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空间数据存在的普遍性,使得空间数据的跨国界共享早已成为未来GIS产业的发展的大趋势,同时也受到了世界范围内的普遍关注。自从1957年世界数据中心(WDC)成立以来,国际科联一直都在致力于数据采集、存储和使用的国际化标准的制定和推出。
由此,空间信息的现势性就逐渐成为当今数据库领域研究热门,如何减少数据库更新的时间,提高其更新的效率就成为了日趋海量级的空间数据库研究的热门。
空间数据因其包含对空间实体间拓扑关系及相关信息的描述。使得传统数据库已经无法满足其在存储、管理、展现、和查询上的要求。上世纪70年代为了能够快速有效地从卫星遥感图像得出经济专题图,于是开始了对空间数据库的研究。然后逐渐形成了这一新的数据库研究分支。空间数据库和传统数据库的一致之处在于都存在两种基本更新方式:海量转储和增量转储。对于空间数据库来说,只是数据格式角度换了种说法,即:版本式更新(对应于海量转储)和增量式更新(对应于增量转储)。总地说来,两者的核心宗旨是一样的:海量转储(版本式更新)就是转储时更新全部数据;增量转储(增量式更新)转储时更新改变过的那些数据。
显然实现技术难度上,较之于非空间增量信息,空间数据本身在数据组织与模型上的特点和其在研究发展中的进展决定了其增量信息在其在以下几个主要方面有别于传统增量数据。
(1)增量数据的组织方式。
数据的组织方式是直接关系空间数据存储和查询效率,也关系到在增量融合时的拓扑关系维护和地图图幅的无缝接边。
(2)增量信息的发现、提取与浏览。
增量信息的发现、提取是指通过现势性调查、对比的方式发现变化的部分。空间增量信息的发现方法按数据的格式来分主要有以下几种:一种是人工方式直接采集然后提取,该方式主要是针对坐标精度要求较高的大比例尺空间数据(如地籍数据)。另外一种就是基于图像识别与提取。该方式主要针对对精度要求相对较低的小比例尺的卫星遥感影像数据,在这个方向上,从1998年到2002年国内外一些专家和学者们陆续做了些比较成熟的研究。其中他们采用得比较多的技术是,对比两个不同时刻图幅数据的快照,然后提取其增量信息。
(3)增量数据的更新与存储操作。
空间数据的增量文件多以图层的形式存在于空间数据库中。对增量数据的更新就是对该图层的更新。如何在网络环境下有效地实时地完成对增量图层的更新和存储。其策略还有待改进。
(4)增量更新的算法。
以前的学者所做的增量更新的算法研究,大致有以下两个方向:一个方向是基于正负关联规则的,这个方向和计算机理论及网络的联系比较密切;还有一个方向就是基于空间拓扑规则的增景更新算法。这个方向涉及到一些测绘领域的知识。
(5)增量更新的监测机制。
如何将增景空间数据准确无误、实时地反映到用户的可视化界面上来,是保证数据共享平台有效性关键因素。
(6)增量信息在下一代因特网中传播方式。
数据包在因特网中传输时,难免会出现丢包或者分组不可达的现象。增景包在因特网中的传输质量问题在以往的文献中讨论得比较少,近些年才有些相关的文献出现。但是如何实现空间数据的增量文件在因特网传输过程中服务质量的控制。是现在的可查文献中讨论得比较少的方面。随着以IPv6协议和多协议标记交换(MPLS)为特征的下一代因特网时代的到来,使得空间增量包服务质量控制越来越成为可能。本文将在这个方面做专门探讨性研究。
本文“MapGIS K9空间数据增量更新技术研究”以国家863课题--“支持增景更新的分布式异构空间数据无缝集成技术研究与软件开发”软件成果为基础,基于MapGISK9空间要素类格式,对增量更新过程中网络传输机制及相应的文件格式作了理论性研究。力求改善海量空间数据在Internet网络环境(具体就是以IPv6和MPLS协议为主导的下一代互联网)下进行增量更新的效率和服务质量(QoS)。其中主要研究内容如下:
(1)增量信息文件的设计依据及方法
具体的空间实体对象的数据格式和拓扑关系决定了空间数据增量文件格式的设计方式,理所当然地成为其增量信息文件的设计依据。
(2)基于数据挖掘增量更新的算法
采用由内向外的论述方法,从一般到特殊的方法。从GIS数据库内部数据挖掘算法讲起,简单介绍了基于关联规则的增量更新算法。论述了一种适合海量型数据仓库的增量更新方法,该方法采用中间件的方式实现了对数据仓库的高效增量更新。最后,具体到地理空间数据增量更新的领域,对基于拓扑规则的增量更新做了深入讨论。
(3)空间信息增量更新的流程建模
这个方向的研究,侧重于测绘领域。该领域的多数研究成果多是测绘领域的相关专家和学者做出的。它涉及到增量数据的采集、提取、增量融合和增量更新的监测。这一部分也是基于前面的空间要素的模型来讨论的。最后给出了网络环境下增量更新的模式。
(4)增量包在下一代互联网中的传输服务
对如何提高服务质量(QoS)的包分类算法作了一个综述性地概述。然后根据这些技术背景的特点,并结合空间数据增量文件的特征,制定相应的网络服务质量(QoS)等级协议(SLA)。
(5)增量更新原型系统
讨论了即采即存更新模型和空间目标匹配的增量更新的算法,接着介绍了增量系统采用的版本管理和编辑控制的相关理念和具体流程。然后阐述了增量提取和浏览所包含的具体功能及其在实际应用中的一些特色。最后给出了空间增量数据的融合流程和步骤。
本文的创新之处主要在以下几个方面:
(1)基于空间数据挖掘增量更新的算法
以往和空间数据增量更新相关的文献,多侧重于测绘领域。和空间数据挖掘方向相关的讨论相对较少,而基于空间数据增量挖掘就更是凤毛麟角。
(2)增量包在下一代互联网中的传输服务
增量包在网络中的传输服务质量的控制。是提升网络环境下增最更新效率一个比较重要的方面。特别在当前下一代网络技术比较成熟的环境下,对增量文件,尤其是空间实体对象及拓扑关系构成的增景文件,如何对其按照空间实体在更新时的重要性进行分级传输是一个值得深入探讨的问题。