摘 要：在分析現(xiàn)有更新模式和機(jī)制的基礎(chǔ)上，提出一種面向增量更新的地理空間數(shù)據(jù)版本化管理方法，設(shè)計(jì)了5年區(qū)間-年度區(qū)間-狀態(tài)版本的多級時態(tài)地理空間數(shù)據(jù)組織管理模式，以基態(tài)修正后的初始版本地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)進(jìn)行動態(tài)增量更新數(shù)據(jù)組織管理，以多時態(tài)索引疊加空間幾何索引、屬性語義索引構(gòu)成復(fù)合時空索引進(jìn)行多時態(tài)空間數(shù)據(jù)快速查詢檢索。實(shí)踐表明，該方法實(shí)現(xiàn)了多時態(tài)地理空間數(shù)據(jù)的高效組織管理和快速查詢檢索效率。

　　關(guān)鍵詞：多級時態(tài)地理空間數(shù)據(jù);地理空間數(shù)據(jù)庫;版本化;增量更新;組織管理

　　大量高性能高精度測繪遙感傳感器和地理空間數(shù)據(jù)獲取平臺的投入使用，使得現(xiàn)有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫和其他地理空間數(shù)據(jù)成果都面臨快速更新和高效管理的問題。早期地理空間數(shù)據(jù)更新主要采用全面更新、整版更新、定期更新等模式，帶來了數(shù)據(jù)冗余大、更新周期長、生產(chǎn)效率低等問題，也會導(dǎo)致數(shù)據(jù)管理維護(hù)成本增加、查詢檢索效率下降[1]。

　　地理測繪評職知識：地理空間信息期刊怎么投稿

　　近年來我國基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新工程啟動，對基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性和更新效率都提出了更高要求[2]。動態(tài)更新主要采用及時發(fā)現(xiàn)、及時測定、及時更新、增量更新模式，在縮短更新周期、提高地理空間數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性、歷史數(shù)據(jù)查詢回溯方面具有明顯優(yōu)勢，但這種模式對地理空間數(shù)據(jù)的組織與管理提出了更高要求。本文緊密結(jié)合地理空間數(shù)據(jù)更新所產(chǎn)生的多時態(tài)、多版本地理空間數(shù)據(jù)存儲冗余、組織管理不便、查詢效率低等問題，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種面向增量更新的地理空間數(shù)據(jù)版本化管理方法。

　　1研究現(xiàn)狀

　　隨著地理空間數(shù)據(jù)庫持續(xù)更新技術(shù)發(fā)展，相對于地理空間數(shù)據(jù)庫全面、定期更新模式，動態(tài)增量更新僅對發(fā)生變化的空間數(shù)據(jù)及時更新，方式更為靈活，更新周期短，最大程度上保證了地理信息數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性，更能滿足今后數(shù)據(jù)庫更新的發(fā)展方向[3]。

　　原國家測繪地理信息局于2012年啟動了國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新工程，對我國1∶5萬、1∶25萬、1∶100萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫進(jìn)行持續(xù)快速更新，每年更新一次、發(fā)布一版。國家基礎(chǔ)地理信息中心和地方測繪部門對在基礎(chǔ)地理信息更新中，以地形數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建多時態(tài)空間數(shù)據(jù)庫模型，實(shí)施基于增量的多時態(tài)數(shù)據(jù)庫建庫與動態(tài)更新[4-8]。應(yīng)申等[9]研究了基于版本數(shù)據(jù)庫的空間要素變化信息提取和更新技術(shù)。

　　劉劍煒等[10]針對地形要素變化檢測需求，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于矢量柵格化比較的變化檢測方法。盡管地理空間數(shù)據(jù)增量更新關(guān)鍵技術(shù)和理論相關(guān)研究取得了顯著成果，但對于解決持續(xù)動態(tài)增量更新中出現(xiàn)的長時限、多時態(tài)地理空間數(shù)據(jù)存貯、組織管理和回溯查詢等問題，現(xiàn)有的研究成果比較欠缺。本文以涵蓋地理信息和地圖制圖數(shù)據(jù)的一體化數(shù)據(jù)庫持續(xù)更新為研究對象，設(shè)計(jì)提出了面向增量更新的地理空間數(shù)據(jù)版本化組織管理方法，以期有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫動態(tài)增量更新過程中多時態(tài)地理空間數(shù)據(jù)的高效存儲、組織管理和查詢檢索。

　　2方法原理

　　本文方法基本原理是基于原始基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)成果，建立地理信息數(shù)據(jù)庫基態(tài)版本，利用數(shù)據(jù)庫驅(qū)動的制圖表達(dá)技術(shù)生成初始版本地圖制圖數(shù)據(jù)庫，利用地理要素實(shí)體唯一關(guān)聯(lián)關(guān)系將地理信息數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)合并形成基態(tài)一體化地理空間數(shù)據(jù)庫。

　　以基態(tài)數(shù)據(jù)庫為起點(diǎn)，對地理空間數(shù)據(jù)啟動動態(tài)增量更新。兼顧長時限、大規(guī)模地理空間數(shù)據(jù)與國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展5年規(guī)劃協(xié)調(diào)一致，本文針對持續(xù)增加的跨年度、年度內(nèi)不定期動態(tài)更新后的地理空間數(shù)據(jù)，對一體化數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)集層面設(shè)定5年周期對應(yīng)一個整體庫、年度區(qū)間增量更新庫的兩級版本進(jìn)行存儲、組織管理，對要素實(shí)體對象增加更新狀態(tài)標(biāo)識;對一體化數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)建立5年周期-年度區(qū)間-更新狀態(tài)版本構(gòu)成三級時態(tài)版本索引，疊加空間幾何索引(R樹、四叉樹、B樹等)、屬性語義索引構(gòu)成混合時空索引，實(shí)現(xiàn)多時態(tài)空間數(shù)據(jù)的快速查詢檢索。

　　2.1多時態(tài)地理空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

　　基于多時態(tài)空間數(shù)據(jù)常有的基態(tài)版本、歷史版本和現(xiàn)勢版本3種版本模式，將一體化地理空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)為由現(xiàn)勢數(shù)據(jù)庫和多個5年區(qū)間版本的歷史數(shù)據(jù)庫組成，對地理空間數(shù)據(jù)以要素實(shí)體為對象擴(kuò)展時態(tài)、版本狀態(tài)標(biāo)識空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使其成為多時態(tài)版本數(shù)據(jù)。

　　空間要素在原有屬性項(xiàng)基礎(chǔ)上擴(kuò)展實(shí)體時態(tài)版本標(biāo)識(Datetimes(如：2005-10-1212：32：21))和更新狀態(tài)版本標(biāo)識(Vers(如：增加、刪除、修改))屬性字段，分別記錄要素更新時態(tài)和狀態(tài)版本;構(gòu)建面向時態(tài)數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)勢數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)表、歷史數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)表、年度增量數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)表等一系列元數(shù)據(jù)表，分別用來描述每個5年區(qū)間經(jīng)過更新形成的現(xiàn)勢庫和歷史庫信息，以及標(biāo)識5年區(qū)間內(nèi)每一年度的地理實(shí)體要素更新變化信息。

　　2.2基態(tài)版本數(shù)據(jù)庫初始建庫原始基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)統(tǒng)一、質(zhì)量檢查等處理環(huán)節(jié)，增加初始狀態(tài)版本標(biāo)識，形成基態(tài)修正后的初級版本地理信息數(shù)據(jù)庫，利用數(shù)據(jù)庫驅(qū)動的制圖表達(dá)技術(shù)生成相應(yīng)的初始制圖數(shù)據(jù)，將地理信息和制圖數(shù)據(jù)通過要素實(shí)體唯一標(biāo)識關(guān)聯(lián)進(jìn)行實(shí)體化基態(tài)修正，構(gòu)建初始版地理空間一體化數(shù)據(jù)庫GDB(V0)。

　　2.35年區(qū)間的空間數(shù)據(jù)更新周期管理以5年區(qū)間作為頂層版本實(shí)施地理空間數(shù)據(jù)更新管理，以初始版一體化數(shù)據(jù)庫或上一5年周期版本完整數(shù)據(jù)庫作為本周期的初始版本數(shù)據(jù)庫，在該區(qū)間內(nèi)從第1年度至第5年度逐年實(shí)施年度區(qū)間動態(tài)增量更新與存儲管理，5年結(jié)束后形成一個5年周期完整歷史數(shù)據(jù)庫，作為初始版本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入下一5年周期更新管理。

　　3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

　　本文針對某地區(qū)1∶5萬地理信息與地圖制圖數(shù)據(jù)一體化動態(tài)增量更新管理進(jìn)行了實(shí)踐驗(yàn)證，首先是基于5年周期和年度區(qū)間兩級管理模式設(shè)計(jì)建立了1∶5萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫，對地理要素擴(kuò)展了時態(tài)和操作狀態(tài)版本屬性字段，利用數(shù)據(jù)庫驅(qū)動制圖表達(dá)技術(shù)獲取了基態(tài)制圖數(shù)據(jù)，對1∶5萬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行基態(tài)修正初始建庫，部署了由管理端、生產(chǎn)端組成的分布式更新實(shí)驗(yàn)環(huán)境。具體動態(tài)更新過程是數(shù)據(jù)管理端根據(jù)各生產(chǎn)端的更新任務(wù)范圍，從地理空間數(shù)據(jù)庫中檢出待更新地理信息數(shù)據(jù)子庫和地理信息增量更新工作庫，將待更新地理信息子庫分發(fā)至各生產(chǎn)端。

　　各生產(chǎn)端利用生產(chǎn)更新軟件和多源現(xiàn)勢性資料通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、采集編輯、拓?fù)錂z查等環(huán)節(jié)進(jìn)行地理信息數(shù)據(jù)更新，標(biāo)定要素時態(tài)和操作狀態(tài)變化信息，如新增、修改和刪除等，得到地理信息增量數(shù)據(jù)包，提交至管理端。管理端將地理信息增量更新工作庫與增量更新包根據(jù)要素實(shí)體唯一標(biāo)識確定更新數(shù)據(jù)與被更新數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過版本合并、沖突解決、質(zhì)檢查、接邊檢查后得到增量數(shù)據(jù)包，完成增量更新數(shù)據(jù)入庫。

　　4結(jié)　語

　　本文方法以地理要素實(shí)體為研究對象，針對持續(xù)增加的動態(tài)增量更新數(shù)據(jù)的有效管理問題，將一體化地理空間數(shù)據(jù)庫劃分為現(xiàn)勢數(shù)據(jù)庫和若干歷史數(shù)據(jù)庫，建立了5年周期完整歷史數(shù)據(jù)庫、年度增量數(shù)據(jù)包、要素級更新狀態(tài)三級版本復(fù)合的版本化組織管理模式，這種版本化管理模式契合我國經(jīng)濟(jì)社會統(tǒng)計(jì)更新規(guī)律，相比年度正版更新存儲極大解決了存儲空間，方便數(shù)據(jù)庫容災(zāi)備份，降低海量地理空間數(shù)據(jù)受損風(fēng)險。基于三級時態(tài)版本和空間索引構(gòu)成的混合時空索引，保證了多時態(tài)數(shù)據(jù)快速查詢回溯和檢索。實(shí)驗(yàn)表明本文方法兼顧長效機(jī)制，滿足增量更新下的地理空間數(shù)據(jù)科學(xué)化、合理化組織管理。

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　　作者：王　峰1，安曉亞2，朱　璇3