CN101593208B - 一种基于基态的动态修正扩展模型的宗地时空数据存储方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于基态的动态修正扩展模型的宗地时空数据存储方法。它基于基态的动态修正扩展模型，创建现势库、过程库和历史库，使用变更工具变更地理空间实体，同时创建时态核心关联索引记录变更关系，再将变更数据提交入库；当历史库中数据超过最大有效查询阈值时，根据最佳查询值，创建变粒度索引因子和基态修正区段快速索引；并根据此索引，进行历史回溯、历史恢复和区域历史再现，最终完成宗地时空数据存储。本发明可以准确记录宗地历史演化的过程，可以有效管理空间数据的历史时态，避免了宗地变更时数据记录的复杂和繁琐，提高了检索的效率，保证了快速回溯任意历史时刻宗地数据信息的要求，保证了同一时刻的数据不产生二义性的要求。
Description
技术领域
本发明涉及GIS(地理信息系统)的时空数据存储技术领域，尤其涉及一种基于基态的动态修正扩展模型的宗地时空数据存储方法。也适用于其他需要记录演变历史的地理空间实体的存储。
背景技术
(1)时空数据模型
时空数据模型是建立具有时态特征的地理信息应用系统的及其重要的基础。一个实际的时态GIS应用系统，往往需要能够同时处理属性数据、空间数据和时变状态下的空间和属性关系，以及时空变化的过程和趋势。
基态修正模型(base state with amendment)与连续快照模型相对应，它是为了避免连续快照模型将每张未发生变化部分的快照特征重复进行记录，按事先设定的时间间隔采样，只储存某个时间(时刻)的数据状态(称基态，basestate)和相对于基态的变化量(amendment)。
对基态的选择理论上没有特别的限制，但不同的基态选择对查询效率会产生较大的影响。一般从操作速度考虑，选择检索频率最高的状态作为基态。而系统的当前状态往往作为变更的最新结果。
典型的基态修正模型可以分为以下几类：
全历史状态修正：将每个历史状态分别与基态进行比较以得到对基态的修正，这是最基本的一种。当系统数据库更新一次，所有历史状态也必须随着同时进行更新才能获得各状态与基态的差文件，如图2所示。当历史变化过程延续远久、时空状态繁杂时，采用这种模式进行时空数据库组织是十分困难的。
逐级状态修正：对全历史状态修正模式进行了改进，如图3所示，其特点是历史上的任一状态都是由前一次的修正后得到的。也就是说，可以从当前基态一步一步地经差文件向后回溯，再现任意指定历史时刻(时间)的时空关系和时空过程。这一方式改变了全历史状态修正历史远久的差文件计算量，但管理差文件本身的任务仍然繁重；并且由于是逐渐回溯，进行历史检索的效率很低。
直接K点状态修正：对逐级状态修正方式进行了改进，如图4所示，其方法是在一些重要的历史巨变(key point)或者时变特点的状态时刻(时间)与当前基态直接进行类似全历史状态修正的差文件修正，加快了历史回退的效率。
间接K点状态修正：根据逐级状态修正的基本思路，对直接K点状态修正进行变换，如图5所示，得到一个新的间接K点状态修正方式。该方法与直接K点状态修正并无优劣之分，关键取决于查询的时态点的位置和与当前基态点、K点以及历史久远的程度等多种因素。例如：对于t0时刻的历史时空关系的查询和恢复，直接K点状态修正具有明显的优势，因为只需经一个差文件运算就能得到结果；而对于t1时刻，间接K点状态修正则明显会更有利一些，但需要维护更多的差文件。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于基态的动态修正扩展模型的宗地时空数据存储方法。
基于基态的动态修正扩展模型的宗地时空数据存储方法包括如下步骤：
1)基于基态的动态修正扩展模型，创建现势库、过程库和历史库；
2)使用地理系统商业软件的图形操作工具变更现势库中的地理空间实体，在过程库中产生新的变更后地理空间实体数据；
3)变更过程中，记录现势库中的地理空间实体数据和过程库中的新的变更后地理空间实体数据之间的关联关系，创建时态核心关联索引；
4)根据步骤3)产生的时态核心关联索引，将现势库中的被变更的地理空间实体数据提交入历史库，将步骤2)产生的新的变更后地理空间实体数据提交入现势库；
5)当历史库中的数据记录到超过最大有效查询阈值时，根据最佳查询值，创建变粒度索引因子；
6)根据步骤5)产生的变粒度索引因子，创建基态修正区段快速索引；
7)根据步骤6)产生的基态修正区段快速索引，进行历史回溯、历史恢复和区域历史再现。
步骤1)中所述的现势库是针对当前状态而创建的，用于存储现势时空数据；所述的历史库是针对历史状态而创建的，用于存储历史时空数据；所述的过程库是针对过程演变的进行时态而创建的，用于记录、表达变化过程；其创建方法：以人机交互的方式获得用户指定的现势库名称，该名称必须惟一；自动生成与该现势库对应的历史库名称和过程库名称；以地理信息系统空间数据库引擎为基础，使用地理信息系统商业软件提供的创建图层集的方法，创建现势库、历史库和过程库；自动获得现势库下图层的名称和属性字段，同样使用现势库图层名构造历史库下图层名称和过程库下图层名称；再使用地理信息系统商业软件提供的创建图层方法在对应的库下分别创建图层。
步骤1)中所述的现势库、过程库和历史库中所存储的地理空间实体数据是指宗地数据以及和宗地有关系的其他地理空间实体矢量数据，地理空间实体矢量数据的特征及结构是：均为时空数据，同时包含标识信息、空间几何信息、产生时间信息、消亡时间信息以及其他需要扩展的属性信息；以一个地理空间实体为最小单位，以面向对象型时空一体数据库的方式记录。
所述的使用地理系统软件的图形操作工具变更现势库中的地理空间实体数据，在过程库中产生新的变更后地理空间实体数据步骤：选中现势库中的、需要被变更的地理空间实体数据，使用地理信息系统商业软件提供的新增、分割、合并、移动、形状改变、属性修改或者删除等变更工具对其进行修改；将产生的、新的变更后地理空间实体数据用面向对象型时空一体数据库的方式记录在过程库中，同时保证现势库中被变更的地理空间实体数据不发生变化；用地理信息系统软件，将现势库中的、被变更的地理空间实体数据，以及过程库中的、新的变更后地理空间实体数据同时绘制在显示器上。
所述的变更过程中，记录现势库中的地理空间实体数据和过程库中的、新的变更后地理空间实体数据之间的关联关系，创建时态核心关联索引步骤：首先判断时态核心关联索引表是否存在，不存在则使用商业数据库引擎创建时态核心关联索引表；获得当前时间确定为此次变更的变更时间，标记现势库中的被变更的地理空间实体和过程库中的新生成的地理空间实体，同时记录它们之间的关联，并以关系表的方式存储于时态核心关联索引表中。
所述的根据步骤3)产生的时态核心关联索引，将现势库中的、被变更的地理空间实体数据提交入历史库，将步骤2)产生的、新的变更后地理空间实体数据提交入现势库的步骤：将时态核心关联索引对应的现势库中的、被变更的地理空间实体移动到历史库存储，将时态核心关联索引对应的过程库中的、新的变更后地理空间实体移动到现势库存储。
步骤5)中所述的最大有效查询阈值和最佳查询值是：用户输入的经验值，最大有效查询阈值必须远远大于最佳查询值，最大有效查询阈值的默认值是10000，最佳查询值的默认值是400，它们均以文本的方式存储。
所述的创建变粒度索引因子的步骤：首先依据基态修正模型的分辨率刻度值大小、基态修正的频率、事务处理时间存储制式的跨度以及数据库的总体规模等因素，确定最大有效查询阈值和最佳查询值，并以文本方式记录，然后，根据用户需要，从文本中读取最大有效查询阈值和最佳查询值，并使用变粒度索引因子值确定方法计算出最佳的单位区段起点和终点，称为基本索引因子K0，再以K0的倍数赋值给各基态修正区段，称为变粒度索引因子Ki，由此获得各基态修正区段长度，并将该值存储于对应的变粒度索引表中；其中，变粒度索引因子值确定方法如下：从日、月、季、年四个时间刻度中任意选择一个，作为标准时间刻度，计算出历史库中的变更记录每发生一次变化用去的标准时间，该标准时间与最佳查询值的乘积确定为基本索引因子K0值，然后用户以凑足整年份为目的指定的基本索引因子K0倍数，从而确定变粒度索引因子Ki值，显然的，倍数的最大值为最大查询阈值与最佳查询值的比值，变粒度索引因子值一经修改，就必须立即更新基态修正区段快速索引表中的数据，即重新划分基态修正区段。
所述的根据步骤5)产生的变粒度索引因子，创建基态修正区段快速索引步骤：首先判断基态修正区段快速索引表是否存在，如果不存在则创建一张基态修正区段快速索引表；然后，读取变粒度索引表中的变粒度因子存储在数组中；从数组中读取第一个粒度因子K1，并从历史库中读取首次变更时间作为基态修正区段的起始时间，通过第一个变粒度因子K1和起始时间计算出基态修正区段的结束时间；再然后由起始时间和结束时间从历史库中获得起始时间对应的第一个地理空间实体的标识，以及结束时间对应的最后一个地理空间实体的标识；然后生成基态修正区段快速索引的标识，将基态修正区段快速索引的标识，起始时间，结束时间，起始时间对应的第一个地理空间实体的标识，结束时间对应的最后一个地理空间实体的标识这五个值存储到基态修正区段索引关系表中。这样，就完成了第一个基态修正区段的划分，然后将结束时间作为第二个基态修正区段的起始时间，从数组中读取第二个变粒度因子K2重复上述过程。
所述的根据步骤6)产生的基态修正区段快速索引，进行历史回溯、历史恢复和区域历史再现步骤：历史回溯是指地理空间实体的变迁历史，地理空间实体从产生到消亡地全部历史过程，它根据用户指定的查询时间获得该时间所在的历史区段，根据历史区段索引创建历史库中的表的视图，通过时态核心关联索引表，提取前变更前后地理空间实体的信息，并循环使用，并且每进行一次提取就在当前节点添加一个子节点，整个历史回溯的结果就形成一棵倒序的回溯树；历史恢复是指将变更过的地理空间实体退回到变更前的状态的过程，它以上述历史回溯过程为基础，获得一棵倒序的回溯树后，删除该树中指定历史节点的所有子节点，然后删除现势库中的地理空间实体，再将相关联的历史库中的地理空间实体移动到现势库的过程；区域历史再现是指通过某时刻所属的基态和修正信息恢复区域某一时刻的全貌，当查询时刻Ti处于T1和T2之间，当前状态是更改时刻所属基态时，恢复Ti历史时刻全貌的过程为：判断Ti时刻所属基态，找出Ti时刻到T2时刻之间因变更所产生的修正量，相对于基态进行回退修正即可得到Ti历史时刻的全貌，即在历史库中应用SQL语句“产生时间<Tiand消亡时间>Ti”查询地理空间实体，在现势库中应用SQL语句“产生时间＜Ti”查询地理空间实体，同时调用上述两条查询语句得到地理空间实体集，这些来源不同并且“存在时间”不同的地理空间实体共同组成了Ti历史时刻的全貌，完成区域历史再现，最后使用地理信息系统显示软件将结果显示到显示器上。
本发明的有益效果
本发明可以准确记录宗地历史演化的过程，可以有效管理空间数据的历史时态，避免了宗地变更时数据记录的复杂和繁琐，提高了检索的效率，保证了快速回溯任意历史时刻宗地数据信息的要求，保证了同一时刻的数据不产生二义性的要求。
附图说明
图1是一种实现本发明的技术流程图；
图2是全历史状态修正模型图；
图3是逐级状态修正模型图；
图4是直接K点状态修正模型图；
图5是间接K点状态修正模型图；
图6是基于基态的动态修正(DMBSA)模型图；
图7是时空数据库中现势库、过程库、历史库的逻辑关系图；
图8是基于基态的动态修正扩展模型，创建现势库、过程库和历史库流程图；
图9是现势库、过程库、历史库中的地理空间实体数据与时态核心关联表相互关系图；
图10是事件驱动下的地理空间实体在现势库、过程库、历史库三级迁移过程图；
图11是变粒度存储因子与时间区段关系图；
图12是基态修正区段快速索引的基本概念图；
图13是区段快速索引时空数据表相互关系图；
图14是实施例“土地产权产籍管理信息系统”中创建的现势库、过程库和历史库实例图；
图15是宗地变更过程示例图；
图16是实施例“土地产权产籍管理信息系统”进行要素历史回溯的界面截图，图中篮框标识的宗地是当前宗地，历史上进行了三次变更，对话框中的宗地是1992年的宗地，红圈标识部分可以很清晰的对比出宗地变化；
图17是实施例“土地产权产籍管理信息系统”进行图层历史回溯的界面截图，对话框中的矩形范围与背景中的矩形范围一致，可以清晰的对比出宗地的增加。
具体实施方式
本发明所采用的时空数据模型称为基于基态的动态修正扩展。其中的基于基态的动态修正(dynamic multilevel base state with amendments，DMBSA)是指当发生小范围事件或少量事件时，都会产生一个和该时刻基态相比较的变化修正量，该变化量被称作基态距。无论记录有多少基态距，当前状态则始终是当前基态。当发生大范围事件或大量变更事件发生时，在适当时态位置设立历史基态点，便于该时刻以前的历史时刻的历史回溯、历史查询等操作。如果在T2时刻附近记录一个历史状态，则历史时刻T2的状态只需通过该历史状态和T2时刻到该状态发生时刻之间的基态距获得。根据事件变化的频度和基态距的大小适当地在历史变迁过程中记录若干历史状态(即设立历史基态)，则不会造成太多的数据冗余，但大大提高了历史回顾的效率。
DMBSA模型如图6所示，在T0到Tn的历史变迁过程中发生了很多历史变更，在时刻点之间记录基态距。时刻T2发生巨大变化，故而在T2时刻设立了一个历史基态1。Tn时刻的状态始终都是当前基态。
将图6与图2、图3、图4、图5进行比较，可以看出，在图2、图3、图4、图5所表示的四种方式中，恢复历史时刻T0的历史状态，要从当前基态Tn时刻逐步回溯，通过n个基态距恢复到时刻T0的状态。而在图6中，若要恢复历史时刻T0的历史状态，则检索T0时刻所属基态(历史基态1)和T0与T2之间的基态距(基态距0和基态距1)，通过历史基态1和两个基态距恢复T0时刻的历史状态。对于变更频繁、历史恢复操作较多的系统来说采用DMBSA模型更能胜任时态信息的管理。
此外，基态的动态修正扩展模型中的“扩展”指创建的过程库。基态修正模型关注的都只是给定时刻(时段)的数据状态，而不涉及由一种状态转变为另一种状态的过程。如果一个地理信息系统只设置现势库和历史库，那么就只保存对象的空间位置和属性的现状(最后一次更新的数据状态)及变化前的各时段历史状态。然而，合理的现实情况是数据的变化往往需要经历一个过程，必须满足一定的条件，经过过程操作验证后，才允许进入过程演变的下一个阶段。因此，针对过程演变的进行时态创建过程库，用于记录、表达变化过程。过程库跟踪对象演变的所有阶段，描述事件发生和演变的全过程。一旦事件发生的条件不满足时，该事件将会沿着发生的时间轴回退，直到条件成立时停止或返回到事件发生前的初始状态。即在实际应用中往往存在一种“伪变化”，也就是处理过程中经证实需要取消或修正的“变化”。图7为过程库与现势库和历史库以及系统的关系。
基于基态的动态修正扩展模型的宗地时空数据存储方法可以对宗地的变更进行有效的存储，保证宗地演变全过程的准确记录，同时避免了宗地时空数据的历史回溯和历史恢复检索的繁琐，具有较好的实用性和扩展性。
为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：
它基于基态的动态修正扩展模型，创建现势库、过程库和历史库，使用变更工具变更地理空间实体，同时创建时态核心关联索引记录变更关系，再将变更数据提交入库；当历史库中数据超过最大有效查询阈值时，根据最佳查询值，创建变粒度索引因子和基态修正区段快速索引；并根据此索引，进行历史回溯、历史恢复和区域历史再现，最终完成宗地时空数据存储。
基于基态的动态修正扩展模型的宗地时空数据存储方法包括如下步骤：
1)基于基态的动态修正扩展模型，创建现势库、过程库和历史库；
2)使用地理系统商业软件的图形操作工具变更现势库中的地理空间实体，在过程库中产生新的变更后地理空间实体数据；
3)变更过程中，记录现势库中的地理空间实体数据和过程库中的新的变更后地理空间实体数据之间的关联关系，创建时态核心关联索引；
4)根据步骤3)产生的时态核心关联索引，将现势库中的被变更的地理空间实体数据提交入历史库，将步骤2)产生的新的变更后地理空间实体数据提交入现势库；
5)当历史库中的数据记录到超过最大有效查询阈值时，根据最佳查询值，创建变粒度索引因子；
6)根据步骤5)产生的变粒度索引因子，创建基态修正区段快速索引；
7)根据步骤6)产生的基态修正区段快速索引，进行历史回溯、历史恢复和区域历史再现。
步骤1)中所述的现势库是针对当前状态而创建的，用于存储现势时空数据；所述的历史库是针对历史状态而创建的，用于存储历史时空数据；所述的过程库是针对过程演变的进行时态而创建的，用于记录、表达变化过程；其创建方法如图8所示：以人机交互的方式获得用户指定的现势库名称，该名称必须惟一；自动生成与该现势库对应的历史库名称和过程库名称；以地理信息系统空间数据库引擎为基础，使用地理信息系统商业软件提供的创建图层集的方法，创建现势库、历史库和过程库；自动获得现势库下图层的名称和属性字段，同样使用现势库图层名构造历史库下图层名称和过程库下图层名称；再使用地理信息系统商业软件提供的创建图层方法在对应的库下分别创建图层。
步骤1)中所述的现势库、过程库和历史库中所存储的地理空间实体数据是指宗地数据以及和宗地有关系的其他地理空间实体矢量数据，地理空间实体矢量数据的特征及结构是：均为时空数据，同时包含标识信息、空间几何信息、产生时间信息、消亡时间信息以及其他需要扩展的属性信息；以一个地理空间实体为最小单位，以面向对象型时空一体数据库的方式记录。现势库、历史库和过程库中存储的地理空间实体SO均可表示为一个五元组：
SO:＝<OID，Attribute，S，CTime，DTime>
其中，OID表示地理空间实体的标识；Attribute中包含地理空间实体的属性集合，其内容因地理空间实体的不同而不同，例如宗地Parcel＝<Code，Oblige，Property，Modify>；S表示地理空间实体的空间信息集合，例如S＝<Geometry，Spatialreference，Domain>；CTime表示地理空间实体的产生时间；DTime表示地理空间实体的消亡时间。对于宏观的地理空间实体，CTime＜DTime，并且现势库中的地理空间实体只具有CTime，不具有DTime(即DTime为null)，从而保证了同一时间点的数据不会产生二义性。
所述的使用地理系统软件的图形操作工具变更现势库中的地理空间实体数据，在过程库中产生新的变更后地理空间实体数据步骤：选中现势库中的、需要被变更的地理空间实体数据，使用地理信息系统商业软件提供的新增、分割、合并、移动、形状改变、属性修改或者删除等变更工具对其进行修改；将产生的、新的变更后地理空间实体数据用面向对象型时空一体数据库的方式记录在过程库中，同时保证现势库中被变更的地理空间实体数据不发生变化；用地理信息系统软件，将现势库中的、被变更的地理空间实体数据，以及过程库中的、新的变更后地理空间实体数据同时绘制在显示器上。
所述的变更过程中，记录现势库中的地理空间实体数据和过程库中的、新的变更后地理空间实体数据之间的关联关系，创建时态核心关联索引步骤：首先判断时态核心关联索引表是否存在，不存在则使用商业数据库引擎创建时态核心关联索引表；获得当前时间确定为此次变更的变更时间，标记现势库中的被变更的地理空间实体和过程库中的新生成的地理空间实体，同时记录它们之间的关联，并以关系表的方式存储于时态核心关联索引表中。现势库、过程库、历史库中的地理空间实体数据与时态核心关联表相互关系如图9所示。时态核心关联索引表Con可表示为一个基本六元组：
Con:＝<BGID，POID，AOID，Element，BGTime，Extend>
其中，BGID表示关联索引的标识；POID表示两相邻历史时刻的前地理空间实体的标识；AOID表示两相邻历史时刻的后地理空间实体的标识；Element中包含系统提供七种元操作的集合Element＝{新增，分割，合并，移动，形状改变，属性修改，删除}。其他复杂操作均由这七种元操作组合而成；BGTime表示变更时间；Extend表示该表的可扩展元素，例如，操作人等。
标记现势库中的被变更的地理空间实体和过程库中的新生成的地理空间实体的方法：将现势库中地理空间实体SO中的DTime属性设置为变更时间，以此作为标记。
在时态核心关联索引表中记录现势库中的被变更的地理空间实体和过程库中的新生成的地理空间实体之间的关联的方法：首先获得现势库中的被变更的地理空间实体惟一标识记为POID，获得过程库中的新生成的地理空间实体惟一标识记为AOID；然后，获得变更时间BGTime和操作类型Element；生成惟一的关联索引的标识BGID，最后使用数据库引擎将上述值作为一条新记录插入时态核心关联索引表中。
上述SO、DTime请参见步骤2)中的定义。
所述的根据步骤3)产生的时态核心关联索引，将现势库中的、被变更的地理空间实体数据提交入历史库，将步骤2)产生的、新的变更后地理空间实体数据提交入现势库的步骤：将时态核心关联索引对应的现势库中的、被变更的地理空间实体移动到历史库存储，将时态核心关联索引对应的过程库中的、新的变更后地理空间实体移动到现势库存储。即首先获得时态核心关联索引的BGID，根据BGID获得POID和AOID；然后将时态核心关联索引中POID对应的现势库中的被变更的地理空间实体移动到历史库存储，将时态核心关联索引中AOID对应的过程库中的、新的地理空间实体移动到现势库存储，如图10所示。
上述“现势库中的、被变更的地理空间实体移动到历史库存储”的步骤表述如下：
首先获得现势库中的、被变更的地理空间实体，然后使用地理信息系统软件在历史库中创建一个几何形状和空间位置相同的地理空间实体，然后再进行属性拷贝，最后删除现势库中的被变更的地理空间实体。
上述“过程库中的、新的地理空间实体移动到现势库存储”的步骤同上。
步骤5)中所述的最大有效查询阈值和最佳查询值是：用户输入的经验值，最大有效查询阈值必须远远大于最佳查询值，最大有效查询阈值的默认值是10000，最佳查询值的默认值是400，它们均以文本的方式存储。
存储最大有效查询阈值和最佳查询值的方法：首先使用Windows API创建文本文件，表述如下：
CStdioFile.Open(″存储文件名″，CFile::modeWrite|CFile::modeCreate|CFile::typeText)；
然后写入最大有效查询阈值和最佳查询值，表述如下：
CStdioFile.WriteString(″最大有效查询阈值″)；
CStdioFile.WriteString(_T(″，″))；
CStdioFile.WriteString(″最佳查询值″)；
获得最大有效查询阈值和最佳查询值的方法：首先使用Windows API打开文本文件，表述如下：
CStdioFile.Open(″读取文件名″，CFile::modeRead)；
然后读出含有最大有效查询阈值和最佳查询值的字符串，表述如下：
CStdioFile.ReadString(″最大有效查询阈值，最佳查询值″，100)；
然后获得逗号前的数值为最大有效查询阈值，逗号后的数值为最佳查询值。
所述的创建变粒度索引因子的步骤：首先依据基态修正模型的分辨率刻度值大小、基态修正的频率、事务处理时间存储制式的跨度以及数据库的总体规模等因素，确定最大有效查询阈值和最佳查询值，并以文本方式记录，然后，根据用户需要，从文本中读取最大有效查询阈值和最佳查询值，并使用变粒度索引因子值确定方法计算出最佳的单位区段起点和终点，称为基本索引因子K0，再以K0的倍数赋值给各基态修正区段，称为变粒度索引因子Ki，由此获得各基态修正区段长度，如图11所示，并将该值存储于对应的变粒度索引表中；其中，变粒度索引因子值确定方法如下：从日、月、季、年四个时间刻度中任意选择一个，作为标准时间刻度，计算出历史库中的变更记录每发生一次变化用去的标准时间，该标准时间与最佳查询值的乘积确定为基本索引因子K0值，然后用户以凑足整年份为目的指定的基本索引因子K0倍数，从而确定变粒度索引因子Ki值，显然的，倍数的最大值为最大查询阈值与最佳查询值的比值，变粒度索引因子值一经修改，就必须立即更新基态修正区段快速索引表中的数据，即重新划分基态修正区段。
变粒度索引表KI可以表示为一个三元组：
KI:＝<KID，K，Dependence>
其中，KID表示变粒度索引的标识；K表示变粒度索引因子值；Dependence表示变粒度索引因子值决定依据。
将Ki值存储于对应的变粒度索引表中的方法：首先判断变粒度索引表KITable是否存在，不存在则使用数据库引擎创建变粒度索引表。然后，生成变粒度索引的惟一标识KID，再将Ki值和用户指定的Dependence值作为一条记录插入到变粒度索引表中。
所述的根据步骤5)产生的变粒度索引因子，创建基态修正区段快速索引步骤：首先判断基态修正区段快速索引表是否存在，如果不存在则创建一张基态修正区段快速索引表；然后，读取变粒度索引表中的变粒度因子存储在数组中；从数组中读取第一个粒度因子K1，并从历史库中读取首次变更时间作为基态修正区段的起始时间，通过第一个变粒度因子K1和起始时间计算出基态修正区段的结束时间；再然后由起始时间和结束时间从历史库中获得起始时间对应的第一个地理空间实体的标识，以及结束时间对应的最后一个地理空间实体的标识；然后生成基态修正区段快速索引的标识，将基态修正区段快速索引的标识，起始时间，结束时间，起始时间对应的第一个地理空间实体的标识，结束时间对应的最后一个地理空间实体的标识这五个值存储到基态修正区段索引关系表中。这样，就完成了第一个基态修正区段的划分，然后将结束时间作为第二个基态修正区段的起始时间，从数组中读取第二个变粒度因子K2重复上述过程。
图12说明了基态修正区段快速索引的基本概念。Δfi为两相邻时态元素对象的相对基态修正值，即“差文件”delta file的值，Δfci为区段相对基态修正值。时态元素对象、基态修正区段快速索引以及区段相对基态修正值，通过时空数据表发生关系并相互作用。利用时空数据库中建立的区段快速索引表，可快速将指针指向相应时空元素表中的具有公共区段相对基态修正值属性的对象。图13表示索引机制与时空数据表的关系。
基态修正区段快速索引SI可表示为一个五元组：
SI:＝<SID，BTime，ETime，BOID，EOID>
其中，SID表示基态修正区段快速索引的标识；BTime表示区段起始时间；ETime表示区段结束时间；BOID表示区段起始时间对应的第一个地理空间实体的标识；EOID表示区段结束时间对应的最后一个地理空间实体的标识。
所述的根据步骤6)产生的基态修正区段快速索引，进行历史回溯、历史恢复和区域历史再现步骤：历史回溯是指地理空间实体的变迁历史，地理空间实体从产生到消亡地全部历史过程，它根据用户指定的查询时间获得该时间所在的历史区段，根据历史区段索引创建历史库中的表的视图，通过时态核心关联索引表，提取前变更前后地理空间实体的信息，并循环使用，并且每进行一次提取就在当前节点添加一个子节点，整个历史回溯的结果就形成一棵倒序的回溯树；历史恢复是指将变更过的地理空间实体退回到变更前的状态的过程，它以上述历史回溯过程为基础，获得一棵倒序的回溯树后，删除该树中指定历史节点的所有子节点，然后删除现势库中的地理空间实体，再将相关联的历史库中的地理空间实体移动到现势库的过程；区域历史再现是指通过某时刻所属的基态和修正信息恢复区域某一时刻的全貌，当查询时刻Ti处于T1和T2之间，当前状态是更改时刻所属基态时，恢复Ti历史时刻全貌的过程为：判断Ti时刻所属基态，找出Ti时刻到T2时刻之间因变更所产生的修正量，相对于基态进行回退修正即可得到Ti历史时刻的全貌，即在历史库中应用SQL语句“产生时间<Tiand消亡时间>Ti”查询地理空间实体，在现势库中应用SQL语句“产生时间＜Ti”查询地理空间实体，同时调用上述两条查询语句得到地理空间实体集，这些来源不同并且“存在时间”不同的地理空间实体共同组成了Ti历史时刻的全貌，完成区域历史再现，最后使用地理信息系统显示软件将结果显示到显示器上。
引入基态修正区段快速索引和变粒度索引因子后的历史查询，不再在对历史库中的表进行全表查询。它的过程是，根据查询条件“BTime<Ti and ETime>Ti”在基态修正区段快速索引表中获得BOID和EOID，再根据条件“BOID<OIDand EOID>OID”派生出一个历史库中的表的视图。此后，上述历史回溯、历史恢复和区域历史再现的查询均使用该视图进行查询。其中，OID、BOID、EOID的定义请参见步骤1)和步骤6)的定义
历史回溯提取前变更前后地理空间实体的信息，构造回溯树的具体过程：根据时态核心关联索引和地理空间实体表的关联关系，通过构造基本的SQL查询语句实现全程历史回溯。构造的SQL如下：
SELECT@bgid＝BGID，@poid＝POID FROM时态核心关联索引表WHERE AOID＝@oidSELECT OID，Attribute FROM历史库..地理空间实体视图WHERE POID＝@poid其中，@oid为外部传入的地理空间实体的标识。BGID、OID、Attribute、POID、AOID请参见步骤1)和步骤3)的定义。
历史回溯过程中，提取查询结果，将获得的前地理空间实体的标识作为下一次查询的后地理空间实体的标识，再次循环使用该SQL语句，并且每进行一次查询就在当前节点添加一个子节点，整个历史回溯的结果就形成一棵倒序的回溯树。
实施例：
(1)创建现势库、历史库和过程库
实施例“土地产权产籍管理信息系统”中的现势库、历史库和过程库实例如图14所示。其中，具有
标志的是库节点，其子节点为图层节点，用于存储同类地理空间实体(点、线、面)；具有“_LS”标识的是历史库，“_WK”标识的是过程库。采用地理信息系统商业软件：ESRI公司的ArcEngine COM组件和ArcSDE地理信息系统空间数据库引擎创建现势库、历史库和过程库及其所属图层的VC++的代码如下所示：
//创建图库(ipFeatWS是外部传入的IFeatureWorkspace接口变量)
IFeatureDatasetPtr ipCurFeatDataset；//现势库数据集
IFeatureDatasetPtr ipHisFeatDataset；//历史库数据集
IFeatureDatasetPtr ipWKFeatDataset；//过程库数据集
CString libName＝″REGIS12″；//现势库名称
CString HisLibName＝libName+″_LS″；//历史库名称
CString WorkLibName＝libName+″_WK″；//过程库名称
ipFeatWS-＞CreateFeatureDataset(_bstr_t(libName)，ipSpatialRef，&ipCurFeatDataset))；
ipFeatWS-＞CreateFeatureDataset(_bstr_t(HisLibName)，ipSpatialRef，&ipHisFeatDataset))；
ipFeatWS-＞CreateFeatureDataset(_bstr_t(WorkLibName)，ipSpatialRef，&ipWKFeatDataset))；
//创建图层表属性结构(地理空间实体所具有的属性集)
IFieldsEditPtr ipFieldsEdit；
IFieldEditPtr ipFieldEdit；
IFieldsPtr ipFields；
ipFieldEdit-＞put_Name(″OID″)；
ipFieldEdit-＞put_AliasName(″目标标识码″)；
……
ipFieldsEdit-＞AddField(ipFieldEdit)；
ipFieldEdit-＞put_Name(″CTime″)；
ipFieldEdit-＞put_AliasName(″产生时间″)；
……
ipFieldsEdit-＞AddField(ipFieldEdit)；
ipFieldEdit-＞put_Name(″DTime″)；
ipFieldEdit-＞put_AliasName(″消亡时间″)；
……
ipFieldsEdit-＞AddField(ipFieldEdit)；
ipFieldEdit-＞put_Name(″Shape″)；
ipFieldEdit-＞put_AliasName(″几何″)；
……
ipFieldsEdit-＞AddField(ipFieldEdit)；
……//用户需要添加的其他Field
ipFldsEdit-＞QueryInterface(_uuidof(IFields)，(void**)&ipFields)；
//创建图层
CString curLayerName＝″ZD12″；//现势库中宗地图层名称
CString hisLayerName＝curLayerName+″_LS″；//历史库中宗地图层名称
CString wkLayerName＝curLayerName+″_WK″；//过程库中宗地图层名称
ipCurFeatDataset-＞CreateFeatureClass(_bstr_t(curLayerName)，ipFields，ipCLSID，0，esriFTSimple，_bstr_t(″Shape″)，_bstr_t(″″)，&ipFeatClass))；
ipCurFeatDataset-＞CreateFeatureClass(_bstr_t(hisLayerName)，ipFields，ipCLSID，0，esriFTSimple，_bstr_t(″Shape″)，_bstr_t(″″)，&ipFeatClass))；
ipCurFeatDataset-＞CreateFeatureClass(_bstr_t(wkLayerName)，ipFields，ipCLSID，0，esriFTSimple，_bstr_t(″Shape″)，_bstr_t(″″)，&ipFeatClass))；
……//重复上述过程，在现势库、历史库和过程库下创建多个图层
(2)变更过程
以图15所示的宗地变更过程为例，说明基态修正扩展模型DMBSA模型的时空数据的存储和和管理机制。T0时刻为初始状态，在现势库中存储、描述3个宗地的基本信息，宗地属性信息存储于属性表(表1)。
表1
宗地变更发展到T1时刻，此时T1时刻的状态作为当前基态，发生了一个事件，即使用地理信息系统商业软件：ESRI公司的ArcEngine COM组件中提供的分割工具将宗地1分割成了两块宗地：宗地4和宗地5，被记录于过程库表中(表2)。变更产生的基态距在现势库的表中被标记(表3，宗地编号为034-……-001的宗地消亡时间标记为T1)。
表2过程库表
表3现势库表
(3)创建时态核心关联索引
对所发生的事件记录其动作，并创建时态核心关联索引，即在时态核心关联索引表中记录变更前后宗地的关联(表4)。
表4时态核心关联索引表
(4)提交入库
提交之后，原来被分割的宗地作为“变更产生的基态距”，被移动到历史库的“修正表”中(表5)；分割后得到的宗地4和宗地5被移动到现势库表中(此时，过程库表中的记录为空)。之后，T1时刻将成为下次变更的初始状态(新生成的宗地4和宗地5与原来没有发生变化的宗地，表6)，开始周而复始的宗地变更过程。
表5历史库的“修正表”
表6现势库表
(4)历史回溯
在地图上使用地理信息系统软件提供的地理空间实体的要素选择工具选中目标标识码(OID)为227，宗地编号为001-002-018-00002-003的一块宗地；然后调用以下SQL语句获得该宗地的“前宗地”的目标标识码：
SELECT@bgid＝BGID，@poid＝POID FROM时态核心关联索引表WHERE AOID＝227
SELECT OID，宗地编号FROM历史库..宗地视图WHERE POID＝@poid
得到前宗地的OID为186，宗地编号为001-002-018-00002-002。然后，创建一颗回溯树，将OID为186的宗地作为OID为227的宗地的子节点。再次调用以下SQL语句获得OID为186的宗地的“前宗地”的目标标识码：
SELECT@bgid＝BGID，@poid＝POID FROM时态核心关联索引表WHERE AOID＝186
SELECT OID，宗地编号FROM历史库..宗地视图WHERE POID＝@poid
循环上述过程，直到无法从时态核心关联索引表中查询到结果为止。此次历史回溯操作在“土地产权产籍管理信息系统”中的实际应用效果如图16所示。宗地编号为001-002-018-00002-003的宗地由三块宗地依次变化而来。
(5)历史再现
如图15，需要再现T1时刻的历史状态。对T1时刻的首次查询需要先创建视图，再执行查询。构造创建视图SQL语句如下：
SELECT@boid＝BOID，@eoid＝EOID FROM区段索引表WHERE BTime<T1 and ETime>T1
CREATE VIEW地理空间实体视图AS SELECT OID，Attribute，S，CTime，DTime
FROM历史库..地理空间实体表WHERE@boid<OID and@eoid>OID
构造查询SQL语句如下：
SELECT OID，Attribute，S，CTime，DTime FROM现势库..地理空间实体表WHERE CTime＜Ti
SELECT OID，Attribute，S，CTime，DTime FROM历史库..地理空间实体视图
WHERE CTime<Ti and DTime>Ti
执行上述查询语句，可以获得所有在Ti时刻存在于该区域的地理空间实体。历史再现在“土地产权产籍管理信息系统”中的实际应用效果如图17所示。
本实施例通过在“土地产权产籍管理信息系统”中使用基于基态的动态修正扩展模型的宗地时空数据存储方法，实现了有效管理空间数据的历史时态以及准确记录宗地进行属性和空间数据变化的过程，避免了宗地变更时数据记录的复杂和繁琐，提高了检索的效率，保证了快速回溯任意历史时刻宗地数据信息的要求，保证了同一时刻的数据不产生二义性的要求。
Claims (5)
1.一种基于基态的动态修正扩展模型的宗地时空数据存储方法，其特征在于包括如下步骤：
1)基于基态的动态修正扩展模型，创建现势库、过程库和历史库；
2)使用地理信息系统商业软件的图形操作工具变更现势库中的地理空间实体矢量数据，在过程库中产生新的变更后地理空间实体矢量数据；
3)变更过程中，记录现势库中的地理空间实体矢量数据和过程库中的新的变更后地理空间实体矢量数据之间的关联关系，创建时态核心关联索引；
4)根据步骤3)产生的时态核心关联索引，将现势库中的被变更的地理空间实体矢量数据提交入历史库，将步骤2)产生的新的变更后地理空间实体矢量数据提交入现势库；
5)当历史库中的数据记录到超过最大有效查询阈值时，根据最佳查询值，创建变粒度索引因子；
6)根据步骤5)产生的变粒度索引因子，创建基态修正区段快速索引；
7)根据步骤6)产生的基态修正区段快速索引，进行历史回溯、历史恢复和区域历史再现；
步骤1)中所述的现势库是针对当前状态而创建的，用于存储现势时空数据；所述的历史库是针对历史状态而创建的，用于存储历史时空数据；所述的过程库是针对过程演变的进行时态而创建的，用于记录、表达变化过程；现势库、历史库和过程库的创建方法：以人机交互的方式获得用户指定的现势库名称，现势库名称必须唯一，自动生成与现势库相对应的历史库名称和过程库名称；以地理信息系统空间数据库引擎为基础，使用地理信息系统商业软件提供的创建图层集的方法，创建现势库、历史库和过程库；自动获得现势库下图层的名称和属性字段，同样使用现势库图层名称构造历史库下图层名称和过程库下图层名称；再使用地理信息系统商业软件提供的创建图层方法在对应的现势库、历史库、过程库下分别创建图层；
步骤1)中所述的现势库、过程库和历史库中所存储的地理空间实体矢量数据是指宗地数据以及和宗地有关系的其他地理空间实体矢量数据，地理空间实体矢量数据的特征及结构是：均为时空数据，同时包含标识信息、空间几何信息、产生时间信息、消亡时间信息以及其他需要扩展的属性信息；以一个地理空间实体为最小单位，以面向对象型时空一体数据库的方式记录；
所述的变更过程中，记录现势库中的地理空间实体矢量数据和过程库中的新的变更后地理空间实体矢量数据之间的关联关系，创建时态核心关联索引步骤：首先判断时态核心关联索引表是否存在，不存在则使用商业数据库引擎创建时态核心关联索引表；获得当前时间确定为此次变更的变更时间，标记现势库中的被变更的地理空间实体矢量数据和过程库中的新生成的地理空间实体矢量数据，同时记录它们之间的关联，并以关系表的方式存储于时态核心关联索引表中；
所述的当历史库中的数据记录超过最大有效查询阈值时，根据最佳查询值，创建变粒度索引因子的步骤：首先依据基态修正的分辨率刻度值大小、基态修正的频率、事务处理时间存储制式的跨度以及地理信息系统空间数据库的总体规模因素，确定最大有效查询阈值和最佳查询值，并以文本方式记录，然后，根据用户需要，从文本中读取最大有效查询阈值和最佳查询值，并使用变粒度索引因子值确定方法计算出最佳的单位区段起点和终点，称为基本索引因子K0，再以K0的倍数赋值给各基态修正区段，称为变粒度索引因子Ki，由此获得各基态修正区段长度，并将变粒度索引因子Ki值存储于对应的变粒度索引表中；其中，变粒度索引因子值确定方法如下：从日、月、季、年四个时间刻度中任意选择一个，作为标准时间刻度，计算出历史库中的变更记录每发生一次变化用去的标准时间，该标准时间与最佳查询值的乘积确定为基本索引因子K0值，然后用户以凑足整年份为目的指定的基本索引因子K0倍数，从而确定变粒度索引因子Ki值，显然的，倍数的最大值为最大有效查询阈值与最佳查询值的比值，变粒度索引因子值一经修改，就必须立即更新基态修正区段快速索引表中的数据，即重新划分基态修正区段；
所述的根据步骤5)产生的变粒度索引因子，创建基态修正区段快速索引步骤：首先判断基态修正区段快速索引表是否存在，如果不存在则创建一张基态修正区段快速索引表；然后，读取变粒度索引表中的变粒度索引因子并存储在数组中；从数组中读取第一个变粒度索引因子K1，并从历史库中读取首次变更时间作为基态修正区段的起始时间，通过第一个变粒度索引因子K1和起始时间计算出基态修正区段的结束时间；再然后由起始时间和结束时间从历史库中获得起始时间对应的第一个地理空间实体矢量数据的标识，以及结束时间对应的最后一个地理空间实体矢量数据的标识；然后生成基态修正区段快速索引的标识，将基态修正区段快速索引的标识、起始时间、结束时间、起始时间对应的第一个地理空间实体矢量数据的标识、结束时间对应的最后一个地理空间实体矢量数据的标识这五个值存储到基态修正区段快速索引表中；这样，就完成了第一个基态修正区段的划分，然后将结束时间作为第二个基态修正区段的起始时间，从数组中读取第二个变粒度索引因子K2重复第一个基态修正区段的划分过程来完成第二个基态修正区段的划分。
2.根据权利要求1所述的一种基于基态的动态修正扩展模型的宗地时空数据存储方法，其特征在于，所述的使用地理信息系统商业软件的图形操作工具变更现势库中的地理空间实体矢量数据，在过程库中产生新的变更后地理空间实体矢量数据步骤：选中现势库中的需要被变更的地理空间实体矢量数据，使用地理信息系统商业软件提供的新增、分割、合并、移动、形状改变、属性修改或者删除变更工具对其进行修改；将产生的新的变更后地理空间实体矢量数据用面向对象型时空一体数据库的方式记录在过程库中，同时保证现势库中被变更的地理空间实体矢量数据不发生变化；用地理信息系统商业软件，将现势库中的被变更的地理空间实体矢量数据，以及过程库中的新的变更后地理空间实体矢量数据同时绘制在显示器上。
3.根据权利要求1所述的一种基于基态的动态修正扩展模型的宗地时空数据存储方法，其特征在于，所述的根据步骤3)产生的时态核心关联索引，将现势库中的被变更的地理空间实体矢量数据提交入历史库，将步骤2)产生的新的变更后地理空间实体矢量数据提交入现势库的步骤：将时态核心关联索引对应的现势库中的被变更的地理空间实体矢量数据移动到历史库存储，将时态核心关联索引对应的过程库中的新的变更后地理空间实体矢量数据移动到现势库存储。
4.根据权利要求1所述的一种基于基态的动态修正扩展模型的宗地时空数据存储方法，其特征在于，步骤5)中所述的最大有效查询阈值和最佳查询值是：均指用户输入的经验值，其中最大有效查询阈值必须远远大于最佳查询值，最大有效查询阈值的默认值是10000，最佳查询值的默认值是400，它们均以文本的方式存储。
5.根据权利要求1所述的一种基于基态的动态修正扩展模型的宗地时空数据存储方法，其特征在于，所述的根据步骤6)产生的基态修正区段快速索引，进行历史回溯、历史恢复和区域历史再现步骤：历史回溯是指地理空间实体矢量数据的变迁历史，地理空间实体矢量数据从产生到消亡的全部历史过程，历史回溯根据用户指定的查询时间获得该时间所在的历史区段，根据历史区段索引创建历史库中的表的视图，通过时态核心关联索引表，提取变更前后地理空间实体矢量数据的信息，并循环使用，并且每进行一次提取就在当前节点添加一个子节点，整个历史回溯的结果就形成一棵倒序的回溯树；历史恢复是指将变更过的地理空间实体矢量数据退回到变更前的状态的过程，历史恢复以上述历史回溯过程为基础，获得一棵倒序的回溯树后，删除该树中指定历史节点的所有子节点，然后删除现势库中的地理空间实体矢量数据，再将相关联的历史库中的地理空间实体矢量数据移动到现势库的过程；区域历史再现是指通过某时刻所属的基态和修正信息恢复区域某一时刻的全貌，当查询时刻Ti处于T1和T2之间，当前状态是更改时刻所属基态时，恢复Ti历史时刻全貌的过程为：判断Ti时刻所属基态，找出Ti时刻到T2时刻之间因变更所产生的修正量，相对于基态进行回退修正即可得到Ti历史时刻的全貌，即在历史库中应用SQL查询语句“产生时间<Tiand消亡时间>Ti”查询地理空间实体矢量数据，在现势库中应用SQL查询语句“产生时间<Ti”查询地理空间实体矢量数据，同时调用上述两条SQL查询语句得到地理空间实体矢量数据集，这些来源不同并且“存在时间”不同的地理空间实体矢量数据共同组成了Ti历史时刻的全貌，完成区域历史再现，最后使用地理信息系统商业软件的显示方法将结果显示到显示器上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liu Renyi Inventor after: Du Zhenhong Inventor after: Zhang Feng Inventor after: Liu Nan Inventor after: Fang Lei Inventor after: Tang Yuanbin Inventor before: Liu Nan Inventor before: Liu Renyi Inventor before: Zhang Feng Inventor before: Fang Lei Inventor before: Du Zhenhong Inventor before: Tang Yuanbin |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LIU NAN LIU RENYI ZHANG FENG FANG LEI DU ZHENHONG TANG YUANBIN TO: LIU RENYI DU ZHENHONG ZHANG FENG LIU NAN FANG LEI TANG YUANBIN |
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| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110413 Termination date: 20120709 |