CN108875087B - 一种描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法 - Google Patents

Abstract

一种描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法，所述描述事物空间属性的方法为依据待描述事物的空间状态实现待描述对象的空间信息标注，并依据待描述事物的空间对象信息实现事物的查找。本发明通过空间形状、空间范围和空间位置实现了对待描述事物的空间模型化，不仅实现了待描述事物的精确位置信息描述，同时是实现了待描述事物的逻辑位置的描述。

Description

一种描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法

本发明是申请号为201610925969.9，申请日为2016年10月24日，申请类型为发明，申请名称为一种描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种对工业项目或生产进行监控和管理的方法，尤其涉及一种描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法。

背景技术

数据库发展到今天，经历了层次、网状、关系型和非关系型数据库。数据库已经成为数据存储和查询必不可少的系统，现在，也有一些所谓的时空数据库，也是主要是GIS(地理信息系统)借用关系库进行数据存储。关系数据库是建立在关系模型基础上的数据库，借助于集合代数等数学概念和方法来处理数据库中的数据。现实世界中的各种实体以及实体之间的各种联系均用关系模型来表示。关系模型就是指二维表格模型，因而一个关系型数据库就是由二维表及其之间的联系组成的一个数据组织。当前主流的关系型数据库有Oracle、Microsoft SQL Server、MySQL等。

在工业生产监控和管理领域，有SCADA监控、实时数据库、关系库、也有开源非关系库的应用，还没有一种数据库能提高这几种数据库的功能，而且是可以组态实现的。数据库(Database)是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库。空间数据库指的是地理信息系统在计算机物理存储介质上存储的与应用相关的地理空间数据的总和，一般是以一系列特定结构的文件的形式组织在存储介质之上的。

目前众多的空间数据库标识空间信息都是采用存储坐标信息来支持空间信息，加上使用一个自增长ID(Identity，序列号)来提供索引，在搜索上需要依靠空间结构算法来实现。为解决上述问题，现在很多专利通过使用更加简单的空间索引技术，能够简化空间数据库字段结构，节省占用的存储空间。

中国专利(CN102622349B)公开了一种空间位置信息数据库的处理方法，其特征在于，该空间位置信息数据库的处理方法包括：获取一空间位置的坐标数据；根据所述坐标数据生成与所述空间位置对应的空间位置信息编码；在空间位置信息数据库中存储所述空间位置信息编码，将所述空间位置信息编码作为所述空间位置在所述数据库中的索引和位置信息。。上述方案中，存在的问题是：(1)对空间描述准确度、精确度不够高，比如对工厂中某一设备上部、底部无法准确、区分描述；(2)空间解析和编码对于数据的查询和调用不方便，比如查看工厂锅炉工作情况，还需要去找该锅炉对应的编码，不能直接进行查询；(3)当物理位置更新改变后，数据库没有动态更新。

关系型数据库是存储在计算机上的、可共享的、有组织的关系型数据的集合。关系型数据是以关系数字模型来表示的数据，关系数学模型中以二维表的形式来描述数据。在使用关系型数据库存储信息的应用系统中，存在大量的多维度查询，这类查询提供了多种维度的查询条件供使用者输入，同时使用者需要简单、快速、智能地检索到需要的信息。对数据库查询的优化方法主要有以下几种：(1)合理利用索引：对关系数据库中的数据表，按被查询字段创建独立有序的存储结构，类似给书籍创建目录，以空间换取时间，提高查询性能。(2)冗余关系数据：关系数据库中的数据结构设计需遵循一定的规范，以确保数据的完整性和一致性，而适当采取反向规范化，在二维表中冗余存储其它相关表中信息，以减少查询时的关联关系，提高查询性能。(3)分离存放海量数据：对于海量数据，按某些数据进行分类独立存储，如电话号码信息按所属地区分别存储，增加了业务逻辑复杂程度，提高了应用程序的设计难度以及数据维护难度，但缩小了查询范围，可以提高查询性能。

中国专利(CN100483411C)公开了一种关系型数据库中信息检索方法，包括步骤：构造维度缩减策略树并置于数据库系统中，所述维度缩减策略树包括至少一个子节点和至少一个根节点，每个子节点至少包含本节点编号标识信息及查询条件组合信息和下级子节点编号；当按用户查询条件检索所述数据库未得到所需数据时，根据维度缩减策略树依次构造新的查询条件；按照新的查询条件检索数据库直到得到所需的数据或查询到维度缩减策略树的根节点返回无所需数据的信息。本发明还公开了一种关系型数据库中信息检索装置，包括：查询条件获取单元，查询结果输出单元，策略树存储单元和查询操作单元。利用该发明，可以提高数据库检索效率。然而，该专利存在的问题是：查询和调用数据时需要特定的编号标识信息，在某些领域，比如工业过程控制领域，设备和过程参数的类型和数量都很多，使用编号查询数据很不方便。这是传统关系数据库始终存在的问题——每个对象必须通过唯一对应的标识码才能检索到对应的数据。如果有一种方法能直接通过设备的位置或者过程参数所在的时间点进行检索，检索效率会提高很多。

文献“定性空间推理及其在空间数据检索中的应用研究，申世群”(对比文件1)公开了一种基于草图的空间数据检索方法，其主要重点分析了九交集拓扑关系模型和方向关系矩阵模型，并提出结合这两种定性模型进行空间数据检索，得到一种能对空间草图进行有效地表示和检索的方法。其要解决的技术问题在于：如何在空间数据不断增多的情况下提高空间数据的检索效率。对比文件1是地球物理领域，其考虑的是如今地理位置信息在空间上的管理数据剧增带来的检索效率问题，并未涉及到生产工业过程的管理领域。此外，对比文件1解决技术问题的手段停留在算法层面，即通过两种算法的结合，提高了检索效率，其并未涉及系统的架构层面。

文献“地理信息系统远离与应用，华中科技大学”(对比文件2)公开了一种地理信息系统与应用原理的方法，其仅仅是介绍性地公开了物的多层级结构，并没有公开事的多层级结构，更没有公开事和/或物是基于生产工业过程中的，也没有公开在在时空数据库中实现对所述事和/或所述物进行数据建模，所述时空数据库储存有企业或具体项目的生产过程中的计划、实时和历史数据，分别对应三个数据库，所述三个数据库用于存储企业未来计划数据，生产实时数据和历史数据记录。也就是说，对比文件2也是属于地球物理领域，其并不涉及生产工业过程的管理领域。

文献“基于GIS的工程施工管理实时可视化技术研究，朱光堂”(对比文件3)公开了一种系统，该系统以现代施工管理学、运筹学和可视化方法为理论基础，采用先进的空间数据库技术、GIS技术、虚拟现实技术与系统仿真技术等，对大坝施工建设中土石方的平衡调度、大坝的施工和沉降控制等进行实时可视化分析及处理，为大坝土石方的综合平衡和调度、大坝的施工和沉降计算与控制提供直观、实时的计算机可视化管理系统和仿真平台。对比文件3是利用航拍的数字地形模型数据去描述地形构造的，生成虚拟的地形，在空间模型的地形表面上建立相应建筑物的模型，通过仿真方式实现对大坝施工建设中土石方的平衡调度、大坝的施工和沉降控制等进行实时可视化分析及处理。也就是说，对比文件3主要是提供一种工程施工的可视化仿真软件，对比文件3是施工仿真领域，并不是工业过程管理领域，两者是有区别的。对比文件3主要是解决水利水电工程设计领域的施工地形复杂，现有系统不能借助计算机辅助设计来有效地为设计和决策人员服务，导致设计效率低下的问题。对比文件3并不涉及到检索效率的技术问题，更没有公开关于生产工业过程的建模和查询的技术手段。

发明内容

针对现有技术缺陷，本发明提供了一种描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法，所述描述事物空间属性的方法为依据待描述事物的空间状态实现待描述对象的空间信息标注，具体为：

通过空间对象编辑器加载地理信息坐标系，并基于待描述事物所在地理位置信息和空间状态信息通过矩形、不规则多边形、点和折线建立多级空间对象，基于多级空间对象实现多层级结构待描述事物各组成元素的空间信息标注；并依据待描述事物的空间对象信息实现事物的查找。

根据一个优选的实施方式，所述空间信息标注过程为：通过空间对象编辑器加载地理信息坐标系，并基于待描述事物所在地理位置绘制一个root根节点的空间范围，在root根节点范围内用矩形、不规则多边线、点和折线绘制一个空间对象以得到待描述事物的第一级空间对象；

基于上一级空间对象，用矩形、不规则多边线、点和折线逐级实现待描述事物的组成元素的空间绘制过程以得到所述组成元素对应等级空间对象；

将待描述事物的空间状态与空间对象中各级空间对象相对应匹配，从而实现对多级和/或多层次待描述事物的空间信息标注。

根据一个优选的实施方式，所述待描述事物的空间属性是基于生产工业过程自定的多层级结构；

上一级空间对象为次级空间对象的父对象，次级空间对象为上一级空间对象的子对象；所述子对象具有一个父对象，所述父对象包括至少一个子对象。

根据一个优选的实施方式，所述空间对象是对待描述事物的空间属性的描述，所述空间对象包括待描述事物的空间形状、空间范围和空间位置的描述。

根据一个优选的实施方式，所述基于事物空间属性的描述进行查找的方法具体为：基于包含空间形状、空间范围和空间位置的所述多级和/或多层次待描述事物的空间对象信息进行检索。

根据一个优选的实施方式，所述空间形状是待描述事物物理形状，所述待描述事物物理形状通过几何的点、线、面实现所述空间形状的描述。

根据一个优选的实施方式，所述空间范围是待描述事物包络，所述待描述事物包络通过矩形或立方体来表示；并通过所述待描述事物的空间形状计算出空间范围的长、宽、高。

根据一个优选的实施方式，所述空间位置是描述待描述事物在空间上所处的位置信息，所述位置信息包括精确位置信息和逻辑位置信息；

所述精确位置至少为待描述事物的地理坐标位置，所述逻辑位置为待描述事物中各组成元素的位置信息和/或关系，其中，包括同级空间模型之间位置关系与不同级空间模型的位置关系。

根据一个优选的实施方式，所述待描述事物包括静态对象和动态对象，所述静态对象包括待描述事物的精确位置处于静态和/或逻辑位置处于静态；所述动态对象包括待描述事物的精确位置处于动态和/或逻辑位置处于动态；

所述待描述事物的逻辑位置信息包括所述待描述事物的逻辑位置定义信息以及逻辑位置关系信息，所述待描述事物的逻辑位置定义为通过自然语言实现对待描述事物的标记；所述待描述事物的逻辑位置关系信息包括位置的隶属关系和/或层次关系。

根据一个优选的实施方式，所述描述事物空间属性并实现事物查找的方法可基于如下装置实现，具体为：

通过空间对象编辑器建立多级空间对象，并将待描述事物各组成元素对应的多级空间对象按时间属性分别储存于实时数据单元、历史数据单元和计划数据单元；用户通过待描述事物的空间对象信息基于交互模块实现事物的查找。

本发明的有益技术效果：

(1)本发明通过空间形状、空间范围和空间位置实现了对待描述事物的空间模型化，不仅实现了待描述事物的精确位置信息描述，同时是实现了待描述事物的逻辑位置的描述。

(2)本发明通过对事物逻辑位置的描述，使得对事物位置信息的查找不再需要依靠经度、纬度和海拔信息，仅靠其名称或其它定义信息即可完成对事物位置的查询。同时，基于事物逻辑位置的描述信息，可实现其隶属关系的查询。

(3)同时，还可通过本发明实现事物动态精确位置和/或动态逻辑位置的记录与更新，从而实现事物历史位置追溯查询和实时位置查询功能。

具体实施方式

下面结合实施例进行详细说明。

本发明提供了涉及一种描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法。该方法通过一种时空数据库来实现。所述时空数据库储存有企业或具体项目的生产过程中的计划、实时和历史数据，分别对应三个数据库，所述三个数据库用于存储企业未来计划数据，生产实时数据和历史数据记录。每个数据包含时间和空间属性。所述时空数据库内部至少分成三个数据库：历史数据、实时数据、计划数据。实时数据库用来存储当前系统的实时值；历史数据库根据配置的条件进行历史数据的存储；计划数据库用于存储计划数据。描述事物空间属性并实现事物查找的方法可基于如下装置实现，具体为：通过空间对象编辑器建立多级空间对象，并将待描述事物各组成元素对应的多级空间对象按时间属性分别储存于实时数据单元、历史数据单元和计划数据单元。用户通过待描述事物的空间对象信息基于交互模块实现事物的查找。所述实时数据单元至少储存有实时数据库。所述历史数据单元至少储存有历史数据库。所述计划数据单元至少储存有计划数据库。所述交互模块至少包括例如键盘、鼠标、触摸屏显示器、语音输入输出设备和图像输入输出设备。

描述生产数据的时间维度分为过去、现在和未来。所述三种数据库的数据存储与实现方式皆不相同。其中，计划数据库针对同一时间和空间包含有多个数据内容或多个数据版本。其中多个数据内容或多个数据版本涉及针对不同的实时数据所对应的不同计划数据。其中涉及实时数据的触发或匹配过程。所述计划数据库基于实时数据完成数据触发或匹配过程，从而实现对应触发数据的匹配计划数据。其中，实时数据具有很高的实时性，每秒对应刷新的上百万条记录的实时数据，对于没有及时刷新的数据会有新鲜期的限制。历史数据多数为时序数据，所述时序数据可以做压缩并储存，当然也有业务数据的非压缩存储。

时空数据库通过三段时间维度来描述生产监控管理的数据信息，通过一个库解决多种系统应用的问题，可以降低用户的投资和系统的维护成本。不同于按照层次库的按ID检索还是关系库的SQL查询，数据查询时按照时间和空间查询某个模型的对象，这种查询方式是用户最为熟悉的方式，很自然也很方便。所示时空数据库对用户要管理的事物进行抽象总结，每个事物都是一个数据对象来进行存储，事物的相似性决定了他们可以来自同一个模型，但是事物也有差异性和事物变迁，通过模型的版本可以实现对事物存储的管理，在查询时不仅能查当前事物的数据还能查到事物变迁，这些在使用时空数据库都可以通过版本控制实现。

所述数据库存储的数据包含有时间和空间属性，时间是对象不可分割的属性。例如，一个工程或项目，如果时空体系发生变化，意味着工程或项目的重建。时间和空间都有位置、长度(粒度)。例如，生产批次就是一种长度，某个车间第一批次的信息。不用去写某个时间段去获取可能的批次信息。因为本发明的空间信息，在展示数据的时候我们可以通过空间展示函数直接以地理信息的形式展示出来。同一模型实例化的对象，如果他们的时间位置、空间位置、时间长度、空间长度都相同，那么他们一定是同一对象。

所述时空数据库实施过程包括对事和/或物或数据的建模过程以及对模型进行实例化过程。模型可以很好解决相同结构数据对象的描述，通过模型可以快速实例化，面向对象编程是对一类对象本身的抽象表达和描述。在组态软件行业，数据模型的应用非常广泛，有的模型本身也有一些简单的计算逻辑，这只是解决了模型内部成员的计算，模型和模型之间没有实现计算，在实际应用过程中不仅要计算模型内部的计算还有模型之间的计算。

所述对事和/或物或数据的建模过程，包括空间建模过程和时间建模过程。所述空间建模过程包括依据待管理对象的空间状态对其进行模型化。即：依据待描述对象的空间状态确定多级空间对象。优选地，通过空间对象编辑器加载地理信息坐标系，所述地理信息坐标系可以是谷歌地图、百度地图等电子地图。例如，通过空间对象编辑器加载谷歌地图或者百度地图，基于工厂所在地理位置绘制一个Root根节点的空间范围，在Root根节点的空间范围内用矩形/不规则多边线/点/折线来绘制一个空间对象以得到第一级空间对象。优选地，在第一级空间对象内用矩形/不规则多边线/点/折线来绘制一个空间对象以得到第二级空间对象，直至第n-1级空间对象，即是，在第n-1级空间模型内用矩形/不规则多边线/点/折线来绘制一个空间对象以得到第n级空间对象。将待描述对象的空间状态与空间模型相对应匹配，从而实现对整个项目的工厂、车间和产生线甚至机械设备的空间信息标注。

所述空间对象是一种层级的关系，空间对象最主要的特点是子对象的范围不能超过父对象。一个父空间对象可以有多个子级空间对象，一个子级空间对象只能有一个父空间对象。空间对象是对物理对象的空间属性的描述，即是，所述空间对象包括物理对象的空间形状、空间范围和空间位置的描述。所述空间除了表达实际的物理对象的实际空间位置也可以表达一个单位的管辖范围，比如某个集团，他是由若干分公司构成，这些分公司下有若干个工厂构成。每个工厂有实际的空间位置，分公司虽然有公司大楼，但是分公司的空间范围是工厂和大楼的外边轮廓。集团的空间范围是多有分公司的外边轮廓。

空间是一种位置属性的定位，所有事物都是由时间和空间构成，空间最主要还是有空间粒度、空间范围、空间位置等属性。空间属性都是为了描述动静态对象的空间信息存在的。不仅仅是描述空间对象的绘制过程。

根据一个优选的实施方式，通过空间对象编辑器加载地理信息坐标系，所述地理信息坐标系可以是谷歌地图、百度地图等电子地图，也可以是手动输入的坐标体系。根据空间属性将待标注事物信息标注至图层的相应位置，同时标注事物的经度、纬度和海拔的空间属性信息，以及标注事物固有属性。所述信息标注过程包括文字标注与图形标注，其中图形标注过程，用户可以用矩形/不规则多边线/点/折线来绘制一个空间对象，这个空间对象就对应的是第一级空间模型，例如工厂，绘制完工厂，可以把工厂这个图形放大，在里面再绘制车间，或者导入工厂CAD图纸，从而实现对整个项目的工厂、车间和产生线甚至机械设备的空间信息标注。根据另一个实施方式，还可以通过地名、路标等方式实现事物的空间位置标注，例如第一车间、第二流水线、第三工位、锅炉房、锅炉控制室、锅炉值班室、锅炉备用件库房、锅炉顶部、锅炉底部、备件在锅炉房内的具体位置等。从而避免空间坐标标记复杂和检索复杂的特性。

基于空间对象，用户可以实现通过事物的经度、纬度和海拔的空间属性信息完成对应位置事物的检索，从而查看该位置事物的历史信息、实时信息以及计划信息。同时，用户也可以直接通过事物的逻辑位置信息，例如地名、路标等方式实现事物的空间位置标注。具体可以是：第一车间、第二流水线、第三工位、锅炉房、锅炉控制室、锅炉值班室、锅炉备用件库房等事物的逻辑位置描述实现事物查找。

计算模型和数据模型也是构成所述时空数据库的基础模型，所述时空数据库中包含开发时的模型库和工程库，运行时的实时、历史、计划库和计算引擎。信息系统建设分为解决方案阶段和工程阶段，解决方案阶段主要是在模型库进行数据模型和计算模型的定义，工程阶段在客户现场安装工程库，加载模型库的相关数据模型和计算模型以后再实例化对象，这些对象被指定在某个机器节点运行，这些机器节点会自动安装部署我们的实时库、历史库和计划库以及计算任务。

所述数据模型的构建是对现实世界管理事物的抽象描述。事物具备时间和空间的固有属性，监控的系统有安全权限的要求。所以，数据模型的基础属性包括名称、安全模型、时间模型、空间模型、数据方向、存储方式、创建人、创建时间、修改时间等构成。基础属性是固有的，不需要用户单独创建，有的属性是自动生成的如创建人、创建时间和修改时间，有的必须配置，未完成配置的数据模型不能正常使用。数据模型的成员是用户自定义的，成员有名称、类型、单位、初值。成员的类型由系统提供，让用户选择，成员类型包含时间、空间、数字、资源、枚举、音频、视频、文件等一系列客观数据，如果一个计划既有数字信息，又有音视频信息，我们就可以定义这个计划数据模型的多个成员的类型分别是int，float，音频和视频、文件等。

每个模型都有唯一的时间粒度和空间粒度，以一个计划数据为例，描述的是一条生产线班次计划，生产线模型和班次模型是实现定义的空间模型和时间模型，模型确定以后在工程阶段假设生产线模型有3条生产线对象，班模型有甲乙丙三班。那么数据模型只能实例化3条生产线3个班组共计9个计划数据对象，不能实例化其他时空粒度的计划。模型的时间粒度和空间粒度确定以后不能再进行修改，只有修改了属性或者变更成员才会生成新的模型版本。

所述数据模型的成员变更，除时间和空间以外的属性发生变更就会产生新版本。时空数据库允许一个模型存在多个版本。以车间的生产设备举例，在实际生产过程中，会面临设备的升级，升级的设备变得更智能，采集的信息更完整，这时描述这个设备的模型就产生新的版本，但是不是全部设备都升级，所以会出现一部分设备是老版本，一部分设备是新版本。数据模型出现新版本，相应的计算模型也会有新版本，计算的逻辑要处理不同版本对象的计算公式。

计算模型是用于处理数据模型的计算关系、属于关系和传输关系。计算关系是时间和空间粒度发生变化，例如，一个日计划分解分班计划。属于关系是多个子对象合成了父对象，比如一个主物料数据和一个零件数据合成一个半成品数据，这也是计算。传输是对象的时空粒度不变但是位置发生变化，比如原料数据从库房运输到线边库、半成品从一个工序移动到另一个工序，这是对象的位置发生变化。

所述计算模型本身也具备时间模型和空间模型基本属性，确定了计算模型的时空属性，所述计算模型只能计算小于等于这个时空粒度的数据模型，而且计算里直接按照计算模型的粒度范围去查看相关的数据模型。除了名称、时空、版本、安全固有属性，计算模型也有成员和通道和计算逻辑，计算模型的成员只是某个简单数据类型，可以保存计算用到的最后一个值，因为计算模型有时间和空间模型，计算模型和计算模型就有父子关系，比如年计划制定计算模型是月计划制定计算模型的父，父计算模型可以直接操作子计划模型的成员也就是给成员设值，子不能给父设值。计算通道除了可以是数据类型还可以是数据模型，所述计算通道为一个数组或者一个数据缓存区，计算向数据库订阅查询数据会存在数据通道内，计算和计算之间传输数据也是传输到通道里。计算通道分系统通道和自定义通道，系统通道有系统消息通道、鼠标通道、键盘通道等，这些主要处理系统异步消息和缓存图形数据。自定义通道可以是存放模型定义、对象定义和对象数据，一个通道只能选择一种类型，一般我们系统运行起来通道主要存储计算查询的数据。通道是计算对象接收异步消息和计算所需数据必不可少的组成部分。

父计算设置子计算的成员，一个计算是另一个计算的父，那么这个父计算时间或者空间一定是子计算的时间或者空间的父。计算可以把数据传输到另一个计算的通道。计算可以订阅、查询、连接实时、历史、计划、工程库的数据。其中实时、历史、计划库只是数据，工程库是模型、对象的定义，而且工程库的模型只能订阅和查询不能连接修改，实时历史和计划库的数据可以连接修改也可以查询和订阅。数据的连接相当于锁定，锁定的数据值还可以被访问但是不能被其他人连接修改，只有别人修改完产生了新的数据版本以后断开了这个数据的连接第三方才可以进行连接操作。

系统运行过程中，用户通过配置界面指定实时服务器、历史服务器、计划服务器。各个服务器客户端自动将数据发给对应的服务器，例如实时数据客户端将本系统产生的实时数据传送给实时数据服务器，实时数据服务器上会自动在实时数据库中创建表格，并将相关数据存储到对应的实时服务器上创建的实时数据库中。历史数据库和计划数据库也如前述实时数据库的数据采集方式采集数据。

根据一个优选的实施方式，对于同一个实时模型可以有多个数据版或数据类型实现多个对象的实例化。例如，一个车间做升级，新老系统并存，新老系统即是使用的一个模型的两个版本，时空数据库对这两个版本下的系统对象进行监控，如果某个对象升级，切换到新的版本，在历史存储的时候，会存储每个版本对应的历史记录。对历史数据的回放，不仅能看到每个系统的历史数据，而且还能查看历史变迁。例如车间采集模型为V1版本，只支持采集温度和湿度两个参数。基于所述V1版本的采集模型建立了第一车间的对象，采集到温度和湿度的值存储到历史数据库中，历史库中也会记录对应的模型的版本。运行一段时间后，现场系统升级，除了要采集温度和湿度，还需要采集压力，那么采集模型升级为V2版本，增加了压力的参数。第一车间对象升级后，第一车间实现采集温度、湿度和压力三个值，并把对应的值存储到数据库中。在历史库中，将记录第一车间不同版本情况下产生的历史数据。

实施例1

以事物的空间属性描述和查找为例。描述事物空间属性的方法为依据待描述对象的空间状态实现空间信息标注。所述待描述事物的空间属性是基于生产工业过程自定的多层级结构；上一级空间对象为次级空间对象的父对象，次级空间对象为上一级空间对象的子对象；所述子对象具有一个父对象，所述父对象包括至少一个子对象。例如，待描述事物为以一个集团化公司，则将空间粒度分为总公司、分厂、车间(库房)、生产线、工序、工位、设备等，其中，通过空间对象编辑器加载谷歌地图或者百度地图，并在地图配置里选择设定相应的坐标系，基于总公司所在地理位置绘制一个Root根节点的空间范围，在Root根节点的空间范围内用矩形/不规则多边线/点/折线来绘制一个空间对象以得到总公司的第一级空间对象。在第一级空间对象内用矩形/不规则多边线/点/折线来绘制一个空间对象以得到关于分厂的第二级空间对象。在第二级空间模型内用矩形/不规则多边线/点/折线来绘制一个空间对象以得到关于某车间的第三级空间对象。因以此方法，实现对生产线空间对象、第几道工序的空间对象、工位空间对象、设备空间对象甚至具体零部件空间对象的描述。

根据一个优选的实施方式，加载的地图放大以后，不能显示具体的工厂车间，需要在地图上标出大概的位置，除了通过绘制空间对象的位置信息外，还可以通过导入工厂或车间地图CAD文件，按照工厂或车间布局描绘空间对象的位置信息。描绘的地理信息的相对布局和CAD的线框一一重合。同时，在空间对象列表显示对象清单中属性栏可以看到待描述对象的属性信息，包括对象名称、位置、大小。空间对象对应的子空间对象，空间对象的父空间等。

空间对象是对待描述事物的空间属性的描述，所述空间对象包括待描述事物的空间形状、空间范围和空间位置的描述。也即是实现待描述事物的形状、大小和位置的描述。所述空间形状是待描述事物物理形状，所述待描述事物物理形状通过几何的点、线、面实现所述空间形状的描述。所述空间范围是待描述事物包络，所述待描述事物包络通过矩形或立方体来表示；并通过所述待描述事物的空间形状计算出空间范围的原点，长、宽、高。所述空间位置是描述待描述事物在空间上所处的位置信息，所述位置信息包括精确位置信息和逻辑位置信息。所述精确位置至少为待描述事物的地理坐标位置，所述逻辑位置为待描述事物中各组成元素的位置信息和/或关系，其中，包括同级空间对象之间位置关系与不同级空间对象的位置关系。

所述待描述事物的逻辑位置信息和/或关系包括所述待描述事物的逻辑位置定义信息记忆逻辑位置关系信息，所述待描述事物的逻辑位置定义为通过自然语言实现对待描述事物的标记，所述对待描述事物的自然语言标记可以是将待描述事物标记为第一集团公司、第一分厂、第一车间、第一流水线、第一工位等信息。所述待描述事物的逻辑位置关系信息包括位置的隶属关系和/或层次关系。例如，将待描述事物的空间状态与集团化公司的空间对象相对应匹配，实现工厂、工厂下设车间、车间里的产生线和机械设备的空间信息标注。所述待描述事物包括静态对象和动态对象，所述静态对象包括待描述事物的精确位置处于静态和/或逻辑位置处于静态。所述动态对象包括待描述事物的精确位置处于动态和/或逻辑位置处于动态。例如，所述动态对象可以是设备或设备上的零部件。所述设备或设备上的零部件的精确位置可以是地图上的经度、纬度和海拔等位置信息。所述设备或设备上的零部件的逻辑位置可以是该设备或设备上的零部件移动至或正处于某一生产线、某一车间或某一工厂。

所述基于事物空间属性的描述进行查找的方法具体为：基于所述多级和/或多层次待描述事物的空间对象信息进行检索。即是，基于多级和/或多层次事物的空间形状、空间范围和空间位置的描述实现对事物的检索。例如，通过描述事物的几何的点、线、面的空间形状信息实现事物的检索。通过描述事物空间范围的矩形或立方体的原点、长、宽和高的事物包络信息进行事物或对象检索。通过描述事物在空间上所处的精确位置信息和/或逻辑位置信息实现事物的检索。即是，基于所述多级和/或多层次空间对象信息进行检索。通过对事物逻辑位置的描述，使得对事物位置信息的查找不再需要依靠经度、纬度和海拔信息，仅靠其名称或其它定义信息即可完成对事物位置的查询。同时，基于事物逻辑位置的描述信息，可实现其隶属关系的查询。同时，还可通过本发明实现事物动态精确位置和/或动态逻辑位置的记录与更新，从而实现事物历史位置追溯查询和实时位置查询功能。

实施例2

以工厂生产过程中时空数据库实现对生产数据进行时间和空间的建模为例进行说明。依据每个待管理对象的时间状态和空间状态分别建立时间模型、空间模型和/或时空模型。

时间模型：时间模型是用于描述所述待管理对象时间状态的数据模型。时间模型的时间粒度是衡量时间状态的单位，包括时间单位和基于生产情况自定义的时间参数。优选的，时间模型是描述所述待管理对象时间粒度的模型。例如，时间粒度为年、月、日、小时、分钟或者秒等。也可以自定义时间粒度，如班或者批次等。

空间模型：空间模型是用于描述所述待管理对象空间状态的数据模型。空间模型的空间粒度是衡量空间层次和空间位置的空间参数，包括空间单位和基于生产情况自定义的空间参数。优选的，空间模型是描述所述待管理对象空间粒度的模型。例如，空间粒度为总公司、分厂、车间、生产线、工序、工位或设备等。

时空模型是用于描述所述待管理对象的空间状态和时间状态的数据模型。时空模型是一种有效组织和管理时态空间数据，属性、空间和时间语义更完整的数据模型。通过时空模型监测待管理对象的时间状态和空间状态，可以充分了解待管理对象的运行状态。

数据建模：描述的每个事物都是由模型实例化来的。例如，产品是一个物。产品的加工是一件事。产品出库也是一件事。某个工位上加工的产品数量(员工绩效)也是事。本发明基于过去、现在和未来三个时间段对事物进行数据建模。

数据模型是描述系统中使用的数据。数据模型按照时态分为实时、历史、计划。按照功能又分为数据、报警、事件。时态和功能的组合会有更多种数据。数据模型具有版本，系统中，同一模型是可以存在多个版本的。模型的实例是对应于模型的某一版本的。模型在生成新版本时，不会影响已经生成的实例。模型某一版本被修改时，会影响该版本模型生成的实例。

数据模型是对数据进行描述的模型，数据模型由两部分组成：属性、成员。属性是数据特有的部分，比如，名字、描述、时间、空间，属性是由系统定义的，用户是不能定义的。根据分类的不同，数据模型的属性会有差别，比如实时数据，具有新鲜度的属性。事件数据具有开始时间、结束时间、持续时间等属性。

成员是构成数据的组成部分，用户是可以根据需要定义不同的成员来描述业务中的数据。成员的数据可以使用上面定义的各种类型。从性能上考虑，成员个数限定为最大256个成员。

优选的，对于属性名，成员名不允许超过64个字符。

本发明的数据模型指定时间模型和空间模型。本发明将包含有时间模型和空间模型的数据模型简称为时空模型。例如，工位加工的绩效模型，空间属性就是工位，时间属性是班。数据的其它属性可以是工单号、加工数量、报警次数、返工次数等。这些数据模型的数据是通过计算模型来完成的，计算检测生产数据变化，定时统计绩效数据输出到绩效模型。

工厂建模：工厂建模是根据之前的模型进行工厂实例化。例如，实际工厂名称、生产线名称、设备名称、工序名称，这是空间实例化。实例化的过程中也确定了各个对象的附属关系。一天有几班，每个班多长，这是时间实例化。实际生产线都有几个工序绩效数据，这是绩效数据模型的实例化。当然还有计算的实例化，因为要计算这些绩效数据。

系统运行：系统运行后，系统后台自动检测生产信息，记录每个工序的生产情况，实时统计每个工位的生产绩效。至此，一个工厂的生产情况就被实时记录到时空数据库。用户需要查看的时候在场景模型里去进行查询实时和历史生产数据信息。

制定计划：制定计划一般都会制定总的计划比如全厂年计划，再分解到全厂月、全厂日、全厂班，车间月，车间日，车间班。只要用户需要可以分解到非常细的粒度，然后每执行一个时空粒度都去监控有没有按照计划执行。

根据一个优选实施方式，时间属性和空间属性是独立的。描述时间对象时有粒度和精度，比如年的粒度是年，精度可以是秒也可以是毫秒。时间对象在数据记录上有时间位置、时间位置的开始时间和结束时间。比如2016年就是时间位置。2016年3月也是时间位置，一般2016年3月时间位置的开始时间是2016年3月1日0：00：00.000，结束时间是2016年3月31日23：59：59.999。优选地，也可以自定义时间位置。例如，用2016财年三月来自自定义的财年和财月，开始时间和结束时间是用户自定义的，比如2016年3月2日-3月15日，当用户用2016财年三月就表示这个时间段。

时间模型是描述时间的粒度的模型。例如，将时间粒度分年、月、日、班、小时、秒等。同时，用户也可以自由定义时间粒度，比如班、批次等。时空数据库在使用过程中要先进行数据建模。建模时要根据监控和管理的事物或项目进行时间、空间分割。例如，将时间粒度分为年、月、日、班、小时、秒。

将空间粒度分为总公司，分厂，车间(库房)，生产线，工序、工位、设备等，例如，通过空间对象编辑器加载谷歌地图或者百度地图，并在地图配置里选择设定相应的坐标系，基于总公司所在地理位置绘制一个Root根节点的空间范围，在Root根节点的空间范围内用矩形/不规则多边线/点/折线来绘制一个空间对象以得到总公司的第一级空间对象。在第一级空间对象内用矩形/不规则多边线/点/折线来绘制一个空间对象以得到关于分厂的第二级空间对象。在第二级空间模型内用矩形/不规则多边线/点/折线来绘制一个空间对象以得到关于某车间的第三级空间对象。因以此方法，实现对生产线空间模型、第几道工序的空间模型、工位空间模型和设备空间对象的描述。

所述数据建模包括对描述的每个事物进行模型化。例如，产品是一个物，产品的加工是一件事，产品出库也是一件事。某个工位上加工的产品数量或员工绩效也是事，在时空数据库中是实现对前述事和物进行数据建模。数据模型包括时间模型和空间模型。例如，工位加工的绩效模型，工位即对应空间，班或班次对应时间，数据的成员可以是工单号、加工数量、报警次数、返工次数等。所述绩效模型的数据是通过计算模型来完成的，即通过计算检测生产数据变化，定时统计绩效数据输出到绩效模型。

具体到某工厂时，即是对建好模型进行工厂实例化。将待描述对象的空间状态与空间模型相对应匹配，从而实现对多级和/或多层次描述对象的空间信息标注。例如，具体确定实际各分工厂名称、各条生产线名称、各个设备名称、各道工序名称，这是空间实例化。实例化的过程中也确定了各个对象的附属关系。具体确定一天有几班，每个班次多长时间，即为时间实例化。实际生产线共涉及几个工序绩效数据，这是绩效数据模型的实例化。还包括计算的实例化，要涉及计算相关绩效数据，包括根据采集的数据计算工作时长、加工数量、报警次数和返工次数等。

系统运行后，系统后台就会自动检测生产信息，记录每个工序的生产情况，实时统计每个工位的生产绩效。至此，一个工厂的生产情况就被实时记录到时空数据库。用户需要查看的时候在场景模型里去进行查询实时和历史生产数据信息。

基于时空数据库，实现制定计划，按照时间和空间的计划的分解，计划的下发也会非常容易。做计划一般都会指定总的计划比如全厂年计划，分解到全厂月计划、全厂日计划、全厂班计划，车间月计划，车间日计划，车间班计划。用户只需要将计划分解为非常细的粒度，然后完成对一个时间粒度和/或一个空间粒度的监测，即可实现计划项目的全局监控。

例如，用户需要实现对某工厂某锅炉的信息监测。我们就需要建立这个锅炉的相关数据模型，并建立与之匹配的时间与空间模型，来定位或监测锅炉的相关数据信息。通过建立时空体系与数据结构，对时间模型和空间模型分别实例化，并将数据模型实例化为数据对象。该数据对象需要选择数据模型关联的空间模型的某个空间对象，还要选择数据模型关联的时间模型的某个时间对象进行关联。例如，锅炉实时数据模型关联的空间是锅炉空间模型，关联的时间是班的时间模型。锅炉空间模型会实例化出锅炉1，锅炉2，锅炉3，这些都是空间对象名称。班时间模型会实例化出早班、中班、晚班三个对象。锅炉实时数据模型实例化出锅炉实时数据对象1，他的空间选择了锅炉1，时间默认对应的是班模型。因为是实时对象，在计算机存储配置的时候只能选择实时数据库空间。同理实现对历史数据库和计划数据库的建模及关联过程。其中，建模过程中时间模型的建立，例如班模型的建立即是完成每个班所处的时间段的定义，例如早班时间设定为早上六点至下午三点。空间模型的建立，例如厂模型及锅炉模型的建立，即是对厂模型和锅炉模型的空间形状、空间轮廓和空间位置的描述。同时定义厂模型为锅炉模型的父模型。建立数据模型，所述数据模型包括实时数据模型、历史数据模型和计划数据模型。建立数据模型的时候，需要先设定模型类别。运行后，通过模型类型来确定数据对象的存储位置：实时数据库、历史数据库、计划数据库。同理，查询的时候也是靠这个类型来判断是去哪个库查找数据。系统运行后，实时数据对象将采集的值存放到实时数据库，那么在实际产生数据的时候就会记录下例如包含时间信息为2016年10月21日早班的信息，包含空间信息为锅炉1对应的锅炉模型的空间形状、空间轮廓和空间位置信息，包含数据模型对应着为锅炉的模型类别信息，以及锅炉的其它例如锅炉1的颜色、温度、腔内压强等状态信息。同时，用户可基于时间信息、空间信息和模型类别信息实现对某个时刻某个锅炉的状态检索。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法，其特征在于，所述描述事物空间属性的方法为依据待描述事物的空间状态实现待描述对象的空间信息标注，并依据待描述事物的空间对象信息实现事物的查找；

待描述事物的空间属性是基于生产工业过程自定的多层级结构，

在时空数据库中实现对所述事和/或所述物进行数据建模，所述时空数据库储存有企业或具体项目的生产过程中的计划、实时和历史数据。

2.如权利要求1所述的描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法，其特征在于，所述空间信息标注具体为：

通过空间对象编辑器加载地理信息坐标系，并基于待描述事物所在地理位置信息和空间状态信息通过矩形、不规则多边形、点和折线建立多级空间对象，基于多级空间对象实现多层级结构待描述事物各组成元素的空间信息标注。

3.如权利要求2所述的描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法，其特征在于，所述多级空间对象具体为：

通过空间对象编辑器加载地理信息坐标系，并基于待描述事物所在地理位置绘制一个root根节点的空间范围，在root根节点范围内用矩形、不规则多边线、点和折线绘制一个空间对象以得到待描述事物的第一级空间对象；

基于上一级空间对象，用矩形、不规则多边线、点和折线逐级实现待描述事物的组成元素的空间绘制过程以得到所述组成元素对应等级空间对象。

4.如权利要求3所述的描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法，其特征在于，

将待描述事物的空间状态与空间对象中各级空间对象相对应匹配，从而实现对多级和/或多层次待描述事物的空间信息标注。

5.如权利要求4所述的描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法，其特征在于，所述时空数据库储存有企业或具体项目的生产过程中的计划、实时和历史数据，分别对应三个数据库，所述三个数据库用于存储企业未来计划数据，生产实时数据和历史数据记录；

计算模型和数据模型是构成所述时空数据库的基础模型，所述时空数据库中包含开发时的模型库和工程库，运行时的实时、历史、计划库和计算引擎。

6.如权利要求5所述的描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法，其特征在于，在所述描述事物空间属性并实现事物查找的方法可基于如下装置实现，具体为：

通过空间对象编辑器建立多级空间对象，并将待描述事物各组成元素对应的多级空间对象按时间属性分别储存于实时数据单元、历史数据单元和计划数据单元；用户通过待描述事物的空间对象信息基于交互模块实现事物的查找，其中，

基于包含空间形状、空间范围和空间位置的所述多级和/或多层次待描述事物的空间对象信息进行检索以完成对事物的查找。

7.如权利要求4至6之一所述的描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法，其特征在于，所述空间对象是对待描述事物的空间属性的描述，所述空间对象包括待描述事物的空间形状、空间范围和空间位置的描述，其中，

上一级空间对象为次级空间对象的父对象，次级空间对象为上一级空间对象的子对象；所述子对象具有一个父对象，所述父对象包括至少一个子对象。

8.如权利要求7所述的描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法，其特征在于，所述待描述事物包括静态对象和动态对象，所述静态对象包括待描述事物的精确位置处于静态和/或逻辑位置处于静态；所述动态对象包括待描述事物的精确位置处于动态和/或逻辑位置处于动态；其中，

所述空间位置是描述待描述事物在空间上所处的位置信息；

所述空间形状是待描述事物物理形状，所述待描述事物物理形状通过几何的点、线、面实现所述空间形状的描述。

9.如权利要求8所述的描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法，其特征在于，所述位置信息包括精确位置信息和逻辑位置信息，其中，

所述精确位置至少为待描述事物的地理坐标位置，所述逻辑位置为待描述事物中各组成元素的位置信息和/或关系，其中，包括同级空间对象之间位置关系与不同级空间对象的位置关系；

所述待描述事物的逻辑位置信息包括所述待描述事物的逻辑位置定义信息以及逻辑位置关系信息，所述待描述事物的逻辑位置定义为通过自然语言实现对待描述事物的标记；所述待描述事物的逻辑位置关系信息包括位置的隶属关系和/或层次关系。

10.如权利要求9所述的描述事物空间属性并基于所述描述进行查找的方法，其特征在于，所述空间范围是待描述事物包络，所述待描述事物包络通过矩形或立方体来表示；并通过所述待描述事物的空间形状计算出空间范围的长、宽、高。