毛寧　陶象武　呂恭鳴　馬良　張湜岫　趙濬哲

摘要：隨著地理信息系統(tǒng)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，地理空間數(shù)據(jù)成為許多行業(yè)解決規(guī)劃和管理問(wèn)題不可或缺的輔助決策數(shù)據(jù)，而且對(duì)于空間數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性要求越來(lái)越高。3S技術(shù)的發(fā)展也為數(shù)據(jù)快速更新提供了有效的技術(shù)手段，傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)已無(wú)法有效地存儲(chǔ)和管理積累的大量歷史數(shù)據(jù)。本文以面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)庫(kù)Geodatabase為基礎(chǔ)平臺(tái)，以減少歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間為目的，完成了多基態(tài)修正模型時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，極大地減少了空間歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的冗余。

關(guān)鍵詞：空間數(shù)據(jù);多基態(tài)修正模型;時(shí)空數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）14-0003-03

Abstract： With the wide application of Geographic Information System in various fields of society， geospatial data has become an indispensable auxiliary decision-making data for many industries to solve planning and management problems， and the demand for the current situation of spatial data is becoming higher and higher. The development of 3S technology also provides an effective technical means for rapid data updating. Traditional spatial databases can not effectively store and manage a large number of accumulated historical data. Based on the object-oriented geographic database Geodatabase， in order to reduce the storage space of historical data， this paper completes the design of spatial-temporal database of multi-base state amendment model， ?and greatly reduces the redundancy of spatial historical data storage.

Key words： spatial data; Multi-base state amendment model; spatial-temporal data

1 引言

空間數(shù)據(jù)庫(kù)是地理實(shí)體有關(guān)的空間特征、屬性特征和時(shí)間特征數(shù)據(jù)的集合[1]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)空間數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性要求越來(lái)越高，空間數(shù)據(jù)的快速更新成為迫切的需求，而日益成熟的航空攝影測(cè)量技術(shù)和衛(wèi)星遙感技術(shù)也成為空間數(shù)據(jù)更新有效的技術(shù)手段，空間數(shù)據(jù)的更新周期變得越來(lái)越短[2]，從而也積累了大量的歷史數(shù)據(jù)。隨著GIS技術(shù)在國(guó)土監(jiān)測(cè)各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，GIS應(yīng)用人員對(duì)空間對(duì)象在時(shí)間中的發(fā)展變化的研究對(duì)求解相關(guān)空間問(wèn)題顯得尤為重要[3][4]，如何將歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)勢(shì)性數(shù)據(jù)有效的存儲(chǔ)和管理起來(lái)，對(duì)于側(cè)重考慮地理實(shí)體空間特征的傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)模型已無(wú)法滿足上述要求。時(shí)空數(shù)據(jù)模型研究成為當(dāng)前GIS研究的一個(gè)重要方向[5]。目前Geodatabase被很多學(xué)者作為建立時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)平臺(tái)[6][7]，本文在研究Geodatabase面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上，提出了基于Geodatabase的多基態(tài)修正時(shí)空數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)方案。

2 模型介紹

2.1Geodatabase數(shù)據(jù)模型

Geodatabase采用的是面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)模型，相較于傳統(tǒng)的層次數(shù)據(jù)模型、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型和關(guān)系數(shù)據(jù)模型用于GIS地理數(shù)據(jù)庫(kù)的局限性，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型更加適用于GIS問(wèn)題的求解。Geodatabase類型分為三種：文件地理數(shù)據(jù)庫(kù)、個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫(kù)和ArcSDE地理數(shù)據(jù)庫(kù)，前兩者可作為本地地理數(shù)據(jù)庫(kù)使用，個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫(kù)由于采用了Microsoft Access文件存儲(chǔ)和管理空間數(shù)據(jù)，因此存在2 GB的大小限制，三個(gè)地理數(shù)據(jù)庫(kù)中只有ArcSDE地理數(shù)據(jù)庫(kù)能支持多用戶的讀寫，且支持Oracle、Microsoft SQL Server等大型的數(shù)據(jù)庫(kù)。本文考慮到時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)的簡(jiǎn)單性、易用性和平臺(tái)獨(dú)立性采用了文件地理數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)方式。Geodatabase對(duì)于矢量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理大致可以分為三個(gè)層次結(jié)構(gòu)：地理數(shù)據(jù)庫(kù)、特征數(shù)據(jù)集、特征類，如圖 1：

地理數(shù)據(jù)庫(kù)可以包含多個(gè)特征數(shù)據(jù)集，每個(gè)特征數(shù)據(jù)集可以包含了多個(gè)特征類，這些特征類必須采用統(tǒng)一的空間參考，特征類存儲(chǔ)著地理實(shí)體的幾何數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。

2.2多基態(tài)修正模型

本文采用多基態(tài)修正模型，主要思想是首先以研究區(qū)某一時(shí)刻的數(shù)據(jù)狀態(tài)作為基態(tài)，然后計(jì)算并存儲(chǔ)當(dāng)前基態(tài)時(shí)刻以后的其他時(shí)刻數(shù)據(jù)相對(duì)于基態(tài)的變化量或差文件[8][9];隨著不同時(shí)刻數(shù)據(jù)變化量的存儲(chǔ)，當(dāng)變化量積累超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定的閾值時(shí)，將當(dāng)前最新時(shí)刻的數(shù)據(jù)狀態(tài)設(shè)定為新基態(tài)，前一基態(tài)數(shù)據(jù)作為歷史基態(tài)數(shù)據(jù)，之后其他時(shí)刻數(shù)據(jù)的變化量以新基態(tài)為參考進(jìn)行計(jì)算并存儲(chǔ)，模型如圖 2所示：

3 時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

3.1 時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯組成

時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)由特征數(shù)據(jù)集和表構(gòu)成，特征數(shù)據(jù)集包含當(dāng)前基態(tài)特征類和歷史基態(tài)特征類，以及各個(gè)時(shí)刻數(shù)據(jù)相較于指定基態(tài)數(shù)據(jù)的變化量特征類。為了能夠快速地進(jìn)行不同時(shí)刻基態(tài)和變化數(shù)據(jù)的檢索，方便變化量的計(jì)算和某時(shí)刻數(shù)據(jù)的還原，還需要建立基態(tài)記錄表和變化量記錄表。

3.2表設(shè)計(jì)

當(dāng)前基態(tài)、歷史基態(tài)特征類表結(jié)構(gòu)雖然相同（見表 1），但是當(dāng)前基態(tài)數(shù)據(jù)一段時(shí)間內(nèi)會(huì)被頻繁調(diào)用，而歷史基態(tài)數(shù)據(jù)只有在數(shù)據(jù)還原時(shí)需要檢索和提取，因此為了提高檢索、提取以至計(jì)算的效率，本文將兩個(gè)特征類單獨(dú)存儲(chǔ)，否則將兩個(gè)特征類合二為一，將會(huì)降低當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)的使用效率。BaseFcID表示某時(shí)刻基態(tài)的編號(hào)，在當(dāng)前基態(tài)特征類中所有對(duì)象的基態(tài)編號(hào)都是一致的，而在歷史基態(tài)特征類中根據(jù)存儲(chǔ)對(duì)象的存在時(shí)刻不同而具有不同的編號(hào)。

變化特征類表（見表 2）存儲(chǔ)各個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)相對(duì)于指定基態(tài)的變化量，SuperObj和SubObj分別表示變化對(duì)象的父對(duì)象和變化后的子對(duì)象，ChangeID表示某時(shí)刻變化量數(shù)據(jù)的編號(hào)，從而區(qū)分不同時(shí)刻的變化量。

當(dāng)前基態(tài)、歷史基態(tài)記錄表（見表 3）記錄了所有基態(tài)的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，當(dāng)前基態(tài)的開始時(shí)間是確定的，但是結(jié)束時(shí)間未知，為了檢索方便賦予一個(gè)相較開始時(shí)間一個(gè)較大跨度的時(shí)間值。變化量記錄表（見表 4）記錄了用于變化量計(jì)算的某時(shí)刻數(shù)據(jù)的時(shí)間以及參照計(jì)算的基態(tài)編號(hào)。

3.3時(shí)空快照數(shù)據(jù)入庫(kù)和恢復(fù)流程

時(shí)空快照數(shù)據(jù)入庫(kù)步驟：

1） 根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的時(shí)間在基態(tài)、歷史基態(tài)記錄表檢索所屬時(shí)間段的基態(tài)編號(hào);

2） 以基態(tài)編號(hào)為查詢條件在基態(tài)、歷史基態(tài)特征表中提取指定的基態(tài)數(shù)據(jù);

3） 計(jì)算相應(yīng)基態(tài)數(shù)據(jù)和輸入數(shù)據(jù)的變化量;

4） 將變化量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到變化量特征類中，并賦予相應(yīng)變化編號(hào)及其他屬性信息，并在變化量記錄表中增加一行對(duì)應(yīng)的記錄，完成入庫(kù)工作。

時(shí)空快照數(shù)據(jù)還原步驟：

1） 根據(jù)指定的時(shí)間在變化量記錄表中檢索最近的記錄，獲取對(duì)應(yīng)的變化編號(hào)以及對(duì)應(yīng)的基態(tài)編號(hào);

2） 從當(dāng)前基態(tài)或者歷史基態(tài)類中提取對(duì)應(yīng)編號(hào)的基態(tài)數(shù)據(jù);從變化量特征類中提取對(duì)應(yīng)編號(hào)的變化量數(shù)據(jù);

3） 依據(jù)變化量數(shù)據(jù)對(duì)相應(yīng)基態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原，完成指定時(shí)間時(shí)空數(shù)據(jù)的恢復(fù)。

4 結(jié)論

在面向?qū)ο蟮牡乩頂?shù)據(jù)模型Geodatabase中可以很簡(jiǎn)單、方便、快速地實(shí)現(xiàn)多基態(tài)修正模型時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和創(chuàng)建工作，也能較好地處理、存儲(chǔ)基態(tài)和變化數(shù)據(jù)，通過(guò)提供的強(qiáng)大檢索功能可以很快速地對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查找并復(fù)原特定時(shí)刻的數(shù)據(jù)，多基態(tài)修正模型能有效地克服傳統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)的冗余問(wèn)題，極大地減少了存儲(chǔ)占用空間。

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【通聯(lián)編輯：王力】