CN115098616B - 多时态空间数据的存储、查询方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供多时态空间数据的存储、查询方法、装置及存储介质，其中，存储方法包括：读取数据库中每一数据对象的所有时态数据，每一数据对象的每个时态数据具有初始时态数据ID和时间ID；将每一数据对象的所有时态数据分别存储于内存中连续的地址空间，从而使每一数据对象与其所有的时态数据在内存中形成链接结构；针对该数据对象各时态数据按照在该链接结构的放入顺序赋予各时态数据各自对应的序号，并将每个时态数据的序号与其初始时态数据ID组成时态数据ID；根据各数据对象占据的空间位置构建四叉树空间索引，并在四叉树空间索引的各个节点存储对应的数据对象的指针和该数据对象在每个节点中所对应的各时态数据的比特数组。

Description

多时态空间数据的存储、查询方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及数据查询技术领域，具体涉及多时态空间数据的存储、查询方法、装置及存储介质。

背景技术

多时态的地理数据，通常应用于电网、综合能源、交通等领域，具有一定的专业独特性。在对地理数据的空间查询方面，现有技术通常是采用四叉树方法对地图对象进行快速检索查询，当数据对象仅有一个时态时，传统的四叉树方法足以满足快速空间查询的需求。

但是，当数据对象具有多个不同时态后，在进行空间查询时就需要加入时态条件判断、空间位置判断等步骤，在数据量极其庞大的情况下按照上述条件去遍历所有数据对象的时态以及计算空间位置，会导致每次进行空间查询的效率很低，无法满足对地理数据进行高效查询的实际需求。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供多时态空间数据的存储、查询方法、装置及存储介质，从而可以对多时态空间数据进行高效查询。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多时态空间数据的存储方法，包括：读取数据库中每一数据对象的所有时态数据，每一数据对象的每个时态数据具有用于唯一标识每个不同时态数据的初始时态数据ID和用于唯一标识每个不同时态数据产生时间的时间ID；将每一数据对象的所有时态数据分别存储于内存中连续的地址空间，从而使每一数据对象与其所有的时态数据在所述内存中形成链接结构；针对该数据对象各所述时态数据按照在该链接结构的放入顺序赋予各所述时态数据各自对应的序号，并将每个时态数据的序号与其初始时态数据ID组成该时态数据的时态数据ID；根据各所述数据对象占据的空间位置构建四叉树空间索引，并在所述四叉树空间索引的各个节点存储对应的数据对象的指针和该数据对象在每个节点中所对应的各时态数据的比特数组；其中，每个时态数据的比特数组通过如下步骤得到：调取初始比特数组，所述初始比特数组各个比特位置的数值为0；将所述初始比特数组上与该时态数据的时态数据ID中的序号对应的比特位置的数值设置为1，得到该时态数据的所述比特数组。

优选的，每新生成一个时态数据，记录新生成的时态数据的生成时间；在预先存储的时间-时间ID对应关系中查找与所述生成时间对应的ID作为所述新生成的时态数据的时间ID并进行存储；其中，生成时间越晚所述时间ID的数值越大。

优选的，对于所述内存中每个数据对象的各所述时态数据，按照各所述时态数据对应时间ID的数值进行增序排列，根据增序排列的顺序在所述链接结构中重新对该数据对象的各所述时态数据进行存储排列。

优选的，所述的多时态空间数据的存储方法还包括：为每一个数据对象分配一个对应的图层ID；每新生成一个时态数据，为新生成的时态数据设置其所属数据对象的图层ID并进行存储。

本发明还提供了一种多时态空间数据的查询方法，包括：获取待查询对象的空间条件和时间条件，根据所述空间条件从四叉树空间索引中查找在所述空间条件下的数据对象的指针和该数据对象的时态数据的比特数组；根据所述指针在内存中查找得到所述指针指向的数据对象的所有时态数据，其中，所述数据对象的所有时态数据分别存储于内存中连续的地址空间，从而使所述数据对象与其所有的时态数据在所述内存中形成链接结构；每个时态数据具有时态数据ID和时间ID，所述时态数据ID中包含序号，所述序号表征时态数据在所述链接结构的放入顺序；从所述指针指向的数据对象的所有时态数据中，筛选得到所述时间ID与所述时间条件匹配的待选时态数据；根据所述待选时态数据的时态数据ID中的序号，从所述四叉树空间索引内查询节点中所有比特数组查找所述序号对应比特位置的数值，并判断所述数值是否为1；若存在某个比特数组中该序号对应比特位置的数值为1，则判定所述待选时态数据有效；若所有比特数组中该序号对应比特位置的数值为0，则判定所述待选时态数据无效；若所述待选时态数据有效，则将所述待选时态数据作为所述待查询对象的查询结果。

优选的，根据所述空间条件从所述四叉树空间索引中查找在所述空间条件下的数据对象的指针和该数据对象的时态数据的比特数组之前，还包括如下步骤：获取待查询对象的表征待查询对象所在的图层的图层条件；根据所述图层条件从预先构建的数据表中查找得到所述待查询对象对应的四叉树空间索引。

优选的，获取所述空间条件的步骤包括：获取用户输入的区域坐标信息，所述区域坐标信息包括4个顶点各自对应的位置坐标；根据各所述位置坐标构建得到矩形查询区域，并将所述矩形查询区域作为所述空间条件。

优选的，所述根据所述空间条件从所述四叉树空间索引中查找得到对应的数据对象的指针和数据对象的时态数据的比特数组的步骤，包括：从所述四叉树空间索引中查找得到与所述矩形查询区域发生交集的所有数据对象；读取各所述数据对象所在节点内存储的各所述数据对象的所述指针和各所述数据对象的时态数据的所述比特数组。

优选的，在所述链接结构中数据对象的各所述时态数据按照各所述时态数据的时间ID的数值增序排列存储；从所述指针指向的数据对象的所有时态数据中，筛选得到所述时间ID与所述时间条件匹配的待选时态数据具体包括：在预先存储的时间-时间ID对应关系中查找所述时间条件中的时间对应的待选时间ID；使用二分法从所述指针指向的数据对象的所有时态数据的时间ID中查找得到与所述待选时间ID相同的时间ID，将该相同的时间ID对应的时态数据作为所述待选时态数据。

本发明还提供了一种多时态空间数据的存储装置，包括：第一存储单元，用于读取数据库中每一数据对象的所有时态数据，每一数据对象的每个时态数据具有用于唯一标识每个不同时态数据的初始时态数据ID和用于唯一标识每个不同时态数据产生时间的时间ID；第二存储单元，用于将每一数据对象的所有时态数据分别存储于内存中连续的地址空间，从而使每一数据对象与其所有的时态数据在所述内存中形成链接结构；针对该数据对象各所述时态数据按照在该链接结构的放入顺序赋予各所述时态数据各自对应的序号，并将每个时态数据的序号与其初始时态数据ID组成该时态数据的时态数据ID；第三存储单元，用于根据各所述数据对象占据的空间位置构建四叉树空间索引，并在所述四叉树空间索引的各个节点存储对应的数据对象的指针和该数据对象在每个节点中所对应的各时态数据的比特数组；其中，每个时态数据的比特数组通过如下步骤得到：调取初始比特数组，所述初始比特数组各个比特位置的数值为0；将所述初始比特数组上与该时态数据的时态数据ID中的序号对应的比特位置的数值设置为1，得到该时态数据的所述比特数组。

优选的，每新生成一个时态数据，记录新生成的时态数据的生成时间；在预先存储的时间-时间ID对应关系中查找与所述生成时间对应的ID作为所述新生成的时态数据的时间ID并进行存储；其中，生成时间越晚所述时间ID的数值越大。

优选的，对于所述内存中每个数据对象的各所述时态数据，按照各所述时态数据对应时间ID的数值进行增序排列，根据增序排列的顺序在所述链接结构中重新对该数据对象的各所述时态数据进行存储排列。

优选的，所述的多时态空间数据的存储装置还包括：第四存储单元，用于为每一个数据对象分配一个对应的图层ID；每新生成一个时态数据，为新生成的时态数据设置其所属数据对象的图层ID并进行存储。

本发明还提供了一种多时态空间数据的查询装置，包括：第一查询单元，用于获取待查询对象的空间条件和时间条件，根据所述空间条件从四叉树空间索引中查找在所述空间条件下的数据对象的指针和该数据对象的时态数据的比特数组；第二查询单元，用于根据所述指针在内存中查找得到所述指针指向的数据对象的所有时态数据，其中，所述数据对象的所有时态数据分别存储于内存中连续的地址空间，从而使所述数据对象与其所有的时态数据在所述内存中形成链接结构；每个时态数据具有时态数据ID和时间ID，所述时态数据ID中包含序号，所述序号表征时态数据在所述链接结构的放入顺序；第三查询单元，用于从所述指针指向的数据对象的所有时态数据中，筛选得到所述时间ID与所述时间条件匹配的待选时态数据；第四查询单元，用于根据所述待选时态数据的时态数据ID中的序号，从所述四叉树空间索引内查询节点中所有比特数组查找所述序号对应比特位置的数值，并判断所述数值是否为1；若存在某个比特数组中该序号对应比特位置的数值为1，则判定所述待选时态数据有效；若所有比特数组中该序号对应比特位置的数值为0，则判定所述待选时态数据无效；第五查询单元，用于若所述待选时态数据有效，则将所述待选时态数据作为所述待查询对象的查询结果。

优选的，所述的多时态空间数据的查询装置还包括第六查询单元，用于：根据所述空间条件从所述四叉树空间索引中查找在所述空间条件下的数据对象的指针和该数据对象的时态数据的比特数组之前，获取待查询对象的表征待查询对象所在的图层的图层条件；根据所述图层条件从预先构建的数据表中查找得到所述待查询对象对应的四叉树空间索引。

优选的，其特征在于，获取所述空间条件包括：获取用户输入的区域坐标信息，所述区域坐标信息包括4个顶点各自对应的位置坐标；根据各所述位置坐标构建得到矩形查询区域，并将所述矩形查询区域作为所述空间条件。

优选的，所述根据所述空间条件从所述四叉树空间索引中查找得到对应的数据对象的指针和数据对象的时态数据的比特数组，包括：从所述四叉树空间索引中查找得到与所述矩形查询区域发生交集的所有数据对象；读取各所述数据对象所在节点内存储的各所述数据对象的所述指针和各所述数据对象的时态数据的所述比特数组。

优选的，在所述链接结构中数据对象的各所述时态数据按照各所述时态数据的时间ID的数值增序排列存储；从所述指针指向的数据对象的所有时态数据中，筛选得到所述时间ID与所述时间条件匹配的待选时态数据具体包括：在预先存储的时间-时间ID对应关系中查找所述时间条件中的时间对应的待选时间ID；使用二分法从所述指针指向的数据对象的所有时态数据的时间ID中查找得到与所述待选时间ID相同的时间ID，将该相同的时间ID对应的时态数据作为所述待选时态数据。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序被执行为任一所述的方法。

【有益效果】

本申请提供的一种多时态空间数据的存储方法，将每一数据对象的所有时态数据分别存储于内存中连续的地址空间，从而使每一数据对象与其所有的时态数据在所述内存中形成链接结构，针对该数据对象各所述时态数据按照在该链接结构的放入顺序赋予各所述时态数据各自对应的序号，并将每个时态数据的序号与其初始时态数据ID组成该时态数据的时态数据ID，根据各所述数据对象占据的空间位置构建四叉树空间索引，并在所述四叉树空间索引的各个节点存储对应的数据对象的指针和该数据对象在每个节点中所对应的各时态数据的比特数组，每个时态数据的比特数组通过如下步骤得到：调取初始比特数组，所述初始比特数组各个比特位置的数值为0，将所述初始比特数组上对应该时态数据的时态数据ID中序号的比特位置的数值设置为1，得到该时态数据的所述比特数组，这样，能够准确高效地将数据对象的所有时态数据存入到内存中并形成链接结构，在四叉树空间索引中使用开销很小的比特数组即能够反映所属数据对象在链接结构中的位置，为后续进行准确高效查询提供了基础。

本申请提供的多时态空间数据的查询方法，在对具有多个不同时态的地理数据，即多时态数据进行查询时，查询系统首先根据图层条件直接查找得到待查询对象对应的四叉树空间索引；然后从四叉树空间索引中查找得到与空间条件对应的数据对象，四叉树空间索引中节点存储的数据对象的指针和数据对象在该节点中的时态数据的比特数组，其中比特数组表征时态数据放入缓存时的顺序，指针表征数据对象的物理存储地址。查询系统根据指针查找得到数据对象的所有时态数据，并从中筛选得到符合时间条件的待选时态数据。最后，根据待选时态数据的时态数据ID中的序号从比特数组中查询对应序号的比特位置的数值是否为1，若是则表示该节点存在该待选时态数据，即待选时态数据有效，查询系统将待选时态数据作为当前待查询对象的查询结果并返回待选时态数据。可见，本发明进行时态数据的空间查询时，不需要进行数据遍历和几何相交计算，有效提升了数据的空间查询效率，满足多时态数据查询、展示的实时性需求。

本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

以下将参照附图对本发明的优选实施方式进行描述。图中：

图1为根据本发明的一种优选实施方式的多时态空间数据的存储方法的流程示意图；

图2为现有技术中多时态空间数据抽象的存储结构；

图3为数据库的数据加载到内存中的示意图；

图4是本发明的一种优选实施方式数据对象的多个时态数据以链接结构存储于内存的示意图；

图5是本发明的一种优选实施方式的多时态空间数据的完整地图以及对应的空间区域划分的结构示意图；

图6是图5的四叉树空间索引的树形示意图；

图7是图5的四叉树空间索引其中一个图层的空间区域划分的结构示意图；

图8是本发明的一种优选实施方式的多时态空间数据的查询方法。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参照图2，是现有技术多时态空间数据抽象的存储结构，该抽象的存储结构以数据库的形式存储于计算机的非易失性存储器（例如）中，多时态空间数据的一个例子是多时态空间电网数据，其中，每个数据对象为电网中的一设备，该设备布置在了某一个地理位置，每个设备在不同时间具有不同的状态（例如正常，故障等），这些不同的状态即该数据对象的多个时态数据。至少有多个数据对象具有多个时态数据A1’、A2’、A’3和A4’，每个时态数据具有多个字段，例如：时态数据ID（包括第一个数字段和第二个数字段，第一个数字段（例如前3位）表示该时态数据所属数据对象所在的地区编号，第二个数字段（例如中间6位）表示该时态数据的序列号）、时间字段（如2010年1月1日）、空间字段（A市a县）等。运行时，如图3所示，数据库中具有多个时态数据的数据对象需要存储到内存时，每个时态数据均是以独立的对象无序地存储到内存中。

为了获取高效的查询性能，本发明将数据库表中每个数据对象的各时态数据以“链接结构”的形式存储在内存中，如图4所示，每个数据对象包括多个时态数据，每个时态数据具有时态数据ID和时间ID，其中，每个时态数据的时态数据ID包括多个数字段，第一个数字段（例如前3位）表示该时态数据所属数据对象所在的地区编号，第二个数字段（例如中间6位）表示该时态数据的序列号，第三个数字段表示该时态数据在该链接结构中放入（写入）内存的排序或序号。其中，第一个数字段和第二个数字段在时态数据写入内存之前已经存在，可以称为“初始时态数据ID”。图4中，数据对象A包括时态数据A1、A2、A3和A4（其时态数据ID分别为：时态数据ID1、时态数据ID2、时态数据ID3和时态数据ID4），在所有的时态数据A1、A2、A3和A4中，如果时态数据A1、A2、A3和A4是依次写入内存的，则时态数据ID1、时态数据ID2、时态数据ID3和时态数据ID4中的序号依次为：1、2、3和4。比如时态数据A1的ID（时态数据ID1）为“6505221893”，第一个数字段“650”代表地区编号，第二个数字段为“522189”代表该时态数据的序列号，第三个数字段“3”表示该时态数据在该链接结构中放入（写入）内存的序号。每一个时间ID代表了时态数据产生的时间，时间ID的大小代表了时间的先后顺序，例如2010年1月1日的时间ID为101，2010年1月2日的时间ID为102，系统维护了一个时间-时间ID的对应关系，每生成一个时态数据，记录新生成的时态数据的生成时间，系统可以根据该对应关系查询得到对应的时间ID作为所述新生成的时态数据的时间ID并进行存储；另外，当用户输入一时间进行查询时，系统则可以根据该时间-时间ID对应关系查询得到对应的时间ID，然后根据该时间ID去查询对应的时态数据。

图5是多时态空间数据的完整地图以及对应的空间区域划分的结构示意图，图6是与图5相对应的四叉树空间索引的树形示意图，图7是数据对象1所属的图层地图示意图。图5中最大矩形空间（表征整个地图空间）对应四叉树空间索引的根节点，在对最大矩形进行四等分后得到A、B、C、D四个次级矩形空间，A、B、C、D四个次级矩形空间即对应图6的四叉树空间索引的根节点下的A、B、C、D这四个子节点；以此类推，B矩形再次四等分得到的X、Y、Z、T四个矩形空间对应四叉树空间索引的B节点下的X、Y、Z、T四个子节点。以当前次需要查找的时态数据在空间区域划分的示意图中的A矩形空间为例，在A矩形空间内存在数据对象3和数据对象8（数据对象3和数据对象8表征不同的设备）；优选的，实际应用中不同的数据对象属于不同的图层，同一图层的地图空间所包含的时态数据均为同一数据对象的数据（比如在数据对象3的图层中，不会出现数据对象8的时态数据，只有数据对象3在地图空间的不同空间位置的时态数据）。四叉树空间索引中节点存储有数据对象的指针和比特数组；其中，指针指向该数据对象在内存中的物理地址，该物理地址类似于基准地址，根据该基准地址即可以查询得到该数据对象的所有时态数据；而节点所存储的比特数组则表征了该节点所在的矩阵空间所包含的时态数据存入内存时的顺序，用于判断对待查询对象进行查询时得到的时态数据的有效性。如图6所示，不同的数据对象对应设置有独立的比特数组，如子节点A有数据对象3和8，数据对象3和数据对象8各自对应的时态数据设置有独立的比特数组（即数据对象3的时态数据的比特数组为01000000；数据对象8的时态数据的比特数据为00000010）；子节点Y只有一个数据对象1，数据对象1具有两个时态数据，该比特数组分别为00100000和00010000。

在进行时态数据查询时，用户首先输入想要查询的数据对象（待查询对象）的图层条件（具体为图层ID），系统根据图层条件从图5的完整地图中分离出对应的图层地图。如图7所示，假设用户输入的是数据对象1所属的图层，则系统从图5中分离出数据对象1的图层地图，在数据对象1的图层地图中，只存在数据对象1在不同空间、时间的时态数据（1、1'即为不同的时态数据）。然后用户输入空间条件，通过空间条件（比如使用鼠标在图层地图上圈画出一个区域）圈定对应的查询空间，比如在图7中圈定了区域Y。对应地，如图6所示，系统根据区域Y在四叉树空间索引找到子节点Y，并从子节点Y中获取数据对象1的指针，根据指针跳转到图4的内存物理地址，进而可以获取到数据对象1的两个时态数据1和时态数据1'。

进一步的，用户输入的时间条件的格式为“某年某月某日”，系统首先根据时间-时间ID对应关系将时间条件中的时间转化为对应的时间ID。如图4所示，在链接结构中，系统已经根据该数据对象每个时态数据各自的时间ID做了一个从小到大的升序排列（即内存里链接结构中排在首位的时态数据的产生时间是最早的）；因此，系统基于时间条件对应的时间ID，可以采用二分法对数据对象链接的各个时态数据进行查找，可以快速查找到与时间条件对应一致的时态数据。系统根据二分法将数据对象1的两个时态数据进行均分，上半部分为时间ID1，下半部分为时间ID2；而时间条件对应的时间ID2落在下半部分，且下半部分只有一个时态数据1'，时态数据1'的时间ID与时间条件对应的时间ID均为2，两者一致，因此选中时态数据1'，并进一步对时态数据1'的有效性进行识别。具体地，假设系统从时态数据1'的时态数据ID中读取得到的序号为3，系统返回图6的四叉树空间索引的节点Y（对应区域Y）查询该节点存储的所有比特数组，由比特数组“00100000”中第3位比特位的数值为“1”获知其代表了在内存中写入序号为3的时态数据，与时态数据1'中读取得到的序号3相同，因此判定节点Y中存在时态数据1'，即节点Y中时态数据1'有效，将时态数据1'作为查询结果输出。如果时态数据1'的序号为5，由节点Y的比特数组“00100000”和“00010000”可知，节点Y并不存在序号为5的时态数据，因此系统判定节点Y中不存在时态数据1'，即节点Y中时态数据1'无效，对该待查询对象的该次数据查询无结果，表明数据对象1在地图上Y区域内，在该时间条件下不存在相应的时态数据。

参照图1，本实施例提供了一种多时态空间数据的存储方法，包括：

S100:读取数据库中每一数据对象的所有时态数据，每一数据对象的每个时态数据具有用于唯一标识每个不同时态数据的初始时态数据ID和用于唯一标识每个不同时态数据产生时间的时间ID。在存入内存之前，每一数据对象的每个时态数据具有初始时态数据ID和时间ID。例如，数据库中共有10000个的数据对象，其中数据对象A共有4个时态数据：时态数据A1、时态数据A2、时态数据A3和时态数据A4。如前所述，系统根据时态数据产生的时间，在时间-时间ID对应关系中查找与所述生成时间对应的ID作为所述新生成的时态数据的时间ID并进行存储；其中，生成时间越晚所述时间ID的数值越大。

S200: 将每一数据对象的所有时态数据分别存储于内存中连续的地址空间，从而使每一数据对象与其所有的时态数据在所述内存中形成链接结构；针对该数据对象各所述时态数据按照在该链接结构的放入顺序赋予各所述时态数据各自对应的序号，并将每个时态数据的序号与其初始时态数据ID组成该时态数据的时态数据ID。例如，针对一个数据对象A，将其所有时态数据：时态数据A1、时态数据A2、时态数据A3和时态数据A4存储于内存中连续的地址空间，在存储每个时态数据时，按照在这四个时态数据中该时态数据存入内存的顺序对每个时态数据赋予对应的序号，从而使每个初始时态数据ID与该序号组成一个时态数据ID，如图4所示。

S300:对于所述内存中每个数据对象的各所述时态数据，按照各所述时态数据对应时间ID的数值进行增序排列，根据增序排列的顺序在所述链接结构中重新对该数据对象的各所述时态数据进行存储排列。如果不对写入顺序进行控制，该对象数据的所有时态数据写入内存的顺序是无序的，例如，第一个写入内存的时态数据可能是时态数据ID1至时态数据ID4中的任意一个。因此，为了后续更快速地对该对象数据中的所有时态数据进行查询，根据增序排列的顺序在链接结构中重新对数据对象的各时态数据进行存储排列。如图4所示，由于时态数据A1、时态数据ID2、时态数据ID3和时态数据ID4的时间ID依次为101、102、103和104，因此，重新排序后的时态数据如图4所示，即存储在第一块物理地址至第四块物理地址的时态数据分别为：时态数据A1、时态数据ID2、时态数据ID3和时态数据ID4。

S400:根据各所述数据对象占据的空间位置构建四叉树空间索引，并在所述四叉树空间索引的各个节点存储对应的数据对象的指针和该数据对象在每个节点中所对应的各时态数据的比特数组。如图5所示，为所有数据对象占据的空间位置构建四叉树空间索引，将空间位置等分成四个相等的子空间，如此递归下去，直至树的层次达到一定深度或者满足某种要求后停止分割，在四叉树空间索引的每个节点存储位于该节点的数据对象的指针（用于指向该数据对象在内存的物理地址）、以及存在于给节点的该数据对象的时态数据对应的比特数组，即，在该节点中，比特数组的数量与数据对象在该节点所包含的时态数据的数量相同，每个时态数据的比特数组的时态数据ID中的序号构建得到，表征该时态数据在内存中的存入顺序，用于对待查询对象进行查询时识别时态数据的有效性。具体而言，每个时态数据的比特数组通过如下步骤得到：调取初始比特数组（比特位置为N个，例如8位比特位），所述初始比特数组的各个比特位的数值为0；获取该时态数据ID中的序号N，在所述初始比特数组上与该时态数据的时态数据ID中的序号N对应的比特位置的数值设置为1，得到该时态数据的比特数组。例如，如图6所示，数据对象1的时态数据1的ID中的序号为3，则将初始比特数组“00000000”中第三个比特位置的“0”改写为“1”，从而得到时态数据1对应的比特数组“00100000”。

在一些实施例中，为每一个数据对象分配一个对应的图层ID并进行存储，以方便用户进行观察和查询。具体而言，为每一个数据对象分配一个对应的图层ID，例如在空间位置中总共存在10000个数据对象，则为该空间位置分配10000个图层ID，每一个数据对象具有唯一的图层ID，如数据对象A被分配的图层ID为1001；每新生成数据对象的一个时态数据，为新生成的时态数据设置其所属数据对象的图层ID并进行存储，从而每个时态数据均具有对应的图层ID。用户在图5的空间位置进行查询时，输入数据对象1的图层ID后，如图7所示该空间位置将仅仅出现数据对象1，而不会出现其他数据对象，在有限的空间位置中不会出现过多的数据对象，方便用户观察、查询和操作。

参照图8，本实施例还提供了一种多时态空间数据的查询方法，包括：

S1：获取待查询对象的空间条件和时间条件，根据所述空间条件从四叉树空间索引中查找在所述空间条件下的数据对象的指针和该数据对象的时态数据的比特数组；

S2：根据所述指针在内存中查找得到所述指针指向的数据对象的所有时态数据，其中，所述数据对象的所有时态数据分别存储于内存中连续的地址空间，从而使所述数据对象与其所有的时态数据在所述内存中形成链接结构；每个时态数据具有时态数据ID和时间ID，所述时态数据ID中包含序号，所述序号表征时态数据在所述链接结构的放入顺序；

S3：从所述指针指向的数据对象的所有时态数据中，筛选得到所述时间ID与所述时间条件匹配的待选时态数据；

S4：根据所述待选时态数据的时态数据ID中的序号，从所述四叉树空间索引内查询节点中所有比特数组查找所述序号对应比特位置的数值，并判断所述数值是否为1；若存在某个比特数组中该序号对应比特位置的数值为1，则判定所述待选时态数据有效；若所有比特数组中该序号对应比特位置的数值为0，则判定所述待选时态数据无效；

S5：若所述待选时态数据有效，则将所述待选时态数据作为所述待查询对象的查询结果。

其中，根据所述空间条件从所述四叉树空间索引中查找在所述空间条件下的数据对象的指针和该数据对象的时态数据的比特数组之前，还包括如下步骤：

获取待查询对象的表征待查询对象所在的图层的图层条件；

根据所述图层条件从预先构建的数据表中查找得到所述待查询对象对应的四叉树空间索引。

具体而言，本实施例中，当用户想要从地理数据中查询某个待查询对象的某个时态数据时，需要输入相应的图层条件、空间条件和时间条件；查询系统内存储有预先构建的数据表，该数据表记录有各个不同对象各自对应的图层ID，单个图层ID对应单个图层，每个图层都有自己的四叉树空间索引。比如待查询的数据对象1有自身所对应的图层地图，如图7所示；图层地图对应的四叉树空间索引即包含了待查询数据对象1所有的时态数据1和1'，且每个时态数据本身也有图层ID，该图层ID用于识别时态数据本身所属的图层ID。

查询系统在接收到用户对待查询对象进行查询时所输入的图层条件、空间条件和时间条件时，首先根据图层条件（具体为待查询数据对象的图层ID）从预先构建的数据表中查找得到待查询数据对象的图层，进而得到该图层的四叉树空间索引，该四叉树空间索引即为待查询数据对象对应的四叉树空间索引。然后，查询系统根据空间条件所圈定的区域范围，从四叉树空间索引中查找得到与该区域范围产生交集（即全部或部分被包含于该区域范围内）的节点（对应了数据对象）。节点存储了数据对象在内存中的指针，以及该数据对象在该节点存在的所有时态数据对应的比特数组，其中比特数组表征时态数据放入缓存时的顺序，指针表征数据对象再内存中的物理存储地址。

查询系统根据数据对象的指针首先找到数据对象在内存的物理地址，数据对象通常包含若干个时态数据，时态数据表征数据对象在不同状态的设备工作参数等数据，比如历史状态，现在状态和将来状态，其中历史状态对应的数据为稳定不变，现在状态和将来状态的数据则根据实际需要可能会发生调整变化。每个时态数据均具有时态数据ID和时间ID，其中时间ID是表征时态数据所产生的时间；时态数据ID中包含了序号，序号则是表征时态数据从数据库放入内存时的排序。

若根据上述查询条件选中时态数据ID1，从该时态数据ID1中获取序号，然后针对查询节点中存在的所有比特数组，查找每个比特数组中与该序号对应比特位置的数值并判断该数值是否为1。如果某个比特数组中在该序号对应比特位置的数值为1，则说明该时态数据ID1存在于该查询节点中，因此判定时态数据ID1有效，将时态数据ID1对应的时态数据A1作为当前待查询对象的查询结果并返回查询系统的显示界面，以便用户查看。如果所有比特数组中该序号对应比特位置的数值都为0，则说明时态数据ID1不存在于该节点中，因此判定当前次查询的时态数据ID1无效，无数据返回到查询系统的显示界面。

本实施例中，四叉树空间索引存储有数据对象的指针，以及该数据对象在该节点下所有时态数据的比特数组，在进行对待查询对象进行查询时，首先根据空间条件获取该指针从而得到对应数据对象的物理地址，再根据时间条件获取该数据对象下对应的时态数据ID的序号，根据该序号再去查询节点上对所有的比特数组中与该序号对应的比特位置的数值进行判断，以判断该数值是否为“1”，从而判断查询的时态数据是否有效，因此在进行时态数据的空间查询时，不需要进行数据遍历和几何相交计算，有效提升数据的空间查询效率，满足多时态数据查询、展示的实时性需求，减少因系统层面产生的时间成本，有效提升涉及多时态空间数据查询的业务过程效率。

在一些实施例中，所述获取待查询对象的图层条件、空间条件和时间条件的步骤中，获取所述空间条件的步骤，包括：

获取用户输入的区域坐标信息，所述区域坐标信息包括4个顶点各自对应的位置坐标；

根据各所述位置坐标构建得到矩形查询区域，并将所述矩形查询区域作为所述空间条件。

本实施例中，空间条件为一个具体的区域范围，用户可以通过输入区域坐标信息在数据地图圈定具体的区域范围，区域范围即为空间查询的空间条件。具体地，查询系统获取用户输入的区域坐标信息，该区域坐标信息包括4个顶点各自对应的位置坐标。查询系统根据位置坐标确定各个顶点在数据地图中的位置，从而形成一个矩形查询区域，该矩形查询区域即为当前次空间查询的空间条件。

优选的，用户也可以直接在数据地图上直接使用鼠标圈定一个矩形，查询系统根据用户的鼠标操作指令确定圈定的矩形在数据地图上的对应区域范围，该矩形的对应区域范围形成矩形查询区域，即为当前次的空间条件。

本发明还提供了一种多时态空间数据的存储装置，包括：第一存储单元，用于读取数据库中每一数据对象的所有时态数据，每一数据对象的每个时态数据具有用于唯一标识每个不同时态数据的初始时态数据ID和用于唯一标识每个不同时态数据产生时间的时间ID；第二存储单元，用于将每一数据对象的所有时态数据分别存储于内存中连续的地址空间，从而使每一数据对象与其所有的时态数据在所述内存中形成链接结构；针对该数据对象各所述时态数据按照在该链接结构的放入顺序赋予各所述时态数据各自对应的序号，并将每个时态数据的序号与其初始时态数据ID组成该时态数据的时态数据ID；第三存储单元，用于根据各所述数据对象占据的空间位置构建四叉树空间索引，并在所述四叉树空间索引的各个节点存储对应的数据对象的指针和该数据对象在每个节点中所对应的各时态数据的比特数组；其中，每个时态数据的比特数组通过如下步骤得到：调取初始比特数组，所述初始比特数组各个比特位置的数值为0；将所述初始比特数组上与该时态数据的时态数据ID中的序号对应的比特位置的数值设置为1，得到该时态数据的所述比特数组。

本发明还提供了一种多时态空间数据的查询装置，包括：第一查询单元，用于获取待查询对象的空间条件和时间条件，根据所述空间条件从四叉树空间索引中查找在所述空间条件下的数据对象的指针和该数据对象的时态数据的比特数组；第二查询单元，用于根据所述指针在内存中查找得到所述指针指向的数据对象的所有时态数据，其中，所述数据对象的所有时态数据分别存储于内存中连续的地址空间，从而使所述数据对象与其所有的时态数据在所述内存中形成链接结构；每个时态数据具有时态数据ID和时间ID，所述时态数据ID中包含序号，所述序号表征时态数据在所述链接结构的放入顺序；第三查询单元，用于从所述指针指向的数据对象的所有时态数据中，筛选得到所述时间ID与所述时间条件匹配的待选时态数据；第四查询单元，用于根据所述待选时态数据的时态数据ID中的序号，从所述四叉树空间索引内查询节点中所有比特数组查找所述序号对应比特位置的数值，并判断所述数值是否为1；若存在某个比特数组中该序号对应比特位置的数值为1，则判定所述待选时态数据有效；若所有比特数组中该序号对应比特位置的数值为0，则判定所述待选时态数据无效；第五查询单元，用于若所述待选时态数据有效，则将所述待选时态数据作为所述待查询对象的查询结果。

此外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行为任一所述的方法。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。其中，附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生，例如，两个接连表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。本文中对于各步骤的编号仅为了方便说明和引用，并不用于限定前后顺序，具体的执行顺序是由技术本身确定的，本领域技术人员可以根据技术本身确定各种允许的、合理的顺序。

需要说明的是，本发明中采用步骤编号（字母或数字编号）来指代某些具体的方法步骤，仅仅是出于描述方便和简洁的目的，而绝不是用字母或数字来限制这些方法步骤的顺序。本领域的技术人员能够明了，相关方法步骤的顺序，应由技术本身决定，不应因步骤编号的存在而被不适当地限制，本领域技术人员可以根据技术本身确定各种允许的、合理的步骤顺序。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (19)

1.一种多时态空间数据的存储方法，其特征在于，包括：

读取数据库中每一数据对象的所有时态数据，每一数据对象的每个时态数据具有用于唯一标识每个不同时态数据的初始时态数据ID和用于唯一标识每个不同时态数据产生时间的时间ID；

将每一数据对象的所有时态数据分别存储于内存中连续的地址空间，从而使每一数据对象与其所有的时态数据在所述内存中形成链接结构；针对该数据对象各所述时态数据按照在该链接结构的放入顺序赋予各所述时态数据各自对应的序号，并将每个时态数据的序号与其初始时态数据ID组成该时态数据的时态数据ID；

根据各所述数据对象占据的空间位置构建四叉树空间索引，并在所述四叉树空间索引的各个节点存储对应的数据对象的指针和该数据对象在每个节点中所对应的各时态数据的比特数组；

其中，每个时态数据的比特数组通过如下步骤得到：

调取初始比特数组，所述初始比特数组各个比特位置的数值为0；

将所述初始比特数组上与该时态数据的时态数据ID中的序号对应的比特位置的数值设置为1，得到该时态数据的所述比特数组。

2.根据权利要求1所述的多时态空间数据的存储方法，其特征在于，

每新生成一个时态数据，记录新生成的时态数据的生成时间；

在预先存储的时间-时间ID对应关系中查找与所述生成时间对应的ID作为所述新生成的时态数据的时间ID并进行存储；其中，生成时间越晚所述时间ID的数值越大。

3.根据权利要求2所述的多时态空间数据的存储方法，其特征在于，

对于所述内存中每个数据对象的各所述时态数据，按照各所述时态数据对应时间ID的数值进行增序排列，根据增序排列的顺序在所述链接结构中重新对该数据对象的各所述时态数据进行存储排列。

4.根据权利要求1所述的多时态空间数据的存储方法，其特征在于，还包括：

为每一个数据对象分配一个对应的图层ID；

每新生成一个时态数据，为新生成的时态数据设置其所属数据对象的图层ID并进行存储。

5.一种多时态空间数据的查询方法，其特征在于，包括：

获取待查询对象的空间条件和时间条件，根据所述空间条件从四叉树空间索引中查找在所述空间条件下的数据对象的指针和该数据对象的时态数据的比特数组；

根据所述指针在内存中查找得到所述指针指向的数据对象的所有时态数据，其中，所述数据对象的所有时态数据分别存储于内存中连续的地址空间，从而使所述数据对象与其所有的时态数据在所述内存中形成链接结构；每个时态数据具有时态数据ID和时间ID，所述时态数据ID中包含序号，所述序号表征时态数据在所述链接结构的放入顺序；

从所述指针指向的数据对象的所有时态数据中，筛选得到所述时间ID与所述时间条件匹配的待选时态数据；

根据所述待选时态数据的时态数据ID中的序号，从所述四叉树空间索引内查询节点中所有比特数组查找所述序号对应比特位置的数值，并判断所述数值是否为1；若存在某个比特数组中该序号对应比特位置的数值为1，则判定所述待选时态数据有效；若所有比特数组中该序号对应比特位置的数值为0，则判定所述待选时态数据无效；

若所述待选时态数据有效，则将所述待选时态数据作为所述待查询对象的查询结果。

6.根据权利要求5所述的多时态空间数据的查询方法，其特征在于，

根据所述空间条件从所述四叉树空间索引中查找在所述空间条件下的数据对象的指针和该数据对象的时态数据的比特数组之前，还包括如下步骤：

获取待查询对象的表征待查询对象所在的图层的图层条件；

根据所述图层条件从预先构建的数据表中查找得到所述待查询对象对应的四叉树空间索引。

7.根据权利要求5或6所述的多时态空间数据的查询方法，其特征在于，获取所述空间条件的步骤包括：

获取用户输入的区域坐标信息，所述区域坐标信息包括4个顶点各自对应的位置坐标；

根据各所述位置坐标构建得到矩形查询区域，并将所述矩形查询区域作为所述空间条件。

8.根据权利要求7所述的多时态空间数据的查询方法，其特征在于，所述根据所述空间条件从所述四叉树空间索引中查找得到对应的数据对象的指针和数据对象的时态数据的比特数组的步骤，包括：

从所述四叉树空间索引中查找得到与所述矩形查询区域发生交集的所有数据对象；

读取各所述数据对象所在节点内存储的各所述数据对象的所述指针和各所述数据对象的时态数据的所述比特数组。

9.根据权利要求5或6所述的多时态空间数据的查询方法，其特征在于，

在所述链接结构中数据对象的各所述时态数据按照各所述时态数据的时间ID的数值增序排列存储；

从所述指针指向的数据对象的所有时态数据中，筛选得到所述时间ID与所述时间条件匹配的待选时态数据具体包括：

在预先存储的时间-时间ID对应关系中查找所述时间条件中的时间对应的待选时间ID；

使用二分法从所述指针指向的数据对象的所有时态数据的时间ID中查找得到与所述待选时间ID相同的时间ID，将该相同的时间ID对应的时态数据作为所述待选时态数据。

10.一种多时态空间数据的存储装置，其特征在于，包括：

第一存储单元，用于读取数据库中每一数据对象的所有时态数据，每一数据对象的每个时态数据具有用于唯一标识每个不同时态数据的初始时态数据ID和用于唯一标识每个不同时态数据产生时间的时间ID；

第二存储单元，用于将每一数据对象的所有时态数据分别存储于内存中连续的地址空间，从而使每一数据对象与其所有的时态数据在所述内存中形成链接结构；针对该数据对象各所述时态数据按照在该链接结构的放入顺序赋予各所述时态数据各自对应的序号，并将每个时态数据的序号与其初始时态数据ID组成该时态数据的时态数据ID；

第三存储单元，用于根据各所述数据对象占据的空间位置构建四叉树空间索引，并在所述四叉树空间索引的各个节点存储对应的数据对象的指针和该数据对象在每个节点中所对应的各时态数据的比特数组；

其中，每个时态数据的比特数组通过如下步骤得到：

调取初始比特数组，所述初始比特数组各个比特位置的数值为0；

将所述初始比特数组上与该时态数据的时态数据ID中的序号对应的比特位置的数值设置为1，得到该时态数据的所述比特数组。

11.根据权利要求10所述的多时态空间数据的存储装置，其特征在于，

每新生成一个时态数据，记录新生成的时态数据的生成时间；

在预先存储的时间-时间ID对应关系中查找与所述生成时间对应的ID作为所述新生成的时态数据的时间ID并进行存储；其中，生成时间越晚所述时间ID的数值越大。

12.根据权利要求11所述的多时态空间数据的存储装置，其特征在于，

对于所述内存中每个数据对象的各所述时态数据，按照各所述时态数据对应时间ID的数值进行增序排列，根据增序排列的顺序在所述链接结构中重新对该数据对象的各所述时态数据进行存储排列。

13.根据权利要求10所述的多时态空间数据的存储装置，其特征在于，还包括：

第四存储单元，用于为每一个数据对象分配一个对应的图层ID；

每新生成一个时态数据，为新生成的时态数据设置其所属数据对象的图层ID并进行存储。

14.一种多时态空间数据的查询装置，其特征在于，包括：

第一查询单元，用于获取待查询对象的空间条件和时间条件，根据所述空间条件从四叉树空间索引中查找在所述空间条件下的数据对象的指针和该数据对象的时态数据的比特数组；

第二查询单元，用于根据所述指针在内存中查找得到所述指针指向的数据对象的所有时态数据，其中，所述数据对象的所有时态数据分别存储于内存中连续的地址空间，从而使所述数据对象与其所有的时态数据在所述内存中形成链接结构；每个时态数据具有时态数据ID和时间ID，所述时态数据ID中包含序号，所述序号表征时态数据在所述链接结构的放入顺序；

第三查询单元，用于从所述指针指向的数据对象的所有时态数据中，筛选得到所述时间ID与所述时间条件匹配的待选时态数据；

第四查询单元，用于根据所述待选时态数据的时态数据ID中的序号，从所述四叉树空间索引内查询节点中所有比特数组查找所述序号对应比特位置的数值，并判断所述数值是否为1；若存在某个比特数组中该序号对应比特位置的数值为1，则判定所述待选时态数据有效；若所有比特数组中该序号对应比特位置的数值为0，则判定所述待选时态数据无效；

第五查询单元，用于若所述待选时态数据有效，则将所述待选时态数据作为所述待查询对象的查询结果。

15.根据权利要求14所述的多时态空间数据的查询装置，其特征在于，还包括第六查询单元，用于：

根据所述空间条件从所述四叉树空间索引中查找在所述空间条件下的数据对象的指针和该数据对象的时态数据的比特数组之前，获取待查询对象的表征待查询对象所在的图层的图层条件；

根据所述图层条件从预先构建的数据表中查找得到所述待查询对象对应的四叉树空间索引。

16.根据权利要求14或15所述的多时态空间数据的查询装置，其特征在于，获取所述空间条件包括：

获取用户输入的区域坐标信息，所述区域坐标信息包括4个顶点各自对应的位置坐标；

根据各所述位置坐标构建得到矩形查询区域，并将所述矩形查询区域作为所述空间条件。

17.根据权利要求16所述的多时态空间数据的查询装置，其特征在于，所述根据所述空间条件从所述四叉树空间索引中查找得到对应的数据对象的指针和数据对象的时态数据的比特数组，包括：

从所述四叉树空间索引中查找得到与所述矩形查询区域发生交集的所有数据对象；

读取各所述数据对象所在节点内存储的各所述数据对象的所述指针和各所述数据对象的时态数据的所述比特数组。

18.根据权利要求14或15所述的多时态空间数据的查询装置，其特征在于，

在所述链接结构中数据对象的各所述时态数据按照各所述时态数据的时间ID的数值增序排列存储；

从所述指针指向的数据对象的所有时态数据中，筛选得到所述时间ID与所述时间条件匹配的待选时态数据具体包括：

在预先存储的时间-时间ID对应关系中查找所述时间条件中的时间对应的待选时间ID；

使用二分法从所述指针指向的数据对象的所有时态数据的时间ID中查找得到与所述待选时间ID相同的时间ID，将该相同的时间ID对应的时态数据作为所述待选时态数据。

19.一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行为如权利要求1-9任一所述的方法。

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