CN112860689A - 一种基于时空网格数据的平台系统 - Google Patents

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CN112860689A CN202110028084.XA CN202110028084A CN112860689A CN 112860689 A CN112860689 A CN 112860689A CN 202110028084 A CN202110028084 A CN 202110028084A CN 112860689 A CN112860689 A CN 112860689A
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Abstract

本公开的基于时空网格数据的平台系统，通过数据引接编码系统接入多源异构的时空数据，将其按照空间信息含义与GeoSOT‑北斗空间网格相关联，并按照数据所占据的空间网格赋予编码，形成网格化数据；网格编码索引系统基于网格数据的网格编码构建时空网格数据索引模型，基于时空网格数据索引模型对网格数据进行索引、存储和更新；数据服务引擎系统对网格数据进行网格计算与调用，根据应用支撑服务系统的需求发布相应服务；应用支撑服务系统为用户应用层提供服务支撑。能够建立一套可标识、可索引、可计算的标准化网格平台系统，将面向对象的数据管理转为面向空间的数据管理，建立统一时空数据组织框架，实现城市多源异构时空数据的一体化组织，提供统一框架下的个性化服务。

Description

一种基于时空网格数据的平台系统
技术领域
本公开涉及信息技术技术领域，尤其涉及一种基于时空网格数据的平台系统。
背景技术
传统的面向对象的空间数据组织方法，能够通过矢量、栅格等方式较好表达空间地理信息和对象外包络面信息，但很难解决多维空间信息的一体化整合、特别是动态信息整合的瓶颈问题，例如空间标识多样，统一困难。每一个空间对象都要用一串点坐标对其外围轮廓进行标识，不同个体对同一对象标识点取值大多不一样。数据整合或空间计算十分复杂，需要大量的时间做数据预处理。空间数据库快速更新困难。每一个对象由于点坐标串很难统一，又索引困难(目前大多采用人为赋予ID码的方式创建数据库空间索引，而ID码缺乏客观标准)，造成空间数据库的建库工作必须人工操作，维护更新费时费力。空间计算困难。每个空间对象都由一串点坐标构建，相互间的空间计算都要解矢量方程或矢量Overlay计算，效率极低。
公开内容
有鉴于此，本公开提出了一种基于时空网格数据的平台系统，通过建立一套可标识、可索引、可计算的标准化网格底座(平台系统)，将传统的面向对象的数据管理转化为面向空间的数据管理，建立统一时空数据组织框架，实现城市多源异构时空数据的一体化组织，为相关部门提供统一化服务。
根据本公开的一方面，提供了一种基于时空网格数据的平台系统，所述系统包括：数据引接编码系统、网格编码索引系统、数据服务引擎系统和应用支撑服务系统；
其中，所述数据引接编码系统，用于接入多源异构的时空数据，将所述时空数据网格化为网格数据，并将所述网格数据按其所占据的空间网格赋予网格编码；
所述网格编码索引系统，用于基于所述网格数据的网格编码进行构建时空网格数据索引模型，基于所述时空网格数据索引模型对所述网格数据进行索引、存储和更新；
所述数据服务引擎系统，用于对所述网格数据进行网格计算，并根据所述应用支撑服务系统的需求发布相应服务；
所述应用支撑服务系统，为用户应用层提供服务支撑。
在一种可能的实现方式中，所述数据引接编码系统包括数据引接模块、转换工具和编码工具；
其中，所述数据引接模块，用于接入多源异构的时空数据；
所述编码工具，用于将所述时空数据网格化为网格数据；
所述转换工具，用于将所述网格数据按其所占据的空间网格赋予网格编码。
在一种可能的实现方式中，将所述网格数据按其所占据的空间网格赋予网格编码包括：
当所述网格数据所占据的空间网格信息确定时，转化所述空间网格信息为所述网格编码；
当所述网格数据所覆盖的空间网格信息不能直接确定时，建立多级信息关联，建立所述网格数据的统一网格编码组织。
在一种可能的实现方式中，所述网格编码索引系统包括：索引大表、空时存储系统和动态更新模块；
所述索引大表，以网格数据的网格编码为主键进行构建的时空网格数据索引数据库；
所述空时存储系统，以网格数据的数据标识和网格编码为依据将所述网格数据存储在所述空时网格数据索引数据库中；
所述动态更新模块，依据所述时空网格数据索引数据库实现所述网格数据的动态数据、静态数据、历史数据和新增数据的网格编码的动态更新。
在一种可能的实现方式中，所述应用支撑服务系统包括三维网格建模系统、网格图层服务系统、块数据服务系统、注册解析服务系统、数据动态可视系统和视频数据增强系统；
所述三维网格建模系统，以所述多源异构的时空数据为基础进行三维立体网格剖分建立统一化的三维网格数据模型；
所述网格图层服务系统，按照OGC标准发布网格图层，实现所述多源异构的时空数据的网格化管理；
所述块数据服务系统，对所述多源异构的时空数据进行切块为多个基础块，关联所述基础块，基于所述网格数据的网格编码对多个所述基础块进行服务；
所述注册解析服务系统，为所述多源异构的时空数据的网格编码提供注册解析服务；
所述数据动态可视系统，基于所述时空网格数据索引模型对所述网格数据进行动态可视化展示；
所述视频数据增强系统，用于将空间视频数据和空间非视频数据通过网格编码建立关联，对所述空间视频数据进行挖掘。
在一种可能的实现方式中，所述数据服务引擎系统包括：网格数据查询引擎和网格数据计算引擎；
所述网格数据查询引擎，用于基于所述网格数据的网格编码和所述索引大表的关系对所述网格数据进行查询；
所述网格数据计算引擎，用于对所述网格数据进行网格计算，包括网格基础运算模块、网格空间度量计算模块、网格交并差补计算模块和网格拓扑关系计算模块。
在一种可能的实现方式中，所述数据服务引擎系统还包括：数据注册解析引擎、网格图层服务引擎和可视化服务引擎，用于根据所述应用支撑服务系统的需求分别发布注册解析、网格图、可视化的服务。
本公开的基于时空网格数据的平台系统，包括：数据引接编码系统、网格编码索引系统、数据服务引擎系统和应用支撑服务系统；数据引接编码系统，用于接入多源异构的时空数据，将所述时空数据网格化为网格数据，并将所述网格数据按其所占据的空间网格赋予网格编码；网格编码索引系统，用于基于所述网格数据的网格编码进行构建时空网格数据索引模型，基于所述时空网格数据索引模型对所述网格数据进行索引、存储和更新；数据服务引擎系统，用于对所述网格数据进行网格计算，并根据所述应用支撑服务系统的需求发布相应服务；应用支撑服务系统，为用户应用层提供服务支撑。通过建立一套可标识、可索引、可计算的标准化网格底座(平台系统)，将传统的面向对象的数据管理转化为面向空间的数据管理，建立统一时空数据组织框架，实现城市多源异构时空数据的一体化组织，为相关部门提供统一化服务。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出了根据本公开一实施例的基于时空网格数据的平台系统框图；
图2示出了根据本公开另一实施例的基于时空网格数据的平台系统框图；
图3示出了根据本公开另一实施例的基于时空网格数据的平台系统框图；
图4示出了根据本公开一实施例的网格数据计算引擎的结构图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图1示出了根据本公开一实施例的基于时空网格数据的平台系统框图；该平台系统采用新型域标识体系进行空间位置描述，能够支持地理信息、建筑信息、电磁信息等城市相关数据的统一聚集与关联。如图1所示，该平台系统40可以包括：数据引接编码系统41、网格编码索引系统42、数据服务引擎系统43和应用支撑服务系统44。
数据引接编码系统41，用于接入多源异构的时空数据，将时空数据网格化为网格数据，并将网格数据按其所占据的空间网格赋予网格编码。例如，可以根据多源异构的时空数据的空间信息含义与GeoSOT-北斗空间网格相关联，按照多源异构的时空数据所占据的空间网格赋予网格编码，形成网格化数据。
网格编码索引系统42，用于基于网格数据的网格编码进行构建时空网格数据索引模型，基于时空网格数据索引模型对网格数据进行索引、存储和更新。
数据服务引擎系统43，用于对网格数据进行网格计算，并根据应用支撑服务系统的需求发布相应服务。
应用支撑服务系统44，为用户应用层提供服务支撑。
其中，多源异构的时空数据可以包括基础地理数据、BIM/CAD建筑模型数据、城市街景数据、倾斜摄影数据、激光点云数据等多源异构的时空数据；气象(风、云)数据、磁场数据、重力场数据等；视频数据、IoT物联网数据；以及社会经济数据等。
图2和图3分别示出了根据本公开另一实施例的基于时空网格数据的平台系统框图。
如图3所示，该平台系统可以包括基础层和支撑层。其中，基础层可以包括数据引接编码系统41、网格编码索引系统42和数据服务引擎系统43；支撑层包括应用支撑服务系统44。其中，支撑服务系统可以根据用户的需求进行相应服务的增加或调整。
在一示例中，如图2所示，数据引接编码系统41包括数据引接模块411(如图3中的数据引接)、转换工具413(如图3中的转换工具)和编码工具412(如图3中的编码工具)。数据引接模块411可以用于接入多源异构的时空数据；编码工具412可以用于将所述时空数据网格化为网格数据；转换工具413可以用于将所述网格数据所覆盖的空间网格赋予网格编码。
在一示例中，将网格数据所覆盖的空间网格赋予网格编码可以包括：当网格数据所占据的空间网格信息确定时，转化所述空间网格信息为所述网格编码；当网格数据所占据的空间网格信息不能直接确定时，建立多级信息关联，建立所述网格数据的统一网格编码组织。
举例来说，数据引接编码系统41通过多样化的数据引接模块411和编码工具412，将不同来源、不同格式的多源异构的时空数据进行网格化接入，形成网格化数据。
数据引接编码系统41将各类数据内容所占据的空间网格赋予网格代码，针对不同的信息，快速实现空间位置编码。空间位置编码包括点坐标平面编码、线平面编码、多边形平面编码、点三维编码、线三维编码、多边形三维编码等多种方式。其中，对于网格数据所占据的空间网格信息确定时，直接将其空间网格信息转化为网格编码；对于网格数据所占据的空间网格信息(没有明确空间信息数据)不能直接确定时，可以建立多级信息关联，实现各类数据的统一编码化组织。
通过数据引接编码系统41的结构，能够实现以空间为管理对象、以落入该空间的各类数据为属性的新型数据管理框架，用户可根据自身需求，按地理位置和空间范围等实现数据的按需引接。
在一示例中，如图2所示，网格编码索引系统41可以包括：索引大表421(如图3中的部分索引大表)、空时存储系统422(如图3中的“空-时”存储集群)和动态更新模块423(如图3中的索引动态更新)；
索引大表421，以网格数据的网格编码为主键进行构建的时空网格数据索引数据库；
空时存储系统422，以网格数据的数据标识和网格编码为依据将网格数据存储在时空网格数据索引数据库中；
动态更新模块423，依据时空网格数据索引数据库实现网格数据的动态数据、静态数据、历史数据和新增数据的网格编码的动态更新。
举例来说，网格编码索引系统42面向海量数据的快速提取和计算需求，基于GeoSOT地球空间剖分和编码理论，研制开发的并行化大数据索引系统。该系统采用地球剖分的网格数据的网格编码(及时间剖分编码)作为索引大表(时空网格数据索引数据库)的主键，在对现有系统不推倒、不重来的前提下，对各级剖分面片对应的剖分索引数据进行关联，形成了一个逻辑上基于地球空间位置的剖分索引大表，实现跨数据库、跨信息系统的大数据统一组织与并行计算。
其中，剖分索引大表相当于建立了整个地球空间的容器，所有的空间对象都会在容器中进行注册。剖分索引大表的主键采用的位置编码，具有空间+尺度的聚簇性，可采用区间包含的方式来进行大范围查询，非常适合超大数据规模的数据索引；编码分段后可以表示不同尺度、不同区域、不同大小的地球空间位置范围，任何区域之间无缝无叠、相互独立，剖分索引大表适合超大规模地分布部署与服务。
在网格数据空时存储系统中，根据进入存储系统中的网格数据的空间区位属性，按照统一规则生成其存储单元的网格标识。以该网格数据的数据标识与网络标识为依据，通过存储系统内部网格数据与存储系统资源的匹配调度，将网格数据自动分布式的存储到与其空间区域相对应的存储单元中，从而按照不同空间区域的存储需求进行数据访问、资源调度、迁移备份等存储管理操作。
在一示例中，如图2所示，数据服务引擎系统43可以包括：网格数据查询引擎431和网格数据计算引擎432。
网格数据查询引擎431(如图3中的网格数据检索引擎)，用于基于网格数据的网格编码和索引大表421的关系对网格数据进行查询。
网格数据计算引擎432(如图3中的网格数据计算引擎)，用于对网格数据进行网格计算。
其中，网格数据查询引擎431获取网格数据所对应的北斗网格编码，通过对网格数据的网格编码进行检索查询，通过网格索引大表和网格编码之间的关联关系，可以获取网格索引大表内网格数据信息。网格数据查询引擎431可以分为单网格数据查询、多网格数据查询、线数据查询等，在此不作限定。
图4示出了根据本公开一实施例的网格数据计算引擎的结构图。
在一示例中，如图4所示，网格数据计算引擎432可以包括网格基础运算模块、网格空间度量计算模块、网格交并差补计算模块和网格拓扑关系计算模块。
其中，网格基础运算模块是网格数据计算引擎的基础计算分析的基础，主要实现各业务系统中基础地理信息数据、隐含时空属性的业务数据由经纬度空间标识体系到剖分网格编码空间标识体系的转换，根据不同的应用场景将不同进制网格编码进行快速转换，以及为复杂的空间分析与计算提供支持。
网格空间度量计算模块主要提供空间实体以及空间实体和空间实体间集的距离、面积、方位、体积等基本属性和不同尺度量化的分析。
网格交并差补计算模块主要提供两个及以上的时空网格数据及时空网格数据集合之间，基于网格空间标识范围的交集、并集、差集以及补集的计算。
网格拓扑关系计算模块主要是通过判断两个网格数据或网格数据集合网格编码在高度、经向和纬向的相邻、相离、相交、包含关系，综合判断网格数据的拓扑关系的计算。
通过上述几种计算模块能够实现对网格数据进行网格计算。
在一种示例中，如图2所示，数据服务引擎系统43还可以包括：数据注册解析引擎、网格图层服务引擎和可视化服务引擎，用于根据所述应用支撑服务系统的需求分别发布注册解析、网格图、可视化的服务。
其中，网格图层服务引擎包括二维网格图层服务引擎和三维网格图层服务引擎。二维网格图层服务引擎可以按照OpenGIS协会制定的WMS(Web Mapping Service)等网络服务规范，进行二维网格图的发布与服务。三维网格图层服务引擎可以按照3D Tiles服务规范，进行三维网格图的发布与服务。
可视化服务引擎可以用于二维网格数据、三维网格数据以及各类属性数据的可视化服务。
数据注册解析引擎可以提供目录浏览服务和直接检索服务。
利用多源异构的时空数据的网格编码可标识、可计算、可定位等特性，在网格编码代数运算框架的基础上，研究建立基于网格编码的高性能空间计算分析技术，通过将空间分析计算由传统基于经纬度浮点计算的模式，转变为基于二进制整型编码位运算的形式，降低计算分析的复杂度，从而有效提升计算分析效率。
在一示例中，如图2所示，应用支撑服务系统44可以包括三维网格建模系统441、网格图层服务系统442、块数据服务系统443、注册解析服务系统444、数据动态可视系统445和视频数据增强系统446；
三维网格建模系统441以多源异构的时空数据为基础进行三维立体网格剖分建立统一化的三维网格数据模型。举例来说，三维网格建模系统441可以CAD数据、BIM数据、激光点云数据、遥感影像等数据为基础进行三维立体网格剖分，建立统一的三维网格数据模型。可实现GIS模型、BIM/CAD模型、倾斜摄影模型和激光点云模型等数据的融合，并能够引接实时IoT数据、公共专题数据等实现数字孪生。
网格图层服务系统442按照OGC标准发布网格图层，实现多源异构的时空数据的网格化管理。其中，网格图层服务系统442按照OGC标准进行二维网格图层和/或三维网格图层的发布，实现基础地理信息数据的网格化组织管理，形成以时空网格编码为主键的统一索引机制。可以直接导入到GIS等现有系统中，实现用户的无感接入，便于扩展数据应用领域。用户可根据需要切换不同的图层，实现不同对象属性与网格图层的关联，生成定制化网格地图。
块数据服务系统443对多源异构的时空数据进行切块为多个基础块，关联基础块，基于网格数据的网格编码对多个基础块进行服务。举例来说，块数据服务系统443以北斗网格编码技术为基础，借鉴城市网格化治理模式，将政务时空数据资源等传统按部门划分的“条数据”进行基于北斗网格的空间匹配与关联，生成“块数据”并提供相应服务。块数据可以包括空间块数据(省、市、区、街道、社区、基础网格)、地理实体块数据(点、线、面、体)、业务块数据(人口、法人、部件、事件)等。
注册解析服务系统444为多源异构的时空数据的网格编码提供注册解析服务。例如，数据注册解析系统444面向网格数据域名(落入同一时刻网格的网格数据集)、城市部件、城市事件、标牌标签、信标感知等数据提供网格编码注册解析服务的系统。数据注册解析系统444利用北斗网格编码标识方法代替传统对象ID方法，对空间人、事、物、组织等进行全标识与管理，是数字孪生城市泛在接入、泛在感知、泛在标识、泛在计算的信息基础。
数据动态可视系统445，基于时空网格数据索引模型对网格数据进行动态可视化展示。例如，时空网格数据模型中的网格编码代表时空网格的位置，时空网格的属性关联外部多源异构时空数据。当外部多源异构时空数据变化时，时空网格属性自动关联变化数据，实现数据实时更新和动态汇聚。能够将多源异构数据进行“定位、定性、定量”的全方位标注，实现一张图展示。
视频数据增强系统446，用于将空间视频数据和空间非视频数据通过网格编码建立关联，对空间视频数据进行挖掘。例如，视频数据增强系统446通过对监控视频数据进行地理空间配准，建立视域空间与实地地理空间的对应关系，把视频像素坐标位置转化为真实地理空间的坐标位置，实现视频内容的空间定位识别，提供视频内容定位、网格属性查询、视频关联播放、视频轨迹分析等服务。能够将视频数据与非视频数据通过网格编码建立高效信息关联，有利于海量视频数据的价值挖掘。
本公开的基于时空网格数据的平台系统，通过数据引接编码系统，用于接入多源异构的时空数据，将所述时空数据网格化为网格数据，并将所述网格数据按其所占据的空间网格赋予网格编码；网格编码索引系统，用于基于所述网格数据的网格编码进行构建时空网格数据索引模型，基于所述时空网格数据索引模型对所述网格数据进行索引、存储和更新；数据服务引擎系统，用于对所述网格数据进行网格计算，并根据所述应用支撑服务系统的需求发布相应服务；应用支撑服务系统，为用户应用层提供服务支撑。通过建立一套可标识、可索引、可计算的标准化网格底座(平台系统)，将传统的面向对象的数据管理转化为面向空间的数据管理，建立统一时空数据组织框架，实现城市多源异构时空数据的一体化组织，为相关部门提供统一框架下的个性化服务。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (7)

1.一种基于时空网格数据的平台系统，其特征在于，所述系统包括：数据引接编码系统、网格编码索引系统、数据服务引擎系统和应用支撑服务系统；
其中，所述数据引接编码系统，用于接入多源异构的时空数据，将所述时空数据网格化为网格数据，并将所述网格数据按其所占据的空间网格赋予网格编码；
所述网格编码索引系统，用于基于所述网格数据的网格编码进行构建时空网格数据索引模型，基于所述时空网格数据索引模型对所述网格数据进行索引、存储和更新；
所述数据服务引擎系统，用于对所述网格数据进行网格计算与调用，并根据所述应用支撑服务系统的需求发布相应服务；
所述应用支撑服务系统，为用户应用层提供服务支撑。
2.根据权利要求1所述的平台系统，其特征在于，所述数据引接编码系统包括数据引接模块、转换工具和编码工具；
其中，所述数据引接模块，用于接入多源异构的时空数据；
所述编码工具，用于将所述时空数据网格化为网格数据；
所述转换工具，用于将所述网格数据按其所占据的空间网格赋予网格编码。
3.根据权利要求2所述的平台系统，其特征在于，将所述网格数据按其所占据的空间网格赋予网格编码包括：
当所述网格数据所占据的空间网格信息确定时，转化所述空间网格信息为所述网格编码；
当所述网格数据所占据的空间网格信息不能直接确定时，建立多级信息关联，建立所述网格数据的统一网格编码组织。
4.根据权利要求1所述的平台系统，其特征在于，所述网格编码索引系统包括：索引大表、空时存储系统和动态更新模块；
所述索引大表，以网格数据的网格编码为主键进行构建的时空网格数据索引数据库；
所述空时存储系统，以网格数据的数据标识和网格编码为依据将所述网格数据存储在所述空时网格数据索引数据库中；
所述动态更新模块，依据所述时空网格数据索引数据库实现所述网格数据的动态数据、静态数据、历史数据和新增数据的网格编码的动态更新。
5.根据权利要求1所述的平台系统，其特征在于，所述应用支撑服务系统包括三维网格建模系统、网格图层服务系统、块数据服务系统、注册解析服务系统、数据动态可视系统和视频数据增强系统；
所述三维网格建模系统，以所述多源异构的时空数据为基础进行三维立体网格剖分建立统一化的三维网格数据模型；
所述网格图层服务系统，按照OGC标准发布网格图层，实现所述多源异构的时空数据的网格化管理；
所述块数据服务系统，对所述多源异构的时空数据进行切块为多个基础块，关联所述基础块，基于所述网格数据的网格编码对多个所述基础块进行服务；
所述注册解析服务系统，为所述多源异构的时空数据的网格编码提供注册解析服务；
所述数据动态可视系统，基于所述时空网格数据索引模型对所述网格数据进行动态可视化展示；
所述视频数据增强系统，用于将空间视频数据和空间非视频数据通过网格编码建立关联，对所述空间视频数据进行挖掘。
6.根据权利要求1所述的平台系统，其特征在于，所述数据服务引擎系统包括：网格数据查询引擎和网格数据计算引擎；
所述网格数据查询引擎，用于基于所述网格数据的网格编码和所述索引大表的关系对所述网格数据进行查询；
所述网格数据计算引擎，用于对所述网格数据进行网格计算，包括网格基础运算模块、网格空间度量计算模块、网格交并差补计算模块和网格拓扑关系计算模块。
7.根据权利要求1所述的平台系统，其特征在于，所述数据服务引擎系统还包括：数据注册解析引擎、网格图层服务引擎和可视化服务引擎，用于根据所述应用支撑服务系统的需求分别发布注册解析、网格图、可视化的服务。
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