專利名稱：時空數(shù)據(jù)庫管理方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及時空數(shù)據(jù)庫管理方法及其使用該方法的時空數(shù)據(jù)庫管理系 統(tǒng)。更確切地說，本發(fā)明涉及地理實體對象的空間信息與時間信息有機結(jié)合 在一起來對地理實體對象進行管理和應(yīng)用的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
曰新月異的空間技術(shù)、信息技術(shù)，促進了全球社會的信息化。信息社會的發(fā)展， 一方面對地理信息的現(xiàn)勢性提出了強烈需求；另一方面有力地推動 著國家基礎(chǔ)地理信息的不斷更新，產(chǎn)生大量的地理歷史數(shù)據(jù)。各發(fā)達國家不 僅強調(diào)維護地理信息的現(xiàn)勢性，而且注重保存歷史數(shù)據(jù)。我國各級比例尺的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫不斷進行更新，滿足了國民經(jīng)濟 和社會發(fā)展對地理信息現(xiàn)勢性的需求。在更新過程中，產(chǎn)生了大量的歷史數(shù) 據(jù)，由于歷史數(shù)據(jù)的使用頻率比現(xiàn)勢數(shù)據(jù)小得多，很容易被人們忽略。但歷 史數(shù)據(jù)有著廣泛的應(yīng)用，它們是預測預報和決策分析的重要依據(jù)。在地籍信 息系統(tǒng)中歷史數(shù)據(jù)是土地估價、土地交易等的不可或缺的數(shù)據(jù)。在國家基礎(chǔ) 地理信息系統(tǒng)中，歷史數(shù)據(jù)是研究地理變遷的基礎(chǔ)。隨著信息時代的到來，數(shù)據(jù)隨時間的累積呈爆炸式增長。時間的加入大 大豐富了數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，同時也增加了數(shù)據(jù)庫管理的復雜程度。如何有效地 管理不同時間獲得的數(shù)據(jù)是時空數(shù)據(jù)庫需要解決的關(guān)鍵問題。需要一種通用 的時空數(shù)據(jù)系統(tǒng)(General Spatio-temporal Database System ),使其不僅能夠 支持多類型、海量的時空數(shù)據(jù)存儲、管理與分析，而且能夠滿足歷史狀態(tài)的 保存和恢復、變化的跟蹤和預測等要求，對于加強對海量數(shù)據(jù)處理的能力、 提高地學分析的深度、開拓地學決策分析的技術(shù)手段具有重要意義。如何解 決多版本數(shù)據(jù)間(歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)勢數(shù)據(jù))的有效整合，實現(xiàn)時空數(shù)據(jù)的一體 化存儲管理，向全社會提供更好更全面的地理信息服務(wù)是一個非常緊迫而重 要的任務(wù)，是解決海量基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)存儲復雜的重要途徑，是滿足基礎(chǔ)地理 數(shù)據(jù)高效管理的重要手段，是挖掘基礎(chǔ)地理信息應(yīng)用潛力的重要基礎(chǔ)。目前，時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、時空索引、動態(tài)可視化和時空數(shù)據(jù)管理等時空數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域方面還存在著一些不足，具體如下在時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)方面，時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)用于確定實體親緣關(guān)系、 實體變化類型，提取時空數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)勢數(shù)據(jù)之間的一體化管 理。目前，現(xiàn)有時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法的研究還不夠深入，還有待于進一步研究， 時空變化類型需要進一步進行劃分目前用于區(qū)分各種時空過程的時空變化類 型尚沒有形成共識，多種劃分方法已被提出，如Christophe Claramimt給出了 幾種時空過程建模的設(shè)計類型,為新變化類型的定義提供可擴展的體系結(jié)構(gòu)。 K. Hornsby和M. Egenhofer深入研究了時空變化的語義，提出了 9種時空變 化類型。但這些變化類型對于時空過程尚未形成一個完整和系統(tǒng)地描述。在時空索引方面，目前現(xiàn)有的時空索引可以分成3種類型。(1)4巴時間信 息加入索引結(jié)構(gòu)的結(jié)點，在每個結(jié)點中使時間間隔與空間范圍結(jié)合，如 TR-Tree、 Multi-VersionB-Trees(MVB-trees)。其索引存儲結(jié)構(gòu)通常為〈S, T, P>, S存儲的是實體的空間信息(MBR)， T存儲的是實體的時間信息。P是指 向子結(jié)點的指針。這種時空索引類型需要較多的存儲空間，在查詢現(xiàn)勢庫時 具有高效的查詢效率，但是在進行時間窗口查詢時，有可能遍歷整個樹結(jié)構(gòu)， 這將影響查詢效率。(2)用重疊索引結(jié)構(gòu)表達不同時刻的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)，如 Historical R-trees(HR-trees)。這種索引方式節(jié)省空間，但當存在大量的移動對 象時，索引將會退化到R-Tree。 (3)把時間作為實體的另 一維，利用2個R-Tree 索引， 一個索引實體的空間信息，另外一個索引實體的時間信息(如3D R-trees)。其優(yōu)點是能對多維數(shù)據(jù)進行處理，但對移動對象的處理會消耗大量 的空間，對時空數(shù)據(jù)進行索引時，需要訪問兩個R-Tree,這將影響查詢效率。 目前各種時空索引方式，均不能在時間點查詢、短時間區(qū)查詢以及長時間區(qū) 查詢等時空查詢方式上同時具有很好的查詢效率。在動態(tài)可視化方面，動態(tài)可視化應(yīng)用于動態(tài)地理信息表達可以對地理現(xiàn) 象進行過程推演、過程再現(xiàn)、實時跟蹤以及運動^^擬，^v而表現(xiàn)地理現(xiàn)象的 內(nèi)在本質(zhì)和發(fā)生規(guī)律。為了實現(xiàn)時空過程的動態(tài)可視化，主要有兩種方法被 提出(l)連續(xù)快照法，采用一系列狀態(tài)對應(yīng)的地圖來表現(xiàn)時空變化的狀態(tài)， 即在系列靜態(tài)地圖上，而是通過一系列的一定的時間片段的單幅地圖(或影 像圖)的描述來實現(xiàn)了在視覺上的動態(tài)效果。這種動態(tài)視覺建立在缺乏分析 與計算的基礎(chǔ)上，并且實現(xiàn)連續(xù)快照法需要較大的存儲空間，要完成多幅地圖或影像的連續(xù)快照，對存儲這些地理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫提出了很高的要求。(2) 動態(tài)符號法(動態(tài)地圖法)，動態(tài)符號法是在時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上， 首先，根據(jù)現(xiàn)實時間和系統(tǒng)表示時間的映射，綜合出合理的時間粒度，再根 據(jù)時空數(shù)據(jù)庫中存貯的多時態(tài)和多版本地理數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)結(jié)果，按照時間發(fā)展 的順序或逆序，采用動態(tài)地圖符號表達動態(tài)地理現(xiàn)象，形成動態(tài)地圖，并在 一定的介質(zhì)上(如電子屏幕)來表達時空變化的過程。動態(tài)符號的設(shè)計和應(yīng) 用涉及計算機圖形學、計算機動畫、圖形顯示技術(shù)等多種理論與技術(shù)。上述 兩種方法中，后一種方法可以較好地實現(xiàn)時空過程的表達，但是其還處于試 驗研究的水平上，需要對基于動態(tài)符號的時空可視化方法進一步開發(fā)，以能 夠進行時空回溯等時空分析功能。在時空數(shù)據(jù)管理方面，時空數(shù)據(jù)庫模型對于提高時空數(shù)據(jù)存儲和管理的 效率起著關(guān)鍵的作用。目前，為了實現(xiàn)時間信息和空間信息的一致性處理，各種數(shù)據(jù)模型被提出，但都存在各種各樣的問題。例如時間立方體模型在隨著數(shù)據(jù)量的增加時，對立方體的操作會變得越來越復雜，以至于最終變得無法處理；序列快照模型的存儲則存在大量的數(shù)據(jù)的冗余；基態(tài)修正模型可 以大大地節(jié)約計算機的存儲空間，但難于處理給定時刻的時空對象間的空間 關(guān)系。時空復合模型在地理實體歷史狀態(tài)檢索和全局狀態(tài)重構(gòu)的效率較低； 面向?qū)ο蟮哪Ｐ椭С謺r空復雜對象建模，但理論基礎(chǔ)和實現(xiàn)技術(shù)上還沒有達 成共識，實現(xiàn)較為困難?，F(xiàn)有的模型大多只側(cè)重于時間域和空間域的一個方 面，而且是邏輯層面(概念模型)上研究的較多，不適于進行時空數(shù)據(jù)庫設(shè) 計實現(xiàn)，難以實現(xiàn)多類型、海量的時空數(shù)據(jù)存儲、管理與分析。發(fā)明內(nèi)容因此，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，提供能夠整合地理信息系統(tǒng)中的歷 史數(shù)據(jù)和現(xiàn)勢數(shù)據(jù)，有效支持要素級的歷史回溯和時空查詢，實現(xiàn)地理信息 要素的動態(tài)管理的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集部 分，用于從外部系統(tǒng)采集或接收關(guān)于地理實體的空間信息和時間信息，并對 這些數(shù)據(jù)設(shè)置關(guān)于其產(chǎn)生和存在的事物時間信息；時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分，用于 將由數(shù)據(jù)采集部分所獲得的各數(shù)據(jù)以及事物時間信息進行關(guān)聯(lián)，并保存成相 應(yīng)的時空數(shù)據(jù)文件，以表達該地理實體之間的演變歷史并預測地理實體的變化；以及時空數(shù)據(jù)管理部分，用于按照地理實體的時間信息所記載的時態(tài)以 及地理實體的空間信息所記載的演變關(guān)系，將時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分所產(chǎn)生的時 空數(shù)據(jù)文件分別進行保存以構(gòu)成時空數(shù)據(jù)庫。根據(jù)本發(fā)明的 一個方面，該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)還包括時空數(shù)據(jù)管理更 新部分，用于在之前已經(jīng)構(gòu)造了關(guān)于該地理實體的時空數(shù)據(jù)庫的情況下，根 據(jù)時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分所產(chǎn)生的時空數(shù)據(jù)，以增量方式更新時空數(shù)據(jù)庫。根據(jù)本發(fā)明的 一 個方面，該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的空間信息包括地理實 體的空間信息、屬性信息、地理實體之間的親緣關(guān)聯(lián)類型信息，而該時空數(shù) 據(jù)庫管理系統(tǒng)的時間信息包括地理實體的時間信息和歷史數(shù)據(jù)信息。根據(jù)本發(fā)明的 一個方面，該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)包括時間字 段、空間字段和屬性字段，分別用于存儲該時空數(shù)據(jù)的時間信息、空間狀態(tài) 信息和屬性信息。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)的時間字段 所記錄的時間信息包括地理實體存在于現(xiàn)實世界中的時間信息以及事物時間 信息，該事物時間信息為時空數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)庫的時間信息。根據(jù)本發(fā)明的 一個方面，該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分根 據(jù)地理實體的特征部分的屬性及幾何形態(tài)之間的關(guān)系，確定時空數(shù)據(jù)的變化 類型作為關(guān)聯(lián)類型，并利用所確定的變換類型將時空數(shù)據(jù)有選擇地進行手動 或自動關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)類型包括下列關(guān)聯(lián)類型之一或它們的一部分或全部的組合沒有變化、 一般變化、新增、消失、拆分、合并、擴張、收縮，其中沒有變化表示地理實體的幾何形狀沒有發(fā)生變化； 一般變化表示地理實體的幾何形狀發(fā)生了不規(guī)則變化；新增表示 新時態(tài)中的地理實體是新增的；消失表示舊時態(tài)中的地理實體是消失的；拆 分表示舊時態(tài)中的 一個地理實體分解成為新時態(tài)中的兩個或兩個以上的地理 實體，舊時態(tài)中的 一個地理實體的長度或面積等于新時態(tài)中地理實體的長度態(tài)中的 一個地理實體，舊時態(tài)中地理實體的長度或面積之和等于新時態(tài)中一 個地理實體的長度或面積；擴張表示舊時態(tài)中的一個地理實體面積擴大，且 舊時態(tài)的地理實體包含于新時態(tài)中的地理實體；以及收縮表示舊時態(tài)中的一 個地理實體面積縮小，且舊時態(tài)的地理實體包含新時態(tài)中的地理實體。根據(jù)本發(fā)明的 一個方面，該地理實體的特征部分包括地理實體中具有重 要信息的點、線或面。根據(jù)本發(fā)明的 一個方面，該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分將所獲 的數(shù)據(jù)進行數(shù)字化，以形成關(guān)于地理實體的數(shù)字數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)文件包括版本 幾何數(shù)據(jù)文件、版本屬性數(shù)據(jù)文件、投影文件、歷史幾何數(shù)據(jù)文件、歷史屬 性數(shù)據(jù)文件、幾何關(guān)聯(lián)文件、屬性關(guān)聯(lián)文件、時空索引文件、事件管理文件 和元數(shù)據(jù)文件中的 一部分或全部，其中版本幾何數(shù)據(jù)文件包含版本數(shù)據(jù)的空間信息和時間信息；版本屬性數(shù)據(jù)文件包含版本數(shù)據(jù)的屬性信息；投影文件 包含投影方式、大地基準、坐標單位；歷史幾何數(shù)據(jù)文件包含發(fā)生了變化的 實體的幾何信息、時間信息；歷史屬性數(shù)據(jù)文件包含發(fā)生了變化的實體的屬 性信息；幾何關(guān)聯(lián)文件包含實體變化的親緣關(guān)系；屬性關(guān)聯(lián)文件包含實體屬 性變化信息等信息；時空索引文件包含時空索引結(jié)構(gòu)信息；以及元數(shù)據(jù)文件 主要包含時空數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)信息。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)管理部分按 照地理實體的時間信息所記載的時態(tài)，分別將時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分所產(chǎn)生的時 空數(shù)據(jù)文件保存到現(xiàn)勢庫、過程庫、歷史庫和版本庫中，其中現(xiàn)勢庫存儲時 態(tài)為現(xiàn)在的現(xiàn)勢數(shù)據(jù)，過程庫存儲地理實體的演變關(guān)系數(shù)據(jù)，歷史庫存儲相 對于現(xiàn)勢數(shù)據(jù)的差量數(shù)據(jù)或發(fā)生了變化的數(shù)據(jù)，版本庫存儲對應(yīng)于某個時間 點或時間段的版本幾何數(shù)據(jù)文件和版本屬性數(shù)據(jù)文件。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的過程庫只存儲每次更 新時地理實體發(fā)生變化的關(guān)聯(lián)類型。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，該現(xiàn)勢、庫中的現(xiàn) 勢數(shù)據(jù)和歷史庫中的歷史數(shù)據(jù)通過過程庫中的關(guān)聯(lián)類型相互鏈接。根據(jù)本發(fā)明的 一 個方面，該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)管理部分按 照版本-差量時空數(shù)據(jù)模式構(gòu)造該時空數(shù)據(jù)庫的索引結(jié)構(gòu)，該索引結(jié)構(gòu)包括兩 組R樹， 一組R樹用于索引現(xiàn)勢數(shù)據(jù)，另一組R樹用于索引歷史數(shù)據(jù)，其中， 在R樹的葉結(jié)點，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為{地理實體對象的標識符，地理實體對象的最 小外接矩形，地理實體對象的出生時間，地理實體對象的消失時間},而在子 結(jié)點的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為{包含其所有子結(jié)點的最小外接矩形，指向下 一級子結(jié)點的 指針，地理實體對象的出生時間，地理實體對象的消失時間}。根據(jù)本發(fā)明的 一個方面，該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)管理更新部 分在每次進行數(shù)據(jù)更新時，重新建立現(xiàn)勢數(shù)據(jù)的索引結(jié)構(gòu)，并新增一個歷史 數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，為索引樹結(jié)構(gòu)中 每個結(jié)點所擁有的子結(jié)點數(shù)目設(shè)立下限和上限。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)表示為矢量數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的 一個方面，該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)還包括輸入/輸出部分， 用于接收用戶指令，并動態(tài)地顯示數(shù)據(jù)采集部分、所述時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分和 時空數(shù)據(jù)管理部分的操作過程。根據(jù)本發(fā)明的 一 個方面，該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分還 用于確定地理實體或地理實體的關(guān)聯(lián)類型是否符合實際情況，并且當該實體 的關(guān)聯(lián)類型不符合實際情況時，重新選擇要修改關(guān)聯(lián)類型的地理實體，根據(jù) 需要修改的地理實體的關(guān)聯(lián)類型檢查地理實體的關(guān)聯(lián)類型的一致性，更改這 些實體的關(guān)聯(lián)類型。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供時空數(shù)據(jù)庫管理方法，該方法包括步驟 從外部系統(tǒng)采集或接收關(guān)于地理實體的空間信息和時間信息，并對這些數(shù)據(jù) 設(shè)置關(guān)于其產(chǎn)生和存在的事物時間信息；將由所獲得的各數(shù)據(jù)以及事物時間 信息進行關(guān)聯(lián)，并保存成相應(yīng)的時空數(shù)據(jù)文件，以表達該地理實體之間的演 變歷史并預測地理實體的變化；以及在第一次構(gòu)造關(guān)于該地理實體的時空數(shù) 據(jù)庫的情況下，按照地理實體的時間信息所記載的時態(tài)以及地理實體的空間 信息所記載的演變關(guān)系，將所產(chǎn)生的時空數(shù)據(jù)文件分別進行保存以構(gòu)成時空 數(shù)據(jù)庫。根據(jù)本發(fā)明的再另一方面，提供計算機產(chǎn)品，其上實施有實現(xiàn)基于時空 數(shù)據(jù)庫管理方法的程序，所述時空數(shù)據(jù)庫管理方法包括步驟從外部系統(tǒng)采 集或接收關(guān)于地理實體的空間信息和時間信息，并對這些數(shù)據(jù)設(shè)置關(guān)于其產(chǎn) 生和存在的事物時間信息；將由所獲得的各數(shù)據(jù)以及事物時間信息進行關(guān)聯(lián)， 并保存成相應(yīng)的時空數(shù)據(jù)文件，以表達該地理實體之間的演變歷史并預測地 理實體的變化；以及在第一次構(gòu)造關(guān)于該地理實體的時空數(shù)據(jù)庫的情況下， 按照地理實體的時間信息所記載的時態(tài)以及地理實體的空間信息所記載的演 變關(guān)系，將所產(chǎn)生的時空數(shù)據(jù)文件分別進行保存以構(gòu)成時空數(shù)據(jù)庫。通過本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理方法及其時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，將地理實 體的多時相矢量空間數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)，減少了空間數(shù)據(jù)的存儲，在研究時空變 化過程基礎(chǔ)上，確定地理實體的變化類型及關(guān)聯(lián)類型，以及地理實體的關(guān)聯(lián) 類型，能夠?qū)v史數(shù)據(jù)和現(xiàn)勢數(shù)據(jù)的有效整合起來，并在地理實體變化類型 的基礎(chǔ)上，根據(jù)動態(tài)地圖符號的變化機制，通過定義及設(shè)計動態(tài)符號，將動 態(tài)符號與地理實體變化類型相關(guān)聯(lián)，能夠很好地表達地理現(xiàn)象的變化，直觀 生動地表現(xiàn)地理現(xiàn)象的變化規(guī)律及過程，表現(xiàn)地理現(xiàn)象的內(nèi)在本質(zhì)和發(fā)生規(guī) 律的目的。


下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，在附圖中圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理方法的流程圖；圖3是詳細描述圖2所示的時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分的操作流程的流程圖；圖4是圖解本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的用戶界面的視圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)運行時的用戶界面的視圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)中的人工修正實體關(guān)聯(lián)類型的示意圖；圖7示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)中的屬性的對應(yīng)關(guān)系設(shè)置過程的示意圖； 圖8示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)中的屬性關(guān)聯(lián)結(jié)果的示意圖；圖9示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)更新子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)編輯示意圖；圖10示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)動態(tài)可視化系 統(tǒng)中的總體功能示意圖；圖11和圖12分別示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)動 態(tài)符號定義系統(tǒng)中的動態(tài)符號定義示意圖；圖13和圖14分別示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)動態(tài)可視化系統(tǒng)中的動態(tài)符號與實體關(guān)聯(lián)類型相關(guān)聯(lián)的示意圖；圖15示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的動態(tài)可視化系統(tǒng)中的時 空回溯設(shè)置示意圖；圖16示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空查詢系統(tǒng)中整體功 能示意圖；圖17示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空查詢系統(tǒng)中查詢變 化統(tǒng)計方式的示意圖；以及圖18示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空查詢系統(tǒng)中按變化 類型查詢的示意圖。
具體實施方式
下面，參照附圖更全面地描述本發(fā)明、示出實現(xiàn)本發(fā)明的各方面的優(yōu)選 實施方式。為了更好地突出本發(fā)明的實質(zhì)性特點，在以下的描述中將省略對 公知常識的描述。首先介紹在申請中涉及的一些技術(shù)術(shù)語。1) 時空數(shù)據(jù)根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)是同時描述地理要素的空間特征和時間特征的數(shù) 據(jù)，因此，時空數(shù)據(jù)用于描述地理要素隨著空間和時間的演化的動態(tài)變化過 程。為了記錄根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)，根據(jù)本發(fā)明的每個時空數(shù)據(jù)包含時間 字段、空間字段和屬性字段，分別用于存儲該時空數(shù)據(jù)的時間信息、空間狀 態(tài)信息和屬性信息。此外，根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)的時間字段所記錄的時間 信息采用線性雙時態(tài)模式，即，同時記錄數(shù)據(jù)的有效時間(地理實體存在于 現(xiàn)實世界中的時間，包括起止時間)和事務(wù)時間(時空數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)庫中 的時間，包括起止時間)。2) 新(舊)時態(tài)數(shù)據(jù)根據(jù)本發(fā)明的時態(tài)數(shù)據(jù)是根據(jù)時空數(shù)據(jù)中地理實體之間時間信息的早晚 而言的，將時間較早的時空數(shù)據(jù)稱之為舊時態(tài)數(shù)據(jù)，將時間較晚的時空數(shù)據(jù) 稱之為新時態(tài)數(shù)據(jù)。3) 時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)根據(jù)本發(fā)明的基于特征點(指矢量地物中具有重要信息的點，比如高速 公路的起始點，結(jié)束點，以及高速公路的轉(zhuǎn)角)和離散化(將連續(xù)變化的量分區(qū)間考慮，在時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)中將矢量地物的矢量坐標進行分區(qū)，以及將矢 量地物的屬性進行分區(qū)計算)相結(jié)合的時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)，根據(jù)地理實體(包 括點、線、面)的屬性及幾何狀態(tài)之間的關(guān)系，定義了八種基本的時空數(shù)據(jù) 變化類型沒有變化、 一般變化、新增、消失、拆分、合并、擴張、收縮。變化類型的關(guān)聯(lián)規(guī)則如下沒有變化表示地理實體的幾何形狀沒有發(fā)生 變化； 一般變化表示地理實體的幾何形狀發(fā)生了不規(guī)則變化；新增表示新時 態(tài)中的地理實體是新增的；消失表示舊時態(tài)中的地理實體是消失的；拆分表體，舊時態(tài)中的 一個地理實體的長度或面積等于新時態(tài)中地理實體的長度或中的 一個地理實體，舊時態(tài)中地理實體的長度或面積之和等于新時態(tài)中 一個 地理實體的長度或面積；擴張表示舊時態(tài)中的一個地理實體面積擴大，且舊 時態(tài)的地理實體包含于新時態(tài)中的地理實體；以及收縮表示舊時態(tài)中的一個 地理實體面積縮小，且舊時態(tài)的地理實體包含新時態(tài)中的地理實體。用戶還可以自定義關(guān)聯(lián)規(guī)則，用戶結(jié)合實體屬性變化約束，確定實體變 化類型,例如用戶可以自定義某幾類實體之間是不可能相互發(fā)生變化的。根據(jù) 關(guān)聯(lián)規(guī)則將兩個時態(tài)的版本數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)。相同的地理實體在不同時態(tài)，由 于數(shù)字化及變化等原因，其坐標點的個數(shù)和狀態(tài)都可能不一致，因此首先設(shè) 置判斷變化的閾值，對點狀地理實體，根據(jù)兩個點之間的距離是否超過閾值 來判斷點是否發(fā)生變化；對線狀地理實體，設(shè)計基于特征點和離散化相結(jié)合 的方法，采用道格拉斯-普克算法提取不同版本中的線狀地理實體特征點，根 據(jù)特征點的變化情況以及離散化匹配的變化情況，來判斷線狀地理實體是否 發(fā)生變化；對面狀地理實體，將面進行疊置分析，根據(jù)面重合的比率判斷是 否發(fā)生變化。最后確定地理實體變化的親緣關(guān)系，提取各類變化類型的數(shù)據(jù)， 從而形成統(tǒng) 一 的時空數(shù)據(jù)。現(xiàn)在根據(jù)附圖的圖示來描述根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。根據(jù)本 發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明提供建造時空數(shù)據(jù)庫的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。 圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖。根據(jù)圖1的圖示，該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集部分110、時空 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分120、時空數(shù)據(jù)管理部分130和時空數(shù)據(jù)管理更新部分140。該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分110從外部系統(tǒng)采集或接收關(guān)于地理實體的、包括其空間屬性信息和時間屬性信息在內(nèi)的信息數(shù)據(jù)，所采集 或/和接收到的這些信息數(shù)據(jù)可以是舊時態(tài)數(shù)據(jù)，也可以是新時態(tài)數(shù)據(jù)。具體地說，數(shù)據(jù)采集部分110可以通過野外調(diào)繪、航空攝影測量、遙感 影像等采集方法得到包括地理實體的空間信息和時間屬性信息等在內(nèi)的地理信息數(shù)據(jù)。通過將采集到的地理信息數(shù)據(jù)進行數(shù)字化，生成e00(e00是美國 ESRI公司所定義的一種保存地理空間信息的過渡文件格式)、shp (shp文件 格式是美國ESRI公司所定義的空間信息文件格式， 一個ESRI的shape文件 包括一個主文件， 一個索引文件，和一個屬性文件dBASE表。主文件是存儲 地理實體空間信息，索引文件，記錄包含對應(yīng)主文件記錄離主文件頭開始的 偏移，dBASE表包含地理實體的屬性特征。Shp文件存儲非拓樸關(guān)系的幾何 實體，它能夠快速繪圖和編輯)等矢量格式數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)設(shè)置其產(chǎn)生 時間、消失時間等時間信息，以便進行轉(zhuǎn)換生成時空數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集部分110也可以從國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)獲得地理信息數(shù)據(jù)。 國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)以形成數(shù)字地理空間信息服務(wù)為目標，通過對各種不 同技術(shù)手段獲取的基礎(chǔ)地理信息進行采集、編輯處理、存貯，建成多種類型 的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫，并建立數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)體系，為國家和省(市、自治 區(qū))各部門提供基礎(chǔ)地理信息服務(wù)。它是一個面向全社會各類用戶、應(yīng)用面 最廣的公益型地理信息系統(tǒng)。是一個實用化的、長期穩(wěn)定運行的信息系統(tǒng)實 體。是我國國家空間信息基礎(chǔ)設(shè)施(NSDI)的重要組成部分，是國家經(jīng)濟信 息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系中的 一個基礎(chǔ)子系統(tǒng)。國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫存儲和管理全國范圍多種比例尺(1:5萬、1:25 萬、1:100萬)、地貌、水系、居民地、交通、地名等基礎(chǔ)地理信息，包括柵 格地圖數(shù)據(jù)庫、矢量地形要素數(shù)據(jù)庫、數(shù)字高程模式數(shù)據(jù)庫、地名數(shù)據(jù)庫和 正射影像數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)庫。因此，國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫為本發(fā)明提供了 豐富的數(shù)據(jù)資源。需要說明的是，由于空間信息的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)可以由用戶確定，因此，數(shù) 據(jù)采集部分110接收到的數(shù)據(jù)可以不只是所羅列的這些，可以由用戶來具體 定義。再參考附圖1,數(shù)據(jù)采集部分110在采集和/或接收到上述地理信息數(shù)據(jù) 后，將該信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分120。然后，在時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部 分120中，將所接收到的數(shù)據(jù)組合到一起構(gòu)成時空數(shù)據(jù)。也就是說，將上迷所形成的時空數(shù)據(jù)保存為本發(fā)明的STD時空數(shù)據(jù)文件格式(Spatial Temporal Data File Format)。 STD時空數(shù)據(jù)文件格式是由一組文件組成，其具體包括版 本幾何數(shù)據(jù)文件，版本屬性數(shù)據(jù)文件，投影文件，歷史幾何數(shù)據(jù)文件，歷史 屬性數(shù)據(jù)文件，幾何關(guān)聯(lián)文件，屬性關(guān)聯(lián)文件，時空索引文件，事件管理文件， 元數(shù)據(jù)文件。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，版本幾何數(shù)據(jù)文件主要包含版本 數(shù)據(jù)的空間信,t、和時間信息等信息，每 一 條版本幾何數(shù)據(jù)可以存儲為 (ObjectID、幾何信息、起始時間、終止時間}格式。這里，ObjectID表示該版 本幾何數(shù)據(jù)所針對的地理實體的標識符，標識符可用數(shù)字代碼表示，比如將 京九鐵路用代碼l表示；幾何信息表示相應(yīng)地理實體的幾何屬性；而起始時 間和終止時間分別表示相應(yīng)地理實體存在于現(xiàn)實世界中的時間的起、止時間。 版本屬性數(shù)據(jù)文件主要包含版本數(shù)據(jù)的屬性信息等信息，其存儲為{ObjectID, 屬性A,屬性B， ...}格式。這里，版本屬性數(shù)據(jù)中的屬性，例如，高速公路 的路寬，車道數(shù)，鋪設(shè)材料，承重等屬性。投影文件主要包含投影方式、大 地基準、坐標單位、等信息，存儲格式為{Projection, Datum, units,..}(例如， MERCATOR投影方式，WGS84水準面，單位是METERS )。歷史幾何數(shù)據(jù) 文件主要包含發(fā)生了變化的實體的幾何信息、時間信息等信息，存儲結(jié)構(gòu)為 (ObjectID,歷史實體的幾何信息，Start-Time,End-Time}(例如，1980年1月1 日開墾一耕地，在2006年1月1日退耕還林，用數(shù)字代碼1表示耕地，耕地 的存儲結(jié)構(gòu)為U,坐標，1980丄1,2006丄1})。歷史屬性數(shù)據(jù)文件主要包含發(fā) 生了變化的實體的屬性信息等信息，存儲結(jié)構(gòu)為{ObjectID,屬性A,屬性 B, ...}。幾何關(guān)聯(lián)文件主要包含實體變化的親緣關(guān)系(例如， 一個實體l變 化為另一實體2，其變化類型為一般變化，用1表示一般變化，其變化的親 緣關(guān)系的記錄為{1, 2， 1}。屬性關(guān)聯(lián)文件主要包含實體屬性變化信息等信息 (例如，國道變?yōu)楦咚俟罚渲袑傩灾g的變化表現(xiàn)為鋪設(shè)材料等屬性變 '化，它在屬性關(guān)聯(lián)文件中的變化記錄為，{國道的實體碼，高速公路的實體碼， 鋪設(shè)材料\鋪設(shè)材料、國標碼\國標碼})。時空索引文件主要包含時空索引結(jié) 構(gòu)信息，其存儲結(jié)構(gòu)為{ObjectID, MBR, Start-Time, End-Time} (ObjectID 是實體的標識碼，MBR是實體的外接矩形，Start-Time是實體的產(chǎn)生時間， End-Time是實體的結(jié)束時間,例如，實體1的索引記錄為{實體1的ID,實 體l的最小x坐標，最小y坐標，最大x坐標，最大y坐標，實體l的產(chǎn)生 時間，實體i的結(jié)束時間}。元數(shù)據(jù)文件主要包含時空數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)信息(數(shù)據(jù)采集時間，數(shù)據(jù)更新時間，數(shù)據(jù)更新人，數(shù)據(jù)更新單位，數(shù)據(jù)來源等元數(shù)據(jù) 信息)。因此，根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)同時包含地理實體的空間信息、屬性 信息、時間信息、歷史數(shù)據(jù)信息以及實體之間的親緣關(guān)聯(lián)類型等信息，能夠 表達地理實體之間的演變情況，跟蹤地理實體的變化、對地理實體進行預測。對于一個地理實體來說，它的時空數(shù)據(jù)包括描述地理實體的版本幾何數(shù) 據(jù)、版本屬性數(shù)據(jù)、投影信息、歷史幾何數(shù)據(jù)、歷史屬性數(shù)據(jù)、幾何關(guān)聯(lián)信 息、屬性關(guān)聯(lián)信息、時空索引信息、事件管理信息、元數(shù)據(jù)等。接下來，如果在之前沒有構(gòu)造過關(guān)于該地理實體的時空數(shù)據(jù)庫，則由時空數(shù)據(jù)管理部分130基于"版本-差量，，通用時空數(shù)據(jù)模式，將時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部 分120產(chǎn)生的時空數(shù)據(jù)按照"四庫一體"存儲模式存入時空數(shù)據(jù)庫中的四個邏 輯庫，即現(xiàn)勢庫(現(xiàn)在時態(tài))、過程庫、歷史庫(過去時態(tài))和版本庫。現(xiàn) 勢庫存儲時態(tài)為現(xiàn)在的現(xiàn)勢數(shù)據(jù)。過程庫存儲實體演變的關(guān)系即實體之間的 親緣關(guān)系。時空數(shù)據(jù)的變化往往需要經(jīng)歷一個過程，在這個過程中，須確定 實體之間的關(guān)聯(lián)類型，將過程演變存入過程庫中，只存儲每次更新時變化的 要素標識碼ID以及變化類型信息(關(guān)聯(lián)類型)，不存儲任何要素的幾何信息。 歷史庫存儲歷史數(shù)據(jù)，即相對于現(xiàn)勢數(shù)據(jù)的差量數(shù)據(jù)或發(fā)生了變化的數(shù)據(jù)。 歷史庫中存儲了發(fā)生變化的數(shù)據(jù)，沒有重復存儲未發(fā)生變化的數(shù)據(jù)，因此節(jié) 約了存儲空間。版本庫存儲的是在時間軸上某一時刻的快照，用戶可以產(chǎn)生 任何一個時間點的版本數(shù)據(jù)，并將版本數(shù)據(jù)存入版本庫中。現(xiàn)勢庫中的現(xiàn)勢 數(shù)據(jù)和歷史庫中的歷史數(shù)據(jù)通過過程庫中的關(guān)聯(lián)類型相互鏈接，便于地理要 素的歷史追蹤和過程再現(xiàn)?，F(xiàn)勢庫對應(yīng)的時空數(shù)據(jù)文件主要是版本幾何數(shù)據(jù)文件，版本屬性數(shù)據(jù)文 件等。過程庫對應(yīng)的時空數(shù)據(jù)文件主要是幾何關(guān)聯(lián)文件，屬性關(guān)聯(lián)文件，事 件管理文件等。歷史庫對應(yīng)的時空數(shù)據(jù)文件主要是歷史幾何數(shù)據(jù)文件，歷史 屬性數(shù)據(jù)文件等。版本庫對應(yīng)的是有某個時間點或時間段的版本數(shù)據(jù)，對應(yīng) 的是版本幾何數(shù)據(jù)文件，版本屬性數(shù)據(jù)文件。如果在之前已經(jīng)構(gòu)造了關(guān)于該地理實體的時空數(shù)據(jù)庫，則由時空數(shù)據(jù)管 理更新部分140根據(jù)上述時空數(shù)據(jù)文件分析基礎(chǔ)地理信息的動態(tài)變化特征， 將上述時空數(shù)據(jù)文件基于"版本-差量"時空數(shù)據(jù)模式存入時空數(shù)據(jù)庫中。這 里，"版本-差量"時空數(shù)據(jù)模式以現(xiàn)勢數(shù)據(jù)作為基態(tài)版本數(shù)據(jù)，各時相的歷史 數(shù)據(jù)采取相對于基態(tài)的變化量的差量存儲方式，有效降低數(shù)據(jù)冗余。每個對象只需儲存一次，每變化一次，只有相對較少的數(shù)據(jù)量需記錄，是為差量； 同時，只有在對象發(fā)生變化時才存入系統(tǒng)中，時態(tài)分辨率刻度值與事件發(fā)生 的時刻完全對應(yīng)，通過時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)建立對象變更的親緣繼承關(guān)系，不僅能 夠支持多類型、海量的時空數(shù)據(jù)存儲、管理與分析，而且能夠滿足歷史數(shù)據(jù) 的保存和恢復、變化的跟蹤和預測等要求。該模式提供了時空數(shù)據(jù)和時空變 化的統(tǒng)一表示和操作，可以完備地表示各種時空變化和進行快速的時空查詢 和時空分析。根據(jù)該模式，在時空數(shù)據(jù)存儲管理上，設(shè)計了"四庫一體"存儲 方案，即現(xiàn)勢庫(現(xiàn)在時態(tài))、過程庫(進行時態(tài))、歷史庫(過去時態(tài))和版 本庫，建立了時空一體化存儲管理模式，現(xiàn)勢庫存儲現(xiàn)勢數(shù)據(jù)。過程庫存儲 實體演變的關(guān)系即實體之間的親緣關(guān)系，時空數(shù)據(jù)的變化往往需要經(jīng)歷一個 過程，在這個過程中，須確定實體之間的關(guān)聯(lián)類型，將過程演變存入過程庫 中，只存儲每次更新時變化的要素標識碼ID以及變化類型信息，不存儲任何 要素的幾何信息。歷史庫存儲歷史數(shù)據(jù)，即相對于現(xiàn)勢數(shù)據(jù)的差量數(shù)據(jù)或發(fā) 生了變化的數(shù)據(jù)，歷史庫中存儲了發(fā)生變化的數(shù)據(jù)，沒有重復存儲未發(fā)生變 化的數(shù)據(jù)，因此節(jié)約了存儲空間。版本庫存儲的是在時間軸上某一時刻的快 照，用戶可以產(chǎn)生任何一個時間點的版本數(shù)據(jù)，并將版本數(shù)據(jù)存入版本庫中。 現(xiàn)勢庫中的現(xiàn)勢數(shù)據(jù)和歷史庫中的歷史數(shù)據(jù)通過過程庫中的關(guān)聯(lián)類型相互鏈 接，便于地理要素的歷史追蹤和過程再現(xiàn)。從而構(gòu)造成時空數(shù)據(jù)庫150。對于這樣構(gòu)成的實空數(shù)據(jù)庫，為了快速提取時空數(shù)據(jù)庫中時空數(shù)據(jù)，針 對基于"版本-差量"時空數(shù)據(jù)存儲模式本發(fā)明設(shè)計了 CHR-Trees(Current Historical R-Trees，現(xiàn)勢歷史R樹)時空索引技術(shù)?；?版本-差量"時空數(shù)據(jù) 模式的CHR-Trees,將實體的空間信息和時間信息一起存入時空索引結(jié)點中， 其結(jié)構(gòu)形式為當索引結(jié)構(gòu)為葉結(jié)點時，其存儲結(jié)構(gòu)為(ObjectID, MBR, birth-time, end-time}, MBR是實體的最小外接矩形，ObjectID為實體對象的 標識，當索引結(jié)構(gòu)為子結(jié)點時，子結(jié)點的結(jié)構(gòu)形式為(MBR, child-pointer, birth-time， end-time},在這里的MBR包含其所有子結(jié)點的最小外接矩形， child-pointer指向下一級子結(jié)點。birth-time是實體的出生時間，end-time是 實體的消失時間。CHR-Trees索引由兩組RTree組成， 一組RTree索引現(xiàn)勢 數(shù)據(jù)，另一組RTree索引歷史數(shù)據(jù),每次進行數(shù)據(jù)更新時，重新建立現(xiàn)勢數(shù)據(jù) 的索引，以及新增一個歷史數(shù)據(jù)索引?，F(xiàn)勢數(shù)據(jù)是操作最頻繁的數(shù)據(jù)，為其 單獨建立索引有利于靜態(tài)的空間查詢以及對現(xiàn)勢數(shù)據(jù)的時空查詢。為了避免時空索引樹結(jié)構(gòu)過高而導致查詢的效率降低，為每個結(jié)點所擁有的子結(jié)點數(shù) 目設(shè)立下限，設(shè)定每個節(jié)點最少包含2個子節(jié)點，保證索引結(jié)構(gòu)不會過于分 散，避免時空索引樹結(jié)構(gòu)結(jié)點所包含的子結(jié)點過多，影響查詢的效率，為索 引樹結(jié)構(gòu)中結(jié)點所包含的子節(jié)點的數(shù)目設(shè)立上限，設(shè)定每個節(jié)點最多包含6 個子節(jié)點，提高查詢效率。子結(jié)點的數(shù)目小于下限的結(jié)點將被刪除，該結(jié)點 的子結(jié)點將被分配到其它的結(jié)點中，如果某個結(jié)點中的子結(jié)點的個數(shù)大于上 限，那么該結(jié)點就要被分割，也叫結(jié)點溢出。結(jié)點的所有子結(jié)點將被重新分配到其它結(jié)點或新的結(jié)點中?；?版本-差量"時空數(shù)據(jù)模式的CHR-Trees, 能夠處理實體的實際時間(valid-time)，能夠支持動態(tài)數(shù)據(jù)的查詢，它有最少 的索引層疊，而且不涉及版本復制，它能有效地對時間點和小范圍的時間窗 口進行查詢。以下結(jié)合圖2來描述根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理方法的操作流程。圖 2圖示了根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理方法的流程圖。參考圖2,在步驟S 210, 由時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分110從外部系統(tǒng)采集或接收包括空間 信息和時間信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以是舊時態(tài)數(shù)據(jù)，也可以是新時態(tài) 數(shù)據(jù)。接下來，在步驟S215，判斷由數(shù)據(jù)采集部分110所采集和/或接收到的地 理信息數(shù)據(jù)是否需要進行編輯。如果所述地理信息數(shù)據(jù)需要進行編輯，則處 理前進到步驟S220,在其中將所述數(shù)據(jù)進行編輯，并在編輯了地理信息數(shù)據(jù) 后，將處理轉(zhuǎn)移到步驟S225。如果在步驟S215中判斷所述地理信息數(shù)據(jù)不需要進行編輯，則將處理直 接轉(zhuǎn)移到步驟S225。在步驟S225中，由時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分120確定時空數(shù) 據(jù)的關(guān)聯(lián)規(guī)則以及時空數(shù)據(jù)的變化類型，以便于在后續(xù)處理中，對時空數(shù)據(jù) 進行關(guān)聯(lián)。接下來，在步驟S230中，確定關(guān)聯(lián)類型是否自動關(guān)聯(lián)。如果確定為自動 關(guān)聯(lián)，則處理轉(zhuǎn)移到步驟S235，在其中進行地理實體的時空數(shù)據(jù)的自動關(guān)聯(lián)。 而如果在步驟S230中確定為手動關(guān)聯(lián)，則處理轉(zhuǎn)移到步驟S240,在其中進 行地理實體的時空數(shù)據(jù)的手動關(guān)聯(lián)。然后，在步驟S245中，將經(jīng)過關(guān)聯(lián)的時空數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計等處理，確定時 空數(shù)據(jù)所發(fā)生的變化的類型，并且根據(jù)所確定的變化類型將處理轉(zhuǎn)移到不同 的處理步驟。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，例如，當在步驟S245中確定時空數(shù)據(jù)所發(fā)生的變化的類型為屬性變化類型時，處理轉(zhuǎn)移到步驟S255,在 其中進行針對屬性發(fā)生變化的處理。而當在步驟S245中確定時空數(shù)據(jù)所發(fā)生 的變化的類型為幾何狀態(tài)變化類型時，處理轉(zhuǎn)移到步驟S250,在其中進行針 對幾何狀態(tài)發(fā)生變化的處理。接下來，由時空數(shù)據(jù)管理部分130或時空數(shù)據(jù)管理更新部分140根據(jù)上 述時空數(shù)據(jù)文件分析基礎(chǔ)地理信息的動態(tài)變化特征，將上述時空數(shù)據(jù)文件基 于"版本-差量"時空數(shù)據(jù)模式存入時空數(shù)據(jù)庫中。從而完成時空數(shù)據(jù)庫150的 構(gòu)造或更新。現(xiàn)在結(jié)合圖3來描述時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分120的操作流程。圖3是詳細描 述時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分120的操作流程的示意圖。在圖3中，在步驟S310，時 空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分120首先根據(jù)時空數(shù)據(jù)(點、線、面)的屬性之間及幾何狀 態(tài)之間的關(guān)系，及用戶所定義的關(guān)聯(lián)規(guī)則，進行時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)時空數(shù) 據(jù)之間的變化，對空間信息各要素(點、線、面)類型進行關(guān)聯(lián)，并將這些 變化進行分類(按照前述關(guān)聯(lián)類型分類)，對發(fā)生各種變化的地理實體個數(shù) 進行統(tǒng)計。時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分120還可以根據(jù)分析結(jié)果對空間信息進行編輯。這里，所說的編輯操作包括選擇一個地理實體的相應(yīng)結(jié)點，移動、刪除 被選擇的結(jié)點，也可在兩結(jié)點之間通過輸入實體的坐標來添加一個結(jié)點。所 說的編輯操作還包括選線，選面，捕獲端點，捕獲中點，捕獲垂足，捕獲交 點，捕獲切點，捕獲最近點，捕獲圓心，畫點，畫線，畫面，畫級^殳，畫橢 圓，畫矩形，畫圓，移動，刪除，復制，縮放等操作。根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式，在步驟S310,時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分120根 據(jù)新時態(tài)的影像數(shù)據(jù)舊時態(tài)的矢量數(shù)據(jù)的變化來編輯數(shù)據(jù)，以生成新時態(tài)的 矢量數(shù)據(jù)。此外，根據(jù)本發(fā)明的再另一種實施方式，在步驟S310,時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部 分120通過改變符號的形狀、尺寸、方向、明度、密度、結(jié)構(gòu)、顏色和狀態(tài) 等變量中的一個或多個變量設(shè)計動態(tài)符號，將動態(tài)符號保存到動態(tài)符號庫中。然后，在步驟S320,將對發(fā)生的各種變化類型的地理實體就各種變化類 型進行統(tǒng)計，以便通過這些統(tǒng)計信息分析發(fā)生變化的實體在所有實體中所占 的比率。接下來，在步驟S330,確定實體或?qū)嶓w的關(guān)聯(lián)類型是否符合實際情況， 例如，舊時態(tài)點狀實體、舊時態(tài)線狀實體、舊時態(tài)面狀實體、新時態(tài)點狀實體、新時態(tài)線狀實體或新時態(tài)面狀實體的關(guān)聯(lián)類型是否符合實際情況。如果確定某個實體或某些實體的關(guān)聯(lián)類型不符合實際情況，則在步驟S340，選擇 要修改關(guān)聯(lián)類型的實體，根據(jù)需要修改的實體關(guān)聯(lián)類型檢查實體關(guān)聯(lián)類型的 一致性(實體的變化類型是不能相互矛盾的，用戶更改實體關(guān)聯(lián)類型的過程， 可能使得實體關(guān)聯(lián)類型發(fā)生矛盾，根據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則來消除這些矛盾，也稱為實 體關(guān)聯(lián)類型的一致性檢查)，更改這些實體的關(guān)聯(lián)類型，并對修改后的實體 變化數(shù)據(jù)進行步驟S330的操作。如果在步驟S330中確定實體或?qū)嶓w的關(guān)聯(lián)類型符合實際情況，則在步驟 S350,將實體的關(guān)聯(lián)類型保存到時空數(shù)據(jù)庫的過程庫，將發(fā)生了變化的歷史 數(shù)據(jù)存入到歷史數(shù)據(jù)庫，并將新時態(tài)的空間信息存入到現(xiàn)勢庫中。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，定義了八種基本的時空數(shù)據(jù)的變化類型 沒有變化、 一般變化、新增、消失、拆分、合并、擴張、收縮。沒有變化表 示地理實體沒有發(fā)生變化； 一般變化表示地理實體發(fā)生了規(guī)則變化；新增表 示新時態(tài)中的地理實體新產(chǎn)生的；消失表示舊時態(tài)中的地理實體消失；拆分 表示舊時態(tài)中的一個地理實體分解成為新時態(tài)中的兩個或兩個以上的地理實個地理實體；擴張表示舊時態(tài)中的一個地理實體面積擴大，且舊時態(tài)的地理 實體包含于新時態(tài)中的地理實體；收縮表示舊時態(tài)中的一個地理實體面積縮 小，且舊時態(tài)的地理實體包含新時態(tài)中的地理實體。在上述實施方式中，本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)包括顯示系統(tǒng)，在產(chǎn) 生和更新時空數(shù)據(jù)庫的過程中，所述顯示系統(tǒng)提供四種動態(tài)可視化顯示模式， 它們分別稱為快照模式、差量模式、插值模式和動態(tài)符'號模式。這里，快照 模式是同時顯示事件前后兩個時態(tài)的空間信息的顯示模式。差量模式利用動 畫過程，以沒有發(fā)生變化的空間信息為背景，動態(tài)顯示變化的空間實體集合。 插值模式也利用動畫過程，以沒有變化的空間信息為背景，通過插值的方式， 動態(tài)顯示變化的空間實體集合。而動態(tài)符號利用計算機動畫、計算機高級顯 示技術(shù)，把時空數(shù)據(jù)庫中存貝i的各種變化類型的時空數(shù)據(jù)同各種動態(tài)符號進 行關(guān)聯(lián)，最后按照時間發(fā)展的順序或者逆序，以動態(tài)的方式在顯示系統(tǒng)上進 行動態(tài)呈現(xiàn)。通過采用動態(tài)符號和動態(tài)地圖，生動直觀地表示地理實體的變 化過程，揭示地理現(xiàn)象變化的規(guī)律。圖4是圖解本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的用戶界面的視圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)運行時的用戶界面的視圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)子系統(tǒng) 中的人工修正實體關(guān)聯(lián)類型的示意圖；圖7示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管 理系統(tǒng)中的時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)中的屬性的對應(yīng)關(guān)系設(shè)置過程的示意圖；圖 8示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)中的屬性關(guān) 聯(lián)結(jié)果的示意圖；圖9示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)更 新子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)編輯示意圖；圖IO示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 的時空數(shù)據(jù)動態(tài)可視化系統(tǒng)中的總體功能示意圖；圖11和圖12分別示出根 據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)動態(tài)符號定義系統(tǒng)中的動態(tài)符號 定義示意圖；以及圖13和圖14分別示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 的時空數(shù)據(jù)動態(tài)可視化系統(tǒng)中的動態(tài)符號與實體關(guān)聯(lián)類型相關(guān)聯(lián)的示意圖。 參考圖4到圖14來描述對輸入數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)的過程。為了將輸入數(shù)據(jù)進行關(guān) 聯(lián)，本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的操作步驟如下。1)首先，通過該界面上的"文件"菜單將多時態(tài)的空間信息加載到時空數(shù) 據(jù)庫管理系統(tǒng)中；2 )然后通過該界面上的"關(guān)聯(lián)"菜單中的"關(guān)聯(lián)外部數(shù)據(jù)"項進入多時態(tài)空 間信息關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)，時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)將多時態(tài)的空間信息疊加顯示；3) 在根據(jù)本發(fā)明的"關(guān)聯(lián)"菜單中，用戶為時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)設(shè)定一個閾值來 定義關(guān)聯(lián)規(guī)則，例如，為了對幾何屬性進行關(guān)聯(lián)，可以選擇"關(guān)聯(lián)，，菜單中的"幾 何數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)"子菜單，然后根據(jù)用戶所定義的關(guān)聯(lián)規(guī)則及(點、線、面)的屬性及幾何狀態(tài)之間的關(guān)系；4) 接下來，通過點擊"關(guān)聯(lián)"菜單中的"開始關(guān)聯(lián)操作"項來開始多時態(tài)數(shù) 據(jù)關(guān)聯(lián)會話。從而，發(fā)現(xiàn)空間信息之間的變化，對空間信息各要素類型進行 關(guān)聯(lián)，并將這些變化進行分類，對發(fā)生各種變化類型的個數(shù)進行統(tǒng)計；5) 為了查看某個實體的關(guān)聯(lián)類型，用戶通過點擊功能按鍵415,然后在 關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)的主界面的地理實體點擊鼠標左鍵查看某個實體的關(guān)聯(lián)類型，并 高亮顯示這對地理實體，因此用戶能直觀地檢查實體的變化情況。用戶也可以通過點擊功能按鍵425,查看某一類變化類型的地理實體， 并將發(fā)生這一變化的兩個不同時態(tài)的地理實體高亮顯示，便于用戶檢查地理 實體關(guān)聯(lián)類型的正確性。此外，在功能區(qū)426,關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)對發(fā)生的各種變化類型的地理實體進行了統(tǒng)計。用戶能通過這些統(tǒng)計信息分析發(fā)生變化的實體的比率。如用戶認為某個實體或某些實體的關(guān)聯(lián)類型不符合現(xiàn)實情況，通過功能鍵417選取需要更改的舊時態(tài)點狀實體，功能鍵418選取需要更改的舊時態(tài) 線狀實體，功能鍵419選取需要更改的舊時態(tài)面狀實體，功能鍵420選取需 要更改的新時態(tài)點狀實體，功能鍵421選取需要更改的新時態(tài)線狀實體，功 能鍵422選取需要更改的新時態(tài)面狀實體。當選錯了實體的時候，可通過功 能鍵416,清除所選擇的實體，重新再選擇。當選擇完要修改關(guān)聯(lián)類型的實 體，點擊鼠標右鍵，出現(xiàn)圖5的功能區(qū)501,用戶，點擊在圖5的功能區(qū)501 根據(jù)需要修改的實體關(guān)聯(lián)類型來點擊相應(yīng)的功能鍵，向時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)發(fā)送修改命令，時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)檢查實體關(guān)聯(lián)類 型的一致性，時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)將更改這些實體的關(guān)聯(lián)類型。當用戶認為所修改的實體關(guān)聯(lián)類型，與實體變化的現(xiàn)實情況不相符時， 用戶可通過鼠標左鍵點擊圖4的功能鍵423,來撤消所修改的實體關(guān)聯(lián)類型。 如果用戶操作失誤，將修改正確的實體關(guān)聯(lián)類型進行了撤消操作，此時用戶 可通過鼠標左鍵點擊圖4的功能鍵424,來重做所修改的實體關(guān)聯(lián)類型。單擊圖4的功能鍵409進入到圖6所示窗口，并在圖6的功能區(qū)601 (點 要素屬性)、602 (線要素屬性)、603 (面要素屬性)中設(shè)置空間信息的屬 性之間的對應(yīng)關(guān)系，圖6的功能鍵604來對多時態(tài)空間信息的屬性之間變化 發(fā)現(xiàn)。多時態(tài)空間信息關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)將對空間信息的屬性進行統(tǒng)計。并將屬性 之間的關(guān)聯(lián)類型顯示在圖7的功能區(qū)701中。當用戶認為實體關(guān)聯(lián)類型符合實際情況。點擊圖4 .的功能按鍵412,向 關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)發(fā)送命令，保存實體的關(guān)聯(lián)類型到過程庫，將發(fā)生變化的歷史數(shù) 據(jù)存入到歷史數(shù)據(jù)庫，將新時態(tài)的空間信息存入到現(xiàn)勢庫中。本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)定義了八種基本的時空數(shù)據(jù)變化類型沒 有變化、 一般變化、新增、消失、拆分、合并、擴張、收縮。沒有變化表示 地理實體沒有發(fā)生變化； 一般變化表示地理實體發(fā)生了規(guī)則變化；新增表示 新時態(tài)中的地理實體新產(chǎn)生的；消失表示舊時態(tài)中的地理實體消失；拆分表個地理實體；擴張表示舊時態(tài)中的一個地理實體面積擴大，且舊時態(tài)的地理 實體包含于新時態(tài)中的地理實體；收縮表示舊時態(tài)中的 一 個地理實體面積縮小，且舊時態(tài)的地理實體包含新時態(tài)中的地理實體。用戶根據(jù)新時態(tài)的影像數(shù)據(jù)和舊時態(tài)的矢量數(shù)據(jù)疊加顯示，用戶進入時 空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的編輯更新子系統(tǒng)，通過疊加圖的效果來跟蹤變化。在圖8所示的操作界面上，通過下列步驟來實現(xiàn)時空數(shù)據(jù)庫的管理操作。1) 首先開始編輯更新會話，此時圖8中的功能區(qū)801、功能區(qū)802、功 能區(qū)803的編輯功能開始生效；2) 根據(jù)新時態(tài)的影像數(shù)據(jù)舊時態(tài)的矢量數(shù)據(jù)疊加顯示的變化來編輯數(shù) 據(jù)，生成新時態(tài)的矢量數(shù)據(jù)；3) 用戶通過點擊功能鍵區(qū)801的實體選擇功能按鍵，來選擇一個地理實 體，此時這個被選中的地理實體被高亮顯示，點擊功能鍵區(qū)803的結(jié)點捕捉 功能鍵來選擇實體的相應(yīng)的結(jié)點，移動、刪除被選擇的結(jié)點，也可在兩結(jié)點 之間添加一個結(jié)點；4 )用戶通過點擊功能鍵區(qū)802的新增實體功能鍵，選擇新增某一種實體， 在編輯更新的界面上，通過鼠標左^t點擊，輸入實體的坐標，輸入完實體的 坐標，點擊鼠標的右鍵完成本次新增的實體；5) 功能區(qū)803包括選點，選線，選面，捕獲端點，捕獲中點，捕獲垂足， 捕獲交點，捕獲切點，捕獲最近點，捕獲圓心，畫點，畫線，畫面，畫弧段， 畫橢圓，畫矩形，畫圓，移動，刪除，復制，縮;故；6) 編輯完所有變化的實體,產(chǎn)生新時態(tài)數(shù)據(jù)；以及7) 點擊圖6中的功能鍵403,進入多時態(tài)空間信息關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)，如上一 優(yōu)選實施方式所述，關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)將進行時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，生成時空數(shù)據(jù)。鼠標左鍵點擊功能鍵904進入本發(fā)明的動態(tài)符號定義子系統(tǒng)如圖10,對 動態(tài)符號進行設(shè)置制作，通過改變符號的形狀、尺寸、方向、明度、密度、 結(jié)構(gòu)、顏色和狀態(tài)七個變量中的一個或多個變量設(shè)計動態(tài)符號，將動態(tài)符號 保存到動態(tài)符號庫中。鼠標左鍵點擊圖10的功能鍵1002,新定義一種動態(tài)符號，進入圖11。 點擊圖11的功能鍵1101,選擇動態(tài)符號的變化方式，點擊功能鍵1104，更 改動態(tài)符號的名稱，點擊功能鍵1105,更改設(shè)置動態(tài)符號的變化的幀數(shù)，點 擊功能鍵1106,更改設(shè)置動態(tài)符號的變化的速率，點擊功能《tl102,更改設(shè) 置動態(tài)符號的起始狀態(tài)，點擊功能4建1103,更改設(shè)置動態(tài)符號的結(jié)束狀態(tài)。 設(shè)置動態(tài)符號的變化特征，點擊功能鍵1107,對設(shè)置的動態(tài)符號進行預覽。如設(shè)置無誤，則保存此動態(tài)符號的設(shè)置，否則重新進行設(shè)置。編輯已有的動態(tài)符號步驟鼠標左鍵點擊圖10的功能鍵1001,選擇一種缺省的動態(tài)符號， 點擊功能鍵1003，開始編輯和設(shè)置動態(tài)符號，將動態(tài)符號保存到動態(tài)符號庫 中。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供四種動 態(tài)可視化模式，快照模式同時顯示事件前后兩個時態(tài)的空間信息。差量模 式動畫過程中，以沒有發(fā)生變化的空間信息為背景，動態(tài)顯示變化的空間 實體集合。插值模式動畫過程中，以沒有變化的空間信息為背景，通過插 值的方式，動態(tài)顯示變化的空間實體集合。動態(tài)符號利用計算機動畫、計 算機高級顯示技術(shù)，把時空數(shù)據(jù)庫中存貯的各種變化類型的時空數(shù)據(jù)同各種 動態(tài)符號進行關(guān)聯(lián)，最后按照時間發(fā)展的順序或者逆序，以動態(tài)的方式在一 定的媒介(如電子屏幕)進行動態(tài)呈現(xiàn)。通過采用動態(tài)符號和動態(tài)地圖，生 動直觀地表示地理實體的變化過程，揭示地理現(xiàn)象變化的規(guī)律。然后，按照下列步驟進行操作。1) 點擊圖9的功能按鍵905,以動態(tài)符號的方式進行動態(tài)可視化，將進 入關(guān)聯(lián)子系統(tǒng)產(chǎn)生的時空數(shù)據(jù)和動態(tài)符號定義系統(tǒng)所定義的動態(tài)符號進行關(guān) 聯(lián)，如圖12按功能鍵1201開始動態(tài)符號和變化類型進行關(guān)聯(lián)，在動態(tài)符號 和變化類型關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)中(圖13),按功能鍵1301，選擇要進行符號關(guān)聯(lián)的 要素類型，針對這一要素類型，開始為所選擇的要素類型設(shè)置動態(tài)符號，在 功能鍵1302選擇這類要素類型的所發(fā)生的變化類型和進行符號關(guān)聯(lián)的動態(tài) 符號，點擊功能鍵1305,保存這些關(guān)聯(lián)設(shè)置，進7v動態(tài)可視化子系統(tǒng)，動態(tài) 可視化子系統(tǒng)以動態(tài)符號的方式演示地理實體的變化。2) 點擊圖9的功能按鍵卯1，以快照模式進行動態(tài)顯示地理實體的變化 同時顯示事件前后兩個時態(tài)的空間信息。3) 點擊圖9的功能按鍵902,以差量模式進行動態(tài)顯示地理實體的變化 動畫過程中，以沒有發(fā)生變化的空間信息為背景，動態(tài)顯示變化的空間實體4) 點擊圖9的功能按鍵903，以插值模式進行動態(tài)顯示地理實體的變化 動畫過程中，以沒有變化的空間信息為背景，通過插值的方式，動態(tài)顯示變 化的空間實體集合。5) 點擊圖9的功能按鍵907,以時空回溯的方式顯示地理實體的變化進入圖14，點擊圖14的功能按鍵1401，選擇進行時空回溯的起始時間，點擊 功能按鍵1402,選擇進行時空回溯的結(jié)束時間，點擊功能按鍵1403,選擇進 行時空回溯的速率。保存時空回溯設(shè)置，進行時空回溯。圖15示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的動態(tài)可視化系統(tǒng)中的時 空回溯設(shè)置示意圖；圖16示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空查詢 系統(tǒng)中整體功能示意圖；圖17示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空 查詢系統(tǒng)中查詢變化統(tǒng)計方式的示意圖；以及圖18示出根據(jù)本發(fā)明的時空數(shù) 據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空查詢系統(tǒng)中按變化類型查詢的示意圖。參考圖15到圖 18,按照下列步驟進行操作、以統(tǒng)計圖的方式查看各種變化類型的比率。1) 點擊圖15中的功能按鍵1502,進入圖16的功能界面。在圖16的功 能區(qū)1601設(shè)置實體發(fā)生變化的開始時間和結(jié)束時間，在圖16的功能區(qū)1602 缺省以直方圖的方式顯示各種變化類型的變化的比率，便于觀察某個區(qū)域發(fā) 生變化的程度。在功能區(qū)1603可以設(shè)置等2D條狀圖、2D線狀圖、2D餅狀 圖、3D柱狀圖、3D線狀圖、XY散點圖等表達方式。2) 點擊圖15中的功能按鍵1511,進入按變化類型進行查詢顯示地理實 體會話(如圖17),點擊圖17中的功能按鍵1701，選擇需要查看變化的一個事 件名稱。點擊圖17的功能按鍵1702,選擇需要查看一種變化類型。保存設(shè) 置，在圖17中的主界面區(qū)將動態(tài)顯示所查看的發(fā)生這類變化類型地理實體, 以及在圖17的功能區(qū)1703中列出發(fā)生這類變化的地理實體的屬性。在本發(fā)明的另 一優(yōu)選實施方式中，是圖解本發(fā)明的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 的另一個實施方式。本發(fā)明時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的時空查詢系統(tǒng)，查詢單個 實體的變化情況。點擊功能按鍵，開始單個實體變化查詢會話。在時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主 界面上點擊某個實體，在圖18的功能區(qū)1801列出了查詢實體在各個時間點 的標識號，圖18的功能區(qū)1802列出了查詢實體的最新狀態(tài)的屬性信息，并 在時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主界面上高亮顯示這一實體。在功能區(qū)1801點擊鼠 標左鍵單擊某個歷史時刻的實體標識，同時在功能區(qū)1802列出這個時刻的實 體的屬性信息，在時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)上高亮顯示這個歷史時間點的圖18的 幾何實體的狀態(tài)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，該方法可以實現(xiàn)為記錄在計算機可讀記錄介質(zhì) 上的計算機可讀代碼。該計算機可讀記錄介質(zhì)是可以存儲可由計算機系統(tǒng)讀取的數(shù)據(jù)的任何數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。計算機可讀記錄介質(zhì)的示例包括只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM) 、 CD-ROM、磁帶、軟盤、光數(shù)據(jù)存 儲裝置和載波(諸如通過因特網(wǎng)的數(shù)據(jù)發(fā)送)。計算機可讀記錄介質(zhì)還可以 分布在聯(lián)網(wǎng)的計算機系統(tǒng)中，以便以分布的方式存儲并執(zhí)行計算機可讀代碼。 盡管上述是參照示例性實施方式來描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理 解，在不背離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明宗旨和范圍的前提下，可以對 本發(fā)明進行各種形式和細節(jié)上的修改。優(yōu)選實施方式應(yīng)該僅認為是說明性的， 而不是限制性的。因此，本發(fā)明的詳細描述不限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的 范圍應(yīng)該由所附權(quán)利要求限定，并且本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有區(qū)別技術(shù)特征應(yīng) 理解為包含在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1. 一種時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集部分，用于從外部系統(tǒng)采集或接收關(guān)于地理實體的空間信息和時間信息，并對這些數(shù)據(jù)設(shè)置關(guān)于其產(chǎn)生和存在的事物時間信息；時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分，用于將由所述數(shù)據(jù)采集部分所獲得的各數(shù)據(jù)以及事物時間信息進行關(guān)聯(lián)，并保存成相應(yīng)的時空數(shù)據(jù)文件，以表達該地理實體之間的演變歷史并預測地理實體的變化；以及時空數(shù)據(jù)管理部分，用于按照地理實體的時間信息所記載的時態(tài)以及地理實體的空間信息所記載的演變關(guān)系，將所述時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分所產(chǎn)生的時空數(shù)據(jù)文件分別進行保存以構(gòu)成時空數(shù)據(jù)庫。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其中，所述關(guān)聯(lián)類型包 括下列關(guān)聯(lián)類型之一或它們的一部分或全部的組合沒有變化、 一般變化、 新增、消失、拆分、合并、擴張、收縮，其中沒有變化表示地理實體的幾何形狀沒有發(fā)生變化； 一般變化表示地理實體的幾何形狀發(fā)生了不規(guī)則變化； 新增表示新時態(tài)中的地理實體是新增的；消失表示舊時態(tài)中的地理實體是消 失的；拆分表示舊時態(tài)中的一個地理實體分解成為新時態(tài)中的兩個或兩個以 上的地理實體，舊時態(tài)中的一個地理實體的長度或面積等于新時態(tài)中地理實成為新時態(tài)中的 一個地理實體，舊時態(tài)中地理實體的長度或面積之和等于新 時態(tài)中 一個地理實體的長度或面積；擴張表示舊時態(tài)中的 一個地理實體面積 擴大，且舊時態(tài)的地理實體包含于新時態(tài)中的地理實體；以及收縮表示舊時 態(tài)中的 一個地理實體面積縮小，且舊時態(tài)的地理實體包含新時態(tài)中的'地理實 體。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，所述地理實體的所述特 征部分包括所述地理實體中具有重要信息的點、線或面。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)采 集部分將所獲的數(shù)據(jù)進行數(shù)字化，以形成關(guān)于地理實體的數(shù)字數(shù)據(jù)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其中，所述時空 數(shù)據(jù)文件包括版本幾何數(shù)據(jù)文件、版本屬性數(shù)據(jù)文件、投影文件、歷史幾何 數(shù)據(jù)文件、歷史屬性數(shù)據(jù)文件、幾何關(guān)聯(lián)文件、屬性關(guān)聯(lián)文件、時空索引文件、事件管理文件和元數(shù)據(jù)文件中的一部分或全部，其中版本幾何數(shù)據(jù)文件 包含版本數(shù)據(jù)的空間信息和時間信息；版本屬性數(shù)據(jù)文件包含版本數(shù)據(jù)的屬性信息；投影文件包含投影方式、大地基準、坐標單位；歷史幾何數(shù)據(jù)文件 包含發(fā)生了變化的實體的幾何信息、時間信息；歷史屬性數(shù)據(jù)文件包含發(fā)生 了變化的實體的屬性信息；幾何關(guān)聯(lián)文件包含實體變化的親緣關(guān)系；屬性關(guān) 聯(lián)文件包含實體屬性變化信息等信息；時空索引文件包含時空索引結(jié)構(gòu)信息； 以及元數(shù)據(jù)文件主要包含時空數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)信息。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其中，所述時空數(shù)據(jù) 管理部分按照地理實體的時間信息所記載的時態(tài)，分別將所述時空lt據(jù)關(guān)聯(lián) 部分所產(chǎn)生的時空數(shù)據(jù)文件保存到現(xiàn)勢庫、過程庫、歷史庫和版本庫中，其 中現(xiàn)勢庫存儲時態(tài)為現(xiàn)在的現(xiàn)勢數(shù)據(jù)，過程庫存儲地理實體的演變關(guān)系數(shù)據(jù)， 歷史庫存儲相對于現(xiàn)勢數(shù)據(jù)的差量數(shù)據(jù)或發(fā)生了變化的數(shù)據(jù)，版本庫存儲對 應(yīng)于某個時間點或時間段的版本幾何數(shù)據(jù)文件和版本屬性數(shù)據(jù)文件。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其中，所述過程庫只
13、根據(jù)權(quán)利要求11所述的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其中，所述現(xiàn)勢庫中 的現(xiàn)勢數(shù)據(jù)和所述歷史庫中的歷史數(shù)據(jù)通過所述過程庫中的關(guān)聯(lián)類型相互鏈接。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其中，所述時空 數(shù)據(jù)管理部分按照版本-差量時空數(shù)據(jù)模式構(gòu)造該時空數(shù)據(jù)庫的索引結(jié)構(gòu)，該 索引結(jié)構(gòu)包括兩組R樹， 一組R樹用于索引現(xiàn)勢數(shù)據(jù)，另一組R樹用于索引 歷史數(shù)據(jù)，其中，在R樹的葉結(jié)點，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為(地理實體對象的標識符， 地理實體對象的最小外接矩形，地理實體對象的出生時間，地理實體對象的 消失時間},而在子結(jié)點的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為{包含其所有子結(jié)點的最小外接矩形， 指向下一級子結(jié)點的指針，地理實體對象的出生時間，地理實體對象的消失 時間}。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其中，所述時空數(shù)據(jù) 管理更新部分在每次進行數(shù)據(jù)更新時，重新建立現(xiàn)勢數(shù)據(jù)的索引結(jié)構(gòu)，并新 增一個歷史數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其中，為索引樹結(jié)構(gòu) 中每個結(jié)點所擁有的子結(jié)點數(shù)目設(shè)立下限和上限。
17、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所迷的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù) 為矢量數(shù)據(jù)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，還包括輸入/輸出 部分，用于接收用戶指令，并動態(tài)地顯示所述數(shù)據(jù)采集部分、所述時空數(shù)據(jù) 關(guān)聯(lián)部分和所述時空數(shù)據(jù)管理部分的操作過程。
19、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其中，所述時空 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分還用于確定地理實體或地理實體的關(guān)聯(lián)類型是否符合實際情 況，并且當該實體的關(guān)聯(lián)類型不符合實際情況時，重新選擇要修改關(guān)聯(lián)類型 的地理實體，根據(jù)需要修改的地理實體的關(guān)聯(lián)類型檢查地理實體的關(guān)聯(lián)類型 的一致性，更改地理實體的關(guān)聯(lián)類型。
20、 一種時空數(shù)據(jù)庫管理方法，包括步驟1 )從外部系統(tǒng)采集或接收關(guān)于地理實體的空間信息和時間信息，并對這 些數(shù)據(jù)設(shè)置關(guān)于其產(chǎn)生和存在的事物時間信息；2)將由所獲得的各數(shù)據(jù)以及事物時間信息進行關(guān)聯(lián)，并保存成相應(yīng)的時空數(shù)據(jù)文件，以表達該地理實體之間的演變歷史并預測地理實體的變化；以 及3 )在第一次構(gòu)造關(guān)于該地理實體的時空數(shù)據(jù)庫的情況下，按照地理實體 的時間信息所記載的時態(tài)以及地理實體的空間信息所記載的演變關(guān)系，將所 產(chǎn)生的時空數(shù)據(jù)文件分別進行保存以構(gòu)成時空數(shù)據(jù)庫。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，還包括步驟4)在之前已經(jīng)構(gòu)造了關(guān)于該地理實體的時空數(shù)據(jù)庫的情況下，根據(jù)所產(chǎn)生 的時空數(shù)據(jù)，以增量方式更新所述時空數(shù)據(jù)庫。
22、 根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，其中，所述空 間信息包括所述地理實體的空間信息、屬性信息、所述地理實體之間的親緣 關(guān)聯(lián)類型信息，而所述時間信息包括地理實體的時間信息和歷史數(shù)據(jù)信息。
23、 根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，其中，所述時 空數(shù)據(jù)包括時間字段、空間字段和屬性字段，分別用于存儲該時空數(shù)據(jù)的時 間信息、空間狀態(tài)信息和屬性信息。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，其中，所述時間字 段所記錄的時間信息包括所述地理實體存在于現(xiàn)實世界中的時間信息以及事 物時間信息，所述事物時間信息為所述時空數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)庫的時間信息。
25、 根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，其中，所述步 驟2)根據(jù)地理實體的特征部分的屬性及幾何形態(tài)之間的關(guān)系，確定所述時 空數(shù)據(jù)的變化類型作為關(guān)聯(lián)類型，并利用所確定的變換類型將所述時空數(shù)據(jù) 有選擇地進行手動或自動關(guān)聯(lián)。
26、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，其中，所述關(guān)聯(lián)類型 包括下列關(guān)聯(lián)類型之一或它們的一部分或全部的組合沒有變化、 一般變化、 新增、消失、拆分、合并、擴張、收縮，其中沒有變化表示地理實體的幾何 形狀沒有發(fā)生變化； 一般變化表示地理實體的幾何形狀發(fā)生了不規(guī)則變化； 新增表示新時態(tài)中的地理實體是新增的；消失表示舊時態(tài)中的地理實體是消 失的；拆分表示舊時態(tài)中的一個地理實體分解成為新時態(tài)中的兩個或兩個以 上的地理實體，舊時態(tài)中的"-個地理實體的長度或面積等于新時態(tài)中地理實 體的長度或面積之和；合并表示舊時態(tài)中的兩個或兩個以上的地理實體合成 成為新時態(tài)中的 一個地理實體，舊時態(tài)中地理實體的長度或面積之和等于新 時態(tài)中 一個地理實體的長度或面積；擴張表示舊時態(tài)中的 一個地理實體面積擴大，且舊時態(tài)的地理實體包含于新時態(tài)中的地理實體；以及收縮表示舊時 態(tài)中的 一個地理實體面積縮小，且舊時態(tài)的地理實體包含新時態(tài)中的地理實體。
27、 根據(jù)權(quán)利要求25所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，所述地理實體的所述 特征部分包括所述地理實體中具有重要信息的點、線或面。
28、 根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，其中，所述步 驟1 )包括子步驟 將所獲的數(shù)據(jù)進行數(shù)字化，以形成關(guān)于地理實體的數(shù)字數(shù)據(jù)；以及 有選擇地對所獲的數(shù)據(jù)進行編輯處理。
29、 根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，其中，所述時 空數(shù)據(jù)文件包括版本幾何數(shù)據(jù)文件、版本屬性數(shù)據(jù)文件、投影文件、歷史幾 何數(shù)據(jù)文件、歷史屬性數(shù)據(jù)文件、幾何關(guān)聯(lián)文件、屬性關(guān)聯(lián)文件、時空索引 文件、事件管理文件和元數(shù)據(jù)文件中的一部分或全部，其中版本幾何數(shù)據(jù)文 件包含版本數(shù)據(jù)的空間信息和時間信息；版本屬性數(shù)據(jù)文件包含版本數(shù)據(jù)的 屬性信息；投影文件包含投影方式、大地基準、坐標單位；歷史幾何數(shù)據(jù)文 件包含發(fā)生了變化的實體的幾何信息、時間信息；歷史屬性數(shù)據(jù)文件包含發(fā) 生了變化的實體的屬性信息；幾何關(guān)聯(lián)文件包含實體變化的親緣關(guān)系；屬性 關(guān)聯(lián)文件包含實體屬性變化信息等信息；時空索引文件包含時空索引結(jié)構(gòu)信 息；以及元數(shù)據(jù)文件主要包含時空數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)信息。
30、 根據(jù)權(quán)利要求29所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，其中，所述步驟3) 包括子步驟按照地理實體的時間信息所記載的時態(tài)，分別將所迷時空數(shù)據(jù) 關(guān)聯(lián)部分所產(chǎn)生的時空數(shù)據(jù)文件保存到現(xiàn)勢庫、過程庫、歷史庫和版本庫中， 其中現(xiàn)勢庫存儲時態(tài)為現(xiàn)在的現(xiàn)勢數(shù)據(jù)，過程庫存儲地理實體的演變關(guān)系數(shù) 據(jù)，歷史庫存儲相對于現(xiàn)勢數(shù)據(jù)的差量數(shù)據(jù)或發(fā)生了變化的數(shù)據(jù)，版本庫存 儲對應(yīng)于某個時間點或時間段的版本幾何數(shù)據(jù)文件和版本屬性數(shù)據(jù)文件。
31、 根據(jù)權(quán)利要求30所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，其中，所述過程庫只 存儲每次更新時地理實體發(fā)生變化的關(guān)聯(lián)類型。
32、 根據(jù)權(quán)利要求30所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，其中，所述現(xiàn)勢庫中 的現(xiàn)勢數(shù)據(jù)和所述歷史庫中的歷史數(shù)據(jù)通過所述過程庫中的關(guān)聯(lián)類型相互鏈 接。
33、 根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，其中，所述步驟3)包括子步驟按照版本-差量時空數(shù)據(jù)模式構(gòu)造該時空數(shù)據(jù)庫的索引結(jié)構(gòu)，該索引結(jié)構(gòu) 包括兩組R樹， 一組R樹用于索引現(xiàn)勢數(shù)據(jù)，另 一組R樹用于索引歷史數(shù)據(jù)， 其中，在R樹的葉結(jié)點，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為{地理實體對象的標識符，地理實體對 象的最小外接矩形，地理實體對象的出生時間，地理實體對象的消失時間}， 而在子結(jié)點的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為{包含其所有子結(jié)點的最小外接矩形，指向下一級子 結(jié)點的指針，地理實體對象的出生時間，地理實體對象的消失時間}。
34、 根據(jù)權(quán)利要求33所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，其中，所述步驟3) 還包括子步驟在每次進行數(shù)據(jù)更新時，重新建立現(xiàn)勢數(shù)據(jù)的索引結(jié)構(gòu)，并新增一個歷 史數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)。
35、 根據(jù)權(quán)利要求33所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，其中，為索引樹結(jié)構(gòu) 中每個結(jié)點所擁有的子結(jié)點數(shù)目設(shè)立下限和上限。
36、 根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，其中，所述步 驟2)包括子步驟確定地理實體或地理實體的關(guān)聯(lián)類型是否符合實際情況； 如果確定該實體的關(guān)聯(lián)類型不符合實際情況，則重新選擇要修改關(guān)聯(lián)類型的地理實體，并根據(jù)需要修改的地理實體的關(guān)聯(lián)類型檢查地理實體的關(guān)聯(lián)類型的一致性，更改地理實體的關(guān)聯(lián)類型。
37、 根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的時空數(shù)據(jù)庫管理方法，其中，所述數(shù) 據(jù)為矢量數(shù)據(jù)。
38、 一種計算^l產(chǎn)品，其上實施有實現(xiàn)基于時空數(shù)據(jù)庫管理方法的程序， 所述時空數(shù)據(jù)庫管理方法包括步驟從外部系統(tǒng)采集或接收關(guān)于地理實體的空間信息和時間信息，并對這些 數(shù)據(jù)設(shè)置關(guān)于其產(chǎn)生和存在的事物時間信息；將由所獲得的各數(shù)據(jù)以及事物時間信息進行關(guān)聯(lián)，并保存成相應(yīng)的時空 數(shù)據(jù)文件，以表達該地理實體之間的演變歷史并預測地理實體的變化；以及在第一次構(gòu)造關(guān)于該地理實體的時空數(shù)據(jù)庫的情況下，按照地理實體的 時間信息所記載的時態(tài)以及地理實體的空間信息所記載的演變關(guān)系，將所產(chǎn) 生的時空數(shù)據(jù)文件分別進行保存以構(gòu)成時空數(shù)據(jù)庫。
全文摘要
提供時空數(shù)據(jù)庫管理方法及其系統(tǒng)以及程序產(chǎn)品。該時空數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集部分，用于從外部系統(tǒng)采集或接收關(guān)于地理實體的空間信息和時間信息，并對這些數(shù)據(jù)設(shè)置關(guān)于其產(chǎn)生和存在的事物時間信息；時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分，用于將由所述數(shù)據(jù)采集部分所獲得的各數(shù)據(jù)以及事物時間信息進行關(guān)聯(lián)，并保存成相應(yīng)的時空數(shù)據(jù)文件，以表達該地理實體之間的演變歷史并預測地理實體的變化；以及時空數(shù)據(jù)管理部分，用于按照地理實體的時間信息所記載的時態(tài)以及地理實體的空間信息所記載的演變關(guān)系，將所述時空數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)部分所產(chǎn)生的時空數(shù)據(jù)文件分別進行保存以構(gòu)成時空數(shù)據(jù)庫。
文檔編號G06F17/30GK101231642SQ20071014756
公開日2008年7月30日 申請日期2007年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月27日
發(fā)明者史紹雨, 唐新明, 汪匯兵 申請人:中國測繪科學研究院