無縫時空的多域集成時空數(shù)據(jù)模型研究.pdf

1、本研究以面向?qū)嶓w和多尺度時空過程統(tǒng)一集成描述的無縫時空思想為指導(dǎo)，采用基于地理特征域、時空場域、事件域以及關(guān)聯(lián)域相綜合的多重表達方法，按時空語義建模、時空數(shù)據(jù)邏輯建模和時空數(shù)據(jù)物理建模三個層次對無縫時空的多域集成時空數(shù)據(jù)模型(SMDI-STDM)進行了理論、技術(shù)到實踐的綜合探討。模型在更基礎(chǔ)層面上總結(jié)了不同地理事物和現(xiàn)象的時空變化特點，力圖更為完整、有效地表達時空變化語義，設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)，并在解決海量時空數(shù)據(jù)的高效組織與存儲問題

2、上力爭有所突破。主要研究內(nèi)容包括： (1)綜述。從空間語義、專題語義、時間語義及時空語義出發(fā)，構(gòu)建了時空表達的一般性概念框架，討論了國內(nèi)外時空建?，F(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和面臨的問題。 (2)SMDI-STDM語義模型。提出了面向?qū)嶓w時空變化與多尺度時空過程集成統(tǒng)一描述的時空變化刻畫的三層次論，并以此為主體命名為“無縫時空”思想。以無縫時空思想為指導(dǎo)，對時空語義的基本表達對象--①地理特征與時空場；②時空鏈與時空圖；③事件與事件鏈

3、作了分類討論。最后，通過關(guān)聯(lián)域集成地理特征域、時空場域和事件域，提出了基于時空多重表達方法的SMDI-STDM模型，并通過多域集成表達，對復(fù)雜時空變化現(xiàn)象進行了時空語義建模，包括“特征-場”聯(lián)合建模和面向時空變化刻畫三個層次的綜合建模。 (3)SMDI-STDM邏輯模型。以實現(xiàn)無縫時空的多域集成表達為目標，設(shè)計了兩層架構(gòu)的邏輯組織模型：①底層面向?qū)ο?關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進行了時空綜合擴展，對空間數(shù)據(jù)類型與操作、時態(tài)數(shù)據(jù)類型與操作、時空

4、數(shù)據(jù)類型與操作，時空關(guān)系與時空關(guān)系代數(shù)操作，以及時空關(guān)聯(lián)關(guān)系作了形式化定義，并對地理特征的時空五域結(jié)構(gòu)、時空場的四維時空塊結(jié)構(gòu)、多域關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)、特征-場的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)，以及面向海量時空數(shù)據(jù)的時空圖庫集結(jié)構(gòu)進行了討論。②中間層則以面向?qū)ο蠓椒▽崿F(xiàn)了統(tǒng)一的邏輯數(shù)據(jù)組織，對時空對象、時空數(shù)據(jù)集、時空變化組織和時空實體關(guān)系與規(guī)則進行了類的層次關(guān)系設(shè)計。 (4)SMDI-STDM物理模型。針對當前海量時空數(shù)據(jù)管理的艱難性和緊迫性，將GIS時

5、空數(shù)據(jù)特點與當前底層數(shù)據(jù)庫技術(shù)有機結(jié)合，提出了基于時空分區(qū)與時空聚簇思想和方法的海量時空數(shù)據(jù)組織與存儲新模式。時空分區(qū)方法實現(xiàn)時空非聚集實體的分塊分磁盤并行存儲，時空聚簇方法則進一步在時空分區(qū)內(nèi)部實現(xiàn)時空鄰近與物理存儲位置也鄰近的映射關(guān)系。 (5)原型、測試與應(yīng)用。討論了原型系統(tǒng)(GeoST)的基本架構(gòu)、功能模塊劃分和開發(fā)策略，給出了多域集成表達系列原型，并采用了2～60GB數(shù)據(jù)量的單表對時空分區(qū)與時空聚簇機制進行了分級效率測試

6、。最后，給出了應(yīng)用實例。 研究、測試與應(yīng)用表明，SMDI-STDM模型的設(shè)計思想是有效的、合理可行的。面向?qū)嶓w和多尺度時空過程統(tǒng)一集成建模的設(shè)計思想和方法能更真實地表達地理事物和現(xiàn)象的本質(zhì)特性，也更能被人們所接受；針對時空語義的特殊復(fù)雜性，采用多域集成多重表達方法是必要的，原型實例進一步說明了方法的可實現(xiàn)性；海量時空數(shù)據(jù)的測試充分驗證了時空分區(qū)與時空聚簇機制的有效性，從而為當前迫切需要解決的海量時空數(shù)據(jù)高效管理問題提供了切實可行