(shí)點(diǎn),政務(wù)版產(chǎn)品庫(kù)形成了變化增量,其中l(wèi)個(gè)對(duì)象發(fā)生了空間或?qū)傩宰兓略隽薽個(gè)對(duì)象,刪除了h個(gè)對(duì)象為
引入空間和屬性變化,考慮政務(wù)版中空間位置為保密處理后的概略位置,該增量可以轉(zhuǎn)換為
(Ot1Ot0)h},Ot1=?
政務(wù)版進(jìn)入母庫(kù)需要進(jìn)行空間變換、屬性融合,空間變化即從非涉密環(huán)境加密為涉密數(shù)據(jù),屬性融合是指政務(wù)版屬性項(xiàng)個(gè)數(shù)M小于母庫(kù)屬性項(xiàng)N,應(yīng)對(duì)屬性予以補(bǔ)全。經(jīng)過(guò)變換后獲得母庫(kù)增量
因變化不影響母庫(kù)要素個(gè)數(shù),將發(fā)生變化的l維變量集合及變換為空值的h維變量集合向母庫(kù)的n維進(jìn)行歸并,計(jì)為ΔSn,新增的m維變量集合計(jì)為δSm。則完成更新后,在t1時(shí)點(diǎn)母庫(kù)S的狀態(tài)可以描述為
2.3.3 順向提取
順向提取是指從公共服務(wù)平臺(tái)母庫(kù)提取增量包,并向應(yīng)用端產(chǎn)品庫(kù)進(jìn)行更新的流程,這一階段與傳統(tǒng)的順序更新方向一致。以政務(wù)版為例,在母庫(kù)逆向更新完成后,母庫(kù)可以提取涉密版的增量包和公眾版增量包,涉密版增量包直接向涉密版產(chǎn)品庫(kù)進(jìn)行增量更新,公眾版增量包經(jīng)過(guò)順向保密處理后對(duì)公眾版產(chǎn)品庫(kù)進(jìn)行增量更新。產(chǎn)品庫(kù)的增量更新完成后,會(huì)自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)服務(wù)的更新,至此公共服務(wù)平臺(tái)的跨網(wǎng)段多庫(kù)聯(lián)動(dòng)更新完成,數(shù)據(jù)和服務(wù)實(shí)現(xiàn)了完全同步。
以政務(wù)版產(chǎn)品庫(kù)T為例,假設(shè)從t0→t1時(shí)點(diǎn),母庫(kù)S形成了變化增量
ΔS=ΔSl+δSm+δ
因T為S子集,δ為ΔS中與T無(wú)關(guān)的對(duì)象應(yīng)予排除,引入空間和屬性變化可以轉(zhuǎn)換為
通過(guò)從涉密環(huán)境進(jìn)入非涉密環(huán)境的空間變換與屬性提取后,獲得產(chǎn)品庫(kù)T的增量
因變化不影響產(chǎn)品庫(kù)要素個(gè)數(shù),將發(fā)生變化的l維變量集合庫(kù)的n維進(jìn)行歸并,計(jì)為ΔTn,新增的m維變量集合計(jì)為δTm,刪除的h變量集合計(jì)為δTh。則完成更新后,在t1時(shí)點(diǎn)產(chǎn)品庫(kù)T的狀態(tài)可以描述為
基于本文的研究成果,利用原公共服務(wù)數(shù)據(jù)集,整合1∶1萬(wàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)及其他專題數(shù)據(jù),建立了完整的安徽省地理信息公共服務(wù)數(shù)據(jù)資源體系。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)體系內(nèi)的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)更新與維護(hù)備份等工作,定制開(kāi)發(fā)了母庫(kù)管理系統(tǒng),通過(guò)系統(tǒng)的相關(guān)功能模塊,實(shí)現(xiàn)時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)動(dòng)更新,如圖4所示。
利用聯(lián)動(dòng)更新機(jī)制,本文對(duì)2017年全年度安徽省地理信息公共服務(wù)平臺(tái)開(kāi)展了數(shù)據(jù)更新工作,更新內(nèi)容包括道路、水系、居民地、城市綠地、地名地址等。以地名地址數(shù)據(jù)為例,全年采用了底層驅(qū)動(dòng)和需求驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的方式進(jìn)行了地名地址數(shù)據(jù)更新,地名地址條目總數(shù)由83萬(wàn)條上升至113萬(wàn)條,其中有573 329條數(shù)據(jù)是通過(guò)底層驅(qū)動(dòng)方式由母庫(kù)發(fā)起更新,通過(guò)收集公眾版用戶上報(bào)信息獲得674條數(shù)據(jù)從公眾版產(chǎn)品發(fā)起需求驅(qū)動(dòng)更新,整個(gè)數(shù)據(jù)體系進(jìn)行了3次數(shù)據(jù)同步。地名地址數(shù)據(jù)的更新情況見(jiàn)表1。
表1 地名地址數(shù)據(jù)更新統(tǒng)計(jì)
實(shí)際作業(yè)經(jīng)驗(yàn)表明,采用多級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)動(dòng)更新機(jī)制可以滿足省級(jí)地理信息公共數(shù)據(jù)庫(kù)的更新維護(hù)需要,在保障數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性的同時(shí)提升了對(duì)更新需求的快速響應(yīng)能力。經(jīng)過(guò)一年的更新,安徽省各版本的公共平臺(tái)電子地圖現(xiàn)勢(shì)性大大提高,豐富了圖面信息,提升了瀏覽體驗(yàn),如圖5所示。
本文圍繞著多級(jí)結(jié)構(gòu)的地理信息公共服務(wù)數(shù)據(jù)資源體系開(kāi)展了聯(lián)動(dòng)增量更新機(jī)制和方法研究,對(duì)更新增量的提取和同步作了定量描述,提出了具體的實(shí)現(xiàn)方法。從更新效果來(lái)看,在現(xiàn)勢(shì)性不足的情況下底層驅(qū)動(dòng)的效率較高,可以快速提高整體的現(xiàn)勢(shì)性。需求驅(qū)動(dòng)更為貼近用戶,適用于對(duì)熱點(diǎn)地區(qū)的快速應(yīng)急更新。兩種方法共同作用在保證整體現(xiàn)勢(shì)性逐年提高的同時(shí),還可以滿足局部區(qū)域快速更新需求。