基于基態修正模型的矢量數據增量更新機制研究

霍 亮，田 軍，靖常峰

(1.北京建筑大學測繪與城市空間信息學院，北京100044;2.現代城市測繪國家測繪地理信息局重點實驗室，北京100044)

一、引 言

二、技術流程

本文用增量信息來存儲外業變化信息，內業通過更新處理程序對增量信息進行操作處理，進而完成對基態的修正更新。采用多級差文件形式保存并索引歷史數據，將修正更新后的矢量數據庫作為當前最新基態;隨著基態的不斷更新，差文件大量累積，當數量累積達到某個閾值時合并差文件，形成差文件的多級索引模式，并建立新基態，更新前的基態作為歷史基態。基態模型如圖1所示。

圖1 基態修正模型

本文增量更新思路是通過對增量信息文件的采集時間和基態數據庫的最新基態時刻進行對比處理，以檢測數據庫是否需要更新，再根據增量信息情況進行更新操作，技術流程如圖2所示。

圖2 矢量數據增量更新方法

三、時空數據組織

1.變化信息的分類

增量信息是指基于基態數據的變化信息，從面向對象的角度看，多個實體間的演變和空間結構的變化都可以通過對單個實體的操作實現。本文在現有研究成果基礎上，將變化信息從實質上歸結為4種變化類型:刪除、創建、幾何變化、屬性變化。細分來說，對每一項又可以進行具體擴充:①刪除:將一個地理對象刪除，包括空間屬性和非空間屬性;②創建:新建一個地理對象及其相關屬性;③屬性變化:地理對象的非空間屬性發生變化，主要是語義屬性變化;④幾何變化:地理對象的空間屬性發生變化，其中主要包括實體的移動、旋轉、擴大、縮小和變形。

2.增量信息的存儲模型

增量信息是指外業采集的地理實體變化產生的成果數據，將其描述成地理空間中新舊地理目標在變化時刻的狀態，本文將增量信息的模型定義為4個部分。

1)元數據信息:主要是與增量信息相關的信息，如文件版本、坐標系、投影類型、比例尺、數據空間范圍等，在對舊基態進行增量更新時，便于舊基態與增量信息之間進行對比轉換。

2)屬性表結構:主要描述變化對象對應的屬性表的結構信息，包括屬性表名稱、字段名稱、屬性類別(空間和非空間)、數據類型和數據精度等;對于每個屬性表中，有幾個字段固定存在，包括對象的唯一標識碼、對象的變化類型，以及變化時間等。

3)采集時間:是指增量信息產生的時間，是用來區別多個不同增量文件的時間要素，也是增量文件與基態數據庫之間關聯的標識;通過采集時間可以判斷數據庫是否需要更新，采集時間T等于或小于數據庫最新基態時刻t，表示數據庫不需要更新;T大于t，表示數據庫需要更新。

4)更新操作:主要包括更新操作的對象、基于變化類別的操作，以及更新操作的內容，見表1。

表1 更新操作

增量信息的存儲模型是依據某一時刻發生的更新操作，逐順序地存儲每一步更新操作對應的增量信息，存儲結構如圖3所示。

372 Standard operation procedure of diagnosis and treatment process for severe acute pancreatitis: clinical application

圖3 數據結構

3.差文件的數據組織

本文采用差文件對數據庫更新后新舊兩個基態之間產生的數據差進行組織和存儲。通過調用基態數據庫和相應的差文件，可以對歷史數據進行檢索查詢，同時對差文件進行閾值合并，建立多級索引，對每一級的差文件增加一個記錄變更時間段的字段，并且每一級別的差文件在時間上連續且范圍沒有重疊。

本文設計的差文件在數據格式上與增量信息的格式基本相似，引入面向對象的概念，差文件中增加了對新舊基態之間時間范圍的相關記錄，不再記錄對象的變化類型和變化時間。主要包括以下3個部分:

1)元數據信息:該內容同增量信息類似，主要是與差文件相關的描述信息，由于本文的基態模型將差文件分成多級并建立索引，因此在此基礎上增加了一個描述差文件級別的記錄。

2)屬性表結構:在增量信息的基礎上，去掉了屬性表中變化類型和變化時間的字段，增加了兩個字段，即變化前對象ID和變化后對象ID。

3)時間覆蓋范圍:記錄了差文件所描述的數據信息的時間跨度，以更新前基態的時刻作為差文件的開始時間、更新后基態的時刻作為差文件的結束時間。

四、矢量數據增量更新

1.增量更新邏輯處理

基態記錄的是某時刻的數據庫狀態，增量信息記錄的是相對于該數據庫狀態的變化信息。對基態進行數據更新，就需要對增量信息進行分析處理，具體更新流程如下:①讀取增量信息;②分析增量信息的采集時間，對比數據庫的基態時刻，將數據庫與增量信息進行關聯并判斷是否需要更新;③處理元數據:主要是檢查增量文件元數據信息中的版本、坐標系、投影、比例尺等信息，以及數據空間范圍等相關信息，以便于確定基態數據與變化數據的一致性;④處理屬性表結構:針對變化數據的屬性表結構，采用一定的數據結構來提取和存儲;⑤對增量信息的更新操作:對不同的要素對象根據其變化類型，采用相應的時空數據動態操作算子對其進行操作，實現對基態數據庫的更新。

2.生成歷史數據

本文在基于增量信息對基態數據庫進行更新后，利用差文件來存儲基態數據庫更新后所產生的歷史數據。生成的具體流程如下:①根據增量信息的元數據等相關信息，確定差文件的元數據信息，并根據新舊基態的時間間隔是否達到閾值及相鄰時間段內差文件數量，來確定差文件的級別;②處理差文件屬性表結構，存儲變化信息的表結構內容，依據增量信息中的變化類型確定空間和非空間信息是否需要寫入差文件對應的信息段中以歷史信息保存;③從原基態中挖掘發生變化的空間目標對應的生存期，差文件中記錄其開始和結束時間，即差文件的時間覆蓋范圍。

五、試 驗

本文在Windows環境下，采用B/S開發模式，運用面向對象的方法和組件對象技術，將GeoServer和Tomcat集成發布矢量數據;利用PostgreSQL來存儲空間和屬性數據，使用 Java、HTML、JavaScript開發，設計實現了一個數據庫增量更新系統。

以某區域的中藥材普查信息為例，通過人工對不同藥材的分布區域進行調繪并矢量成圖，形成增量信息，系統在接收到新的增量信息文件時，加載基態數據，導入增量信息文件，然后通過增量信息對舊基態數據進行更新，具體處理流程如圖4所示;更新之后的對象高亮顯示，如圖5、圖6所示;最后將地理實體對象變化前后的信息差存入差文件中，以供歷史查詢。

圖4 基于增量信息文件的更新流程

圖5 某類中藥材資源斑塊

圖6 某類中藥材資源新增斑塊

六、結束語

本文在國內外研究的基礎上，基于基態修正擴展模型，探討了時空數據的組織方式，采用改進的數據存儲模型，設計并實現了一套利用增量信息和差文件實現增量更新和歷史回溯的技術方案，不僅可以有效地實現增量更新，還可以實現歷史數據的回溯、查詢分析等。但本文的數據更新局限于統一尺度的矢量數據，沒有考慮不同比例尺、不同分辨率的數據更新問題。多尺度、多源海量數據的更新問題是今后進一步研究的方向。

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