一種基于改進(jìn)版本-增量機(jī)制的宗地?cái)?shù)據(jù)更新方法

楊文杰，張新長(zhǎng)，郭泰圣

(中山大學(xué) 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣東 廣州 510275)

一、引 言

地籍?dāng)?shù)據(jù)是地籍管理信息系統(tǒng)的核心[1]，宗地又是地籍?dāng)?shù)據(jù)中尤為重要的一部分，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，宗地?cái)?shù)據(jù)的變化速度也越來(lái)越快，為了保持宗地?cái)?shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性，需要構(gòu)建一種恰當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)進(jìn)行宗地?cái)?shù)據(jù)的更新。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于數(shù)據(jù)的更新方法進(jìn)行了一些研究。陳軍[2]等根據(jù)歸納出的拓?fù)渎?lián)動(dòng)類(lèi)型,提出了一種地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)的增量更新方法；張豐[3]等通過(guò)結(jié)合對(duì)象建模技術(shù)和時(shí)空演變過(guò)程表達(dá)思想，建立了一種以過(guò)程為核心的地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)更新模型；周曉光[4]等以地理事件、空間實(shí)體變化類(lèi)型及時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)算子間的關(guān)系為基礎(chǔ)，提出了一種基于事件的增量更新方法；張新長(zhǎng)[5]等針對(duì)GIS增量更新中存在的一致性維護(hù)與空間沖突問(wèn)題，以一致性維護(hù)與空間沖突處理為切入點(diǎn)，提出一種自適應(yīng)的矢量數(shù)據(jù)增量更新方法。

本文基于宗地?cái)?shù)據(jù)的版本-增量的更新研究，根據(jù)宗地在更新過(guò)程中出現(xiàn)的變化情況進(jìn)行分析，不僅利用基態(tài)和修正數(shù)據(jù)，而且還利用相對(duì)于不同更新版本之間的增量數(shù)據(jù)，能夠很好地完成宗地?cái)?shù)據(jù)的增量更新，維護(hù)宗地?cái)?shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性。

二、版本-增量更新方法的改進(jìn)研究

1. 版本-增量更新數(shù)據(jù)模型

基于版本-增量的數(shù)據(jù)增量更新模型采用版本表示地理現(xiàn)象的狀態(tài)，用增量表示基于版本的時(shí)空現(xiàn)象變化。該模型可以認(rèn)為是基態(tài)修正模型、基于事件的時(shí)空數(shù)據(jù)模型、時(shí)空復(fù)合模型的抽象，是三者的理論基礎(chǔ)[6]。版本-增量時(shí)空數(shù)據(jù)模型的空間幾何作為時(shí)空原子不可再分，只能以出現(xiàn)、消亡和更替等變化，其中更替又可以表示為一個(gè)地理要素的消亡和另一個(gè)地理要素出現(xiàn)的過(guò)程，因此版本-增量時(shí)空數(shù)據(jù)模型可以用出現(xiàn)和消亡兩個(gè)過(guò)程變化來(lái)表示。

圖1顯示了宗地變化在版本-增量數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的情況，分別包括宗地新建、宗地刪除、宗地合并、宗地分割等宗地變化情況[7]。版本-增量數(shù)據(jù)庫(kù)只會(huì)記錄這次變化相對(duì)于上次變化的增量數(shù)據(jù)，如圖1所示。

2. 版本-增量更新模型的改進(jìn)研究

(1) 更新機(jī)制

本文在版本-增量更新數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，不只是利用相對(duì)于基態(tài)的增量數(shù)據(jù)，而且利用了相對(duì)于不同更新版本的增量數(shù)據(jù)，以適應(yīng)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中宗地?cái)?shù)據(jù)的更新操作和對(duì)于歷史更新數(shù)據(jù)的回溯操作。

圖2所示的是基于版本-增量機(jī)制的宗地?cái)?shù)據(jù)更新改進(jìn)模型，將T0時(shí)刻宗地?cái)?shù)據(jù)的狀態(tài)作為基態(tài)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，在T1時(shí)刻新增加了一塊宗地，T1時(shí)刻相對(duì)于T0時(shí)刻基態(tài)的增量為Change(1-0)，將Change(1-0)與基態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加可得到T1時(shí)刻數(shù)據(jù)庫(kù)中的狀態(tài)；在T2時(shí)刻刪除了一塊宗地，此時(shí)不僅要存儲(chǔ)T2時(shí)刻相對(duì)于T0時(shí)刻基態(tài)的增量數(shù)據(jù)Change(2-0)，還要存儲(chǔ)T2時(shí)刻相對(duì)于T1時(shí)刻宗地的增量數(shù)據(jù)Change(2-1)；同理，在T3時(shí)刻宗地狀態(tài)相對(duì)于基態(tài)的增量數(shù)據(jù)為Change(3-0)，相對(duì)于T1時(shí)刻的增量數(shù)據(jù)為Change(3-1)，相對(duì)于T2時(shí)刻的增量數(shù)據(jù)為Change(3-2)；同理，T4時(shí)刻需要存儲(chǔ)的增量數(shù)據(jù)依次為Change(4-0)、Change(4-1)、Change(4-2)、Change(4-3)。因此，如果宗地在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)發(fā)生了n次變化，則Tn時(shí)刻需要存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的增量數(shù)據(jù)包括Change(n-0)、Change(n-1)、Change(n-2)，…，Change(n-(n-1))。

圖1 版本-增量更新數(shù)據(jù)模型

這種增量更新能夠有效地完成地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中宗地?cái)?shù)據(jù)的增量更新，如圖1所示，如果用戶(hù)先調(diào)用了Change(1-0)數(shù)據(jù)，使用戶(hù)的數(shù)據(jù)庫(kù)更新到T1時(shí)刻宗地的狀態(tài)，即圖2中Amendment (1)的狀態(tài)。若此時(shí)宗地已經(jīng)更新了4次，最新的宗地狀態(tài)為T(mén)4時(shí)刻的狀態(tài)，則用戶(hù)只需調(diào)用T4時(shí)刻相對(duì)于T1時(shí)刻的增量數(shù)據(jù)Change(4-1)，與T1時(shí)刻的宗地狀態(tài)進(jìn)行疊加更新，即可更新到T4時(shí)刻宗地的狀態(tài)。

(2) 物理存儲(chǔ)方式

在物理存儲(chǔ)方面，本文將宗地?cái)?shù)據(jù)中的宗地要素封裝在具有唯一標(biāo)識(shí)的對(duì)象中，利用要素表、幾何表和屬性表記錄宗地要素和宗地要素的空間變化，這樣無(wú)論宗地要素發(fā)生多少次變化，在表中只有一條記錄，能夠減少數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)冗余，以圖2中T1—T3時(shí)刻的宗地變化情況為例(如表1、表2、表3所示)。

表1 更新模型要素表

表2 更新模型幾何表

表3 更新模型屬性表

T3時(shí)刻相對(duì)于T1時(shí)刻的增量數(shù)據(jù)，只需要考慮T1—T3時(shí)刻之間(不包括T1，包括T3)發(fā)生變化的宗地要素即可，T3時(shí)刻相對(duì)于T1時(shí)刻的增量數(shù)據(jù)可以表示為

(1)

其中,Change(3-1)表示T3時(shí)刻相對(duì)于T1時(shí)刻的增量數(shù)據(jù);∑new表示在T1—T3時(shí)刻之間新建的宗地總和，如表1中的宗地F；∑delete表示T1—T3時(shí)刻刪除的宗地總和，如表1中的宗地A、B、D。

可以推出Tj時(shí)刻相對(duì)于Ti時(shí)刻的增量數(shù)據(jù)(j>i)

(2)

其中,Change(j-i)表示Tj時(shí)刻相對(duì)于Ti時(shí)刻的增量數(shù)據(jù)；∑new表示在Ti—Tj時(shí)刻之間新建的宗地總和；∑delete表示Ti—Tj時(shí)刻刪除的宗地總和。

(3) 宗地變化對(duì)比查詢(xún)

地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中宗地?cái)?shù)據(jù)可能隨著時(shí)間的變化而不斷發(fā)生變化，一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)有的部分經(jīng)過(guò)了多次更新，有的部分從未被更新，仍然是最初的基態(tài), 歷史數(shù)據(jù)回溯通過(guò)該時(shí)刻所屬的基態(tài)和修改信息來(lái)恢復(fù)該歷史時(shí)刻的全貌[8]。使用版本-增量更新模型要進(jìn)行較多的操作，使用本文提出的基于版本-增量的更新改進(jìn)模型只需直接利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的記錄即可。如圖1中要進(jìn)行T3時(shí)刻和T2時(shí)刻宗地狀態(tài)對(duì)比，如果只利用相對(duì)于基態(tài)的增量變化，則還需要進(jìn)行比較分析才可以得到T3時(shí)刻和T2時(shí)刻的宗地狀態(tài)，當(dāng)如圖2所示進(jìn)行增量的存儲(chǔ)后，只需使用圖2中的Change(3-2)數(shù)據(jù)，就可以得到T3時(shí)刻相對(duì)于T2時(shí)刻的宗地增量情況，宗地變化對(duì)比表如表4所示。

圖2 基于版本-增量的增量更新改進(jìn)模型

3. 更新過(guò)程的實(shí)現(xiàn)

本文的更新過(guò)程為：首先判斷是不是第一次更新，或者說(shuō)是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是否為數(shù)據(jù)庫(kù)中的基態(tài)數(shù)據(jù)(T0時(shí)刻的宗地狀態(tài))，如果是第一次更新，則用基態(tài)數(shù)據(jù)和相對(duì)于基態(tài)數(shù)據(jù)的增量數(shù)據(jù)Change(i-0)進(jìn)行疊加，進(jìn)行第一次更新，更新后的數(shù)據(jù)則表示地籍要素變化后宗地的狀態(tài)，表示為

Amendment(1)={Original,Change(i-0)}

(3)

其中，Amendment(1)表示更新后的宗地?cái)?shù)據(jù)；Original表示基態(tài)數(shù)據(jù)；Change(i-0)表示宗地第i次變化后相對(duì)于基態(tài)數(shù)據(jù)的增量。

表4 宗地變化對(duì)比表

如果宗地發(fā)生了第m次變化(m>i)，如果需要更新到m次變化后的宗地狀態(tài)，則需要用更新后的數(shù)據(jù)Amendment(1)和m次更新后的數(shù)據(jù)相對(duì)于i次更新后數(shù)據(jù)的增量數(shù)據(jù)Change(m-i)相疊加，則得到m次更新后的宗地?cái)?shù)據(jù)，可表示為

Amendment(2)={Amendment(1),Change(m-i)}

(4)

其中，Amendment(2)表示第二次增量更新后的數(shù)據(jù)；Amendment(1)表示上式中第一次更新后的數(shù)據(jù)；Change(m-i)表示第m次變化相對(duì)于第i次變化的增量。

據(jù)式(3)、式(4)可得到一個(gè)適用性的公式為

Amendment(t)=

其中，Amendment(t)表示第t次增量更新后的數(shù)據(jù)；Original表示版本數(shù)據(jù)；Change(i-0)表示第i次變化相對(duì)于宗地?cái)?shù)據(jù)版本數(shù)據(jù)庫(kù)的增量數(shù)據(jù)；Change(m-i)表示第m次變化相對(duì)于第i次變化的增量數(shù)據(jù)(m>i)；Amendment(t-1)表示第t-1次更新后的數(shù)據(jù)，具體更新流程如圖3所示。

圖3 更新流程

圖3右側(cè)具體更新過(guò)程的實(shí)現(xiàn)主要是根據(jù)不同變化類(lèi)型進(jìn)行不同的操作，可將宗地變化分為宗地新建、宗地刪除、宗地合并、宗地分割、公共邊界調(diào)整五種類(lèi)型，然后根據(jù)不同的變化類(lèi)型進(jìn)行不同的更新操作。

三、試驗(yàn)分析

為驗(yàn)證本文所提出的更新模型與方法，本文在Windows環(huán)境下，以Visual Studio 2008為開(kāi)發(fā)工具，集成ArcGIS Engine開(kāi)發(fā)包研制了更新原型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了宗地?cái)?shù)據(jù)的增量更新，更新數(shù)據(jù)的對(duì)比查詢(xún)等功能，以1∶1 000矢量宗地地形圖數(shù)據(jù)進(jìn)行了試驗(yàn)(見(jiàn)圖4)。

圖4中的宗地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了4次變化，其中T1時(shí)刻新建了兩塊宗地，T2時(shí)刻刪除了兩塊宗地，T3時(shí)刻將兩塊宗地合并成了一塊宗地，T4時(shí)刻分別將兩塊宗地進(jìn)行了分割?？梢钥吹礁倪M(jìn)的版本-增量更新模型根據(jù)宗地的變化情況完成了地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中宗地?cái)?shù)據(jù)的增量更新工作。

圖4 更新前后的宗地?cái)?shù)據(jù)對(duì)比

本文提出的增量更新方法由于利用了每次宗地要素變化時(shí)相對(duì)于其之前所有變化的增量數(shù)據(jù)，因此能夠有效地進(jìn)行地籍要素變化對(duì)比的查詢(xún)。

試驗(yàn)結(jié)果顯示在宗地?cái)?shù)據(jù)增量更新過(guò)程中，本文提出的基于版本-增量更新方法的改進(jìn)能很有效地進(jìn)行地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中宗地?cái)?shù)據(jù)的增量更新操作，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文以版本-增量的更新方式為切入點(diǎn)，提出了在宗地?cái)?shù)據(jù)中適用的、基于版本-增量的數(shù)據(jù)更新方法的改進(jìn)方法。試驗(yàn)表明該方法具有一定的實(shí)用價(jià)值，可以應(yīng)用在地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中宗地?cái)?shù)據(jù)的增量更新中。因此，可以得出以下結(jié)論：

1) 本文所提出的基于版本-增量的宗地?cái)?shù)據(jù)更新改進(jìn)算法綜合考慮了宗地要素間的關(guān)系和宗地要素在不同時(shí)期發(fā)生的變化情況，記錄增量數(shù)據(jù)在發(fā)生變化時(shí)相對(duì)于版本以及相對(duì)于其他變化的增量數(shù)據(jù)，能很好地完成宗地?cái)?shù)據(jù)的增量更新工作。

2) 基于版本-增量的宗地?cái)?shù)據(jù)更新改進(jìn)方法，利用了增量數(shù)據(jù)相對(duì)于其他變化的增量數(shù)據(jù)，能有效地進(jìn)行地籍要素的變化對(duì)比查詢(xún)。

但本文提出的增量更新方法也有不足之處：對(duì)于地籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中的點(diǎn)要素和線(xiàn)要素的增量更新還需要進(jìn)一步的研究,這些也將是筆者后續(xù)的研究重點(diǎn)。

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