基于基態(tài)修正模型的歷史數(shù)據(jù)回溯實現(xiàn)方法研究

楊娟 管續(xù)棟

摘要：基態(tài)修正模型，作為時空數(shù)據(jù)模型之一，可用于歷史回溯功能的設(shè)計。鑒于此，利用ArcEngine開發(fā)組件和.Net開發(fā)平臺，結(jié)合基于ArcSDE數(shù)據(jù)庫的連接通道，連接到關(guān)系數(shù)據(jù)庫，再使用其中時空數(shù)據(jù)實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)回溯功能，使數(shù)據(jù)庫能快速準確地回溯到歷史狀態(tài)并顯示在地圖上，便于提供豐富、直觀、對比性強的信息。本文利用ArcEngine進行歷史數(shù)據(jù)回溯開發(fā)，可將功能快速集成到開發(fā)者自定義的應用軟件，從而達到高效、省時、節(jié)約成本的目的

關(guān)鍵詞：歷史數(shù)據(jù)回溯；ArcEngine；基態(tài)修正模型

中圖分類號： P208 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2016）01（a）-0000-00

空間、屬性、時間是地理現(xiàn)象的三個基本特征，也是GIS數(shù)據(jù)庫的三種基本數(shù)據(jù)成分。近年來，隨著以空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的GIS研究和應用的不斷深入，伴隨時間而變化的信息越來越受到人們的關(guān)注，其需求如變更統(tǒng)計、歷史查詢、動態(tài)監(jiān)測及趨勢分析等都在不斷變化。歷史數(shù)據(jù)回溯是指令數(shù)據(jù)庫在給定時間點上，回溯到當時時刻的狀態(tài)，從而為上述需求提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

傳統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)回溯的方式一般為快照方式，即在數(shù)據(jù)庫中僅記錄當前數(shù)據(jù)狀態(tài)，數(shù)據(jù)更新后，將一系列時間片段的數(shù)據(jù)快照保存起來，回溯則讀取對應時間點上的數(shù)據(jù)快照，以反映整個空間特征的狀態(tài)。因快照對未發(fā)生變化的所有特征進行重復存儲，會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)冗余，當事件變化頻繁且數(shù)據(jù)量較大時，系統(tǒng)效率急劇下降。因此，利用基態(tài)修正模型可避免重復記錄未發(fā)生變化部分的特征。

1 基態(tài)修正模型

時空數(shù)據(jù)模型是一種有效組織、管理時態(tài)地理數(shù)據(jù)，屬性、空間和時間語意更完整的地理數(shù)據(jù)模型。近10年來，研究學者提出了不同的時空概念模型，如基于狀態(tài)的特征/關(guān)系表達、基于事件的特征/關(guān)系表達等，這些模型在表達時空數(shù)據(jù)的一體化特性中各有優(yōu)劣。

基態(tài)修正時空數(shù)據(jù)模型，也稱地圖疊加模型，基本思想是首先確定地理現(xiàn)象的初始狀態(tài)，再按一定的時間間隔記錄發(fā)生變化的區(qū)域，通過疊加每次變化的內(nèi)容，得到每次變化的狀態(tài)。由于基態(tài)修正模型只存儲地理現(xiàn)象變化的區(qū)域，因此可大幅度減少數(shù)據(jù)儲存量，縮小數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約儲存空間，如圖1所示簡單描述了基態(tài)修正模型原理。

基態(tài)修正模型又可分為向前版本法和向后版本法。向后版本法是將現(xiàn)用數(shù)據(jù)庫狀態(tài)作為基態(tài)，每次變化后將前一狀態(tài)相對于最新狀態(tài)的變化部分存入變化量集合。該方法是一種較適用的基態(tài)修正方法，也是本文主要用于進行歷史數(shù)據(jù)回溯的方法。

2 歷史數(shù)據(jù)回溯的設(shè)計

歷史數(shù)據(jù)回溯的結(jié)果是符合時間限制條件的基態(tài)記錄（Value_Base）與變化量記錄（Value_Change）的組合，需設(shè)計兩個單獨的數(shù)據(jù)庫分別保存兩個不同性質(zhì)數(shù)據(jù)，即現(xiàn)勢庫（DB_NOW）和歷史庫（DB_HISTORY）。庫中設(shè)計包含表示時間屬性的字段，即ModifyTime和DeleteTime字段。

ModifyTime字段表示記錄修改的時間，此字段的值將在記錄被修改或刪除時保存于DB_NOW。在更新現(xiàn)勢庫記錄前，提取所有即將修改的記錄（變化量），將其從DB_NOW復制到DB_HISTORY中，并將當前系統(tǒng)時間寫入DB_HISTORY相應的DeleteTime字段中，則完成將相對最新基態(tài)的變化量提取到歷史庫的過程，同時也將最新基態(tài)更新到DB_NOW中。DeleteTime字段代表記錄消亡時間，即記錄“消亡”是一時空概念，指在某個確定時間點上的一個記錄產(chǎn)生消亡。

歷史數(shù)據(jù)回溯需指定一個時間點SpecifiedTime，令數(shù)據(jù)庫回溯到相應時間的歷史狀態(tài)。篩選DB_NOW中符合條件“ModifyTime<=SpecifiedTime”的記錄，將這些記錄加入到一個臨時庫（DB_TEMP）。同時，DB_HISTORY的每條符合條件“ModifyTime<=SpecifiedTime And DeleteTime>SpecifiedTime”的記錄也將添加于DB_TEMP，替代DB_NOW，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的回溯。

3 歷史數(shù)據(jù)無極回溯

歷史數(shù)據(jù)無極回溯是將數(shù)據(jù)庫內(nèi)容回滾到時間軸的某個時間點上，以保證數(shù)據(jù)庫內(nèi)容與此時間點上數(shù)據(jù)庫內(nèi)容一致。在用戶拖動時間軸時，無極回溯能快速準確地在地圖控件上動態(tài)顯示對應時間點的回溯內(nèi)容。

本文利用ArcEngine進行歷史數(shù)據(jù)回溯開發(fā)，可將功能快速集成到開發(fā)者自定義的應用軟件，從而達到高效、省時、節(jié)約成本的目的。實驗分析時，結(jié)合符合時間條件的歷史圖層數(shù)據(jù)和現(xiàn)勢圖層數(shù)據(jù)，在地圖上顯示，以重現(xiàn)當時數(shù)據(jù)，再利用ArcSDE創(chuàng)建用戶與關(guān)聯(lián)表到Oracle，運用IProperty接口通過ArcSDE登錄數(shù)據(jù)庫以獲取數(shù)據(jù)庫工作空間，工作空間即在程序中以IWorkSpace接口表現(xiàn)出來。以ArcEngine_Layer類中IFeatureLayerDefinition2接口的DefinitionExpression法作為時間條件，限制表達式的輸入口，將上述限制條件以程序的形式傳遞到DefinitionExpression參數(shù)中，運行程序即可完成功能。

上述方法能在地圖中顯示符合表達式條件的記錄，則省略了將記錄添加到新圖層再顯示的步驟。由于連續(xù)拖動時間軸動作將會對數(shù)據(jù)庫進行大量操作，則操作時必須使用SpatialFilter對整個數(shù)據(jù)創(chuàng)建顯示范圍，如圖2所示的測試數(shù)據(jù)，即選取時間軸上三個不同時間點，經(jīng)測試后所顯示的一定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)快照。結(jié)果表明，此方法快速準確。

4 結(jié)束語

利用ArcEngine組件與ArcSDE連接通道可加快功能模塊的建立，加強對地理信息系統(tǒng)的管理。基于以上技術(shù)的地理信息歷史數(shù)據(jù)回溯功能，可快速準確地將數(shù)據(jù)庫回溯到指定歷史狀態(tài)，適用于地理信息數(shù)據(jù)管理、備份、研究及統(tǒng)計等方面。

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