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地理空间数据增量更新版本化管理方法研究

时间:2021年02月27日 分类:农业论文 次数:

摘要:在分析现有更新模式和机制的基础上,提出一种面向增量更新的地理空间数据版本化管理方法,设计了5年区间-年度区间-状态版本的多级时态地理空间数据组织管理模式,以基态修正后的初始版本地理空间数据库为基础进行动态增量更新数据组织管理,以多时态索

  摘 要:在分析现有更新模式和机制的基础上,提出一种面向增量更新的地理空间数据版本化管理方法,设计了5年区间-年度区间-状态版本的多级时态地理空间数据组织管理模式,以基态修正后的初始版本地理空间数据库为基础进行动态增量更新数据组织管理,以多时态索引叠加空间几何索引、属性语义索引构成复合时空索引进行多时态空间数据快速查询检索。实践表明,该方法实现了多时态地理空间数据的高效组织管理和快速查询检索效率。

  关键词:多级时态地理空间数据;地理空间数据库;版本化;增量更新;组织管理

地理空间

  大量高性能高精度测绘遥感传感器和地理空间数据获取平台的投入使用,使得现有基础地理信息数据库和其他地理空间数据成果都面临快速更新和高效管理的问题。早期地理空间数据更新主要采用全面更新、整版更新、定期更新等模式,带来了数据冗余大、更新周期长、生产效率低等问题,也会导致数据管理维护成本增加、查询检索效率下降[1]。

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  近年来我国基础地理信息数据库动态更新工程启动,对基础地理信息数据的现势性和更新效率都提出了更高要求[2]。动态更新主要采用及时发现、及时测定、及时更新、增量更新模式,在缩短更新周期、提高地理空间数据现势性、历史数据查询回溯方面具有明显优势,但这种模式对地理空间数据的组织与管理提出了更高要求。本文紧密结合地理空间数据更新所产生的多时态、多版本地理空间数据存储冗余、组织管理不便、查询效率低等问题,设计实现了一种面向增量更新的地理空间数据版本化管理方法。

  1研究现状

  随着地理空间数据库持续更新技术发展,相对于地理空间数据库全面、定期更新模式,动态增量更新仅对发生变化的空间数据及时更新,方式更为灵活,更新周期短,最大程度上保证了地理信息数据的现势性,更能满足今后数据库更新的发展方向[3]。

  原国家测绘地理信息局于2012年启动了国家基础地理信息数据库动态更新工程,对我国1∶5万、1∶25万、1∶100万基础地理信息数据库进行持续快速更新,每年更新一次、发布一版。国家基础地理信息中心和地方测绘部门对在基础地理信息更新中,以地形数据库为基础数据库,构建多时态空间数据库模型,实施基于增量的多时态数据库建库与动态更新[4-8]。应申等[9]研究了基于版本数据库的空间要素变化信息提取和更新技术。

  刘剑炜等[10]针对地形要素变化检测需求,设计实现了基于矢量栅格化比较的变化检测方法。尽管地理空间数据增量更新关键技术和理论相关研究取得了显著成果,但对于解决持续动态增量更新中出现的长时限、多时态地理空间数据存贮、组织管理和回溯查询等问题,现有的研究成果比较欠缺。本文以涵盖地理信息和地图制图数据的一体化数据库持续更新为研究对象,设计提出了面向增量更新的地理空间数据版本化组织管理方法,以期有效实现数据库动态增量更新过程中多时态地理空间数据的高效存储、组织管理和查询检索。

  2方法原理

  本文方法基本原理是基于原始基础地理空间数据成果,建立地理信息数据库基态版本,利用数据库驱动的制图表达技术生成初始版本地图制图数据库,利用地理要素实体唯一关联关系将地理信息数据和制图数据合并形成基态一体化地理空间数据库。

  以基态数据库为起点,对地理空间数据启动动态增量更新。兼顾长时限、大规模地理空间数据与国民经济和社会发展5年规划协调一致,本文针对持续增加的跨年度、年度内不定期动态更新后的地理空间数据,对一体化数据库在数据集层面设定5年周期对应一个整体库、年度区间增量更新库的两级版本进行存储、组织管理,对要素实体对象增加更新状态标识;对一体化数据库数据建立5年周期-年度区间-更新状态版本构成三级时态版本索引,叠加空间几何索引(R树、四叉树、B树等)、属性语义索引构成混合时空索引,实现多时态空间数据的快速查询检索。

  2.1多时态地理空间数据库构建

  基于多时态空间数据常有的基态版本、历史版本和现势版本3种版本模式,将一体化地理空间数据库设计为由现势数据库和多个5年区间版本的历史数据库组成,对地理空间数据以要素实体为对象扩展时态、版本状态标识空间数据结构,使其成为多时态版本数据。

  空间要素在原有属性项基础上扩展实体时态版本标识(Datetimes(如:2005-10-1212:32:21))和更新状态版本标识(Vers(如:增加、删除、修改))属性字段,分别记录要素更新时态和状态版本;构建面向时态数据库的现势数据库元数据表、历史数据库元数据表、年度增量数据元数据表等一系列元数据表,分别用来描述每个5年区间经过更新形成的现势库和历史库信息,以及标识5年区间内每一年度的地理实体要素更新变化信息。

  2.2基态版本数据库初始建库原始基础地理信息数据通过数据格式转换、数学基础统一、质量检查等处理环节,增加初始状态版本标识,形成基态修正后的初级版本地理信息数据库,利用数据库驱动的制图表达技术生成相应的初始制图数据,将地理信息和制图数据通过要素实体唯一标识关联进行实体化基态修正,构建初始版地理空间一体化数据库GDB(V0)。

  2.35年区间的空间数据更新周期管理以5年区间作为顶层版本实施地理空间数据更新管理,以初始版一体化数据库或上一5年周期版本完整数据库作为本周期的初始版本数据库,在该区间内从第1年度至第5年度逐年实施年度区间动态增量更新与存储管理,5年结束后形成一个5年周期完整历史数据库,作为初始版本数据转入下一5年周期更新管理。

  3实验验证

  本文针对某地区1∶5万地理信息与地图制图数据一体化动态增量更新管理进行了实践验证,首先是基于5年周期和年度区间两级管理模式设计建立了1∶5万基础地理信息数据库,对地理要素扩展了时态和操作状态版本属性字段,利用数据库驱动制图表达技术获取了基态制图数据,对1∶5万实验数据进行基态修正初始建库,部署了由管理端、生产端组成的分布式更新实验环境。具体动态更新过程是数据管理端根据各生产端的更新任务范围,从地理空间数据库中检出待更新地理信息数据子库和地理信息增量更新工作库,将待更新地理信息子库分发至各生产端。

  各生产端利用生产更新软件和多源现势性资料通过数据转换、采集编辑、拓扑检查等环节进行地理信息数据更新,标定要素时态和操作状态变化信息,如新增、修改和删除等,得到地理信息增量数据包,提交至管理端。管理端将地理信息增量更新工作库与增量更新包根据要素实体唯一标识确定更新数据与被更新数据间关联关系,通过版本合并、冲突解决、质检查、接边检查后得到增量数据包,完成增量更新数据入库。

  4结 语

  本文方法以地理要素实体为研究对象,针对持续增加的动态增量更新数据的有效管理问题,将一体化地理空间数据库划分为现势数据库和若干历史数据库,建立了5年周期完整历史数据库、年度增量数据包、要素级更新状态三级版本复合的版本化组织管理模式,这种版本化管理模式契合我国经济社会统计更新规律,相比年度正版更新存储极大解决了存储空间,方便数据库容灾备份,降低海量地理空间数据受损风险。基于三级时态版本和空间索引构成的混合时空索引,保证了多时态数据快速查询回溯和检索。实验表明本文方法兼顾长效机制,满足增量更新下的地理空间数据科学化、合理化组织管理。

  参考文献

  [1]周炤,肖强,赵国成,等.基础地理空间数据持续更新模式分析[J].测绘工程,2014,23(1):16-20

  [2]徐文桂.基础地理信息联动更新技术研究[J].技术与市场,2019,26(2):110-114

  [3]田军.基于基态修正模型的矢量数据增量更新机制研究[D].北京:北京建筑大学,2015

  [4]黄焱,代玉,姜淼,等.浅谈国家1∶50000地形图动态更新制图的技术流程[J].测绘与空间地理信息,2014,37(11):206-209

  [5]王东华,刘建军,商瑶玲,等.国家1∶50000基础地理信息数据库动态更新[J].测绘通报,2013,7(7):1-4

  [6]王东华,刘建军.国家基础地理信息数据库动态更新总体技术[J].测绘学报,2015,44(7):822-825

  作者:王 峰1,安晓亚2,朱 璇3

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