基于时态的大规模svg格式gis数据快速比对技术的制作方法
【专利摘要】目前，时态GIS数据的存取主要采用的是关系数据库，通过在数据库中添加时间特性达到时态管理的目的，并通过数据库引擎实现和应用的接口，这种传统的时态GIS数据的存取方式效率低下。以SVG格式研究大规模时态GIS数据的增量存取是一种新途径，突破了传统的数据库存取的管理方式，但其难点之一是解决不同时间戳大规模SVG格式GIS数据的快速比对问题。本发明专利在国家自然科学基金的支持下，研究小组经过多年的研究和改进实现了不同级别数据量、不同时间戳的大规模SVG格式GIS数据的快速比对技术，比对结果的差异脚本仅包含两种类型的差异函数，实验验证该技术具有很好的应用价值和前景。
【专利说明】基于时态的大规模SVG格式GIS数据快速比对技术 一、
【技术领域】
[0001] 本发明技术是计算机【技术领域】和地理信息【技术领域】的交叉，通过计算机及其算法 技术研究解决了不同时间戳的大规模（5M以上）SVG格式的时态GIS数据的快速比对问题， 比对结果的差异脚本仅包含两种类型的差异函数，即通过这些差异函数来记录GIS数据从 一个时间戳到另一个时间戳的变化。 二、
【背景技术】
[0002] 空间数据和属性数据构成的GIS称为静态GIS (Static GIS)，是现实世界的一个 "快照"，而对现实世界变化过程及其规律进行研究则要求GIS具有时间特性，如，对环境监 测、天气预报、交通管理、测绘、土地调查等领域随时间变化的GIS进行研究，则称为时态 GIS (temporal GIS)【1，2-3】，时态GIS除具有时间特性外，往往还具有数据量大的特点，即 数据是海量的。目前，时态GIS数据管理通常的做法是扩展关系型的时空数据库，将时间作 为一般属性，根据时间序列组织时空数据库，但存在瓶颈和不足【1】，如，不适应海量数据的 管理，需要引擎支持且影响系统性能等等。面向对象的数据模型在一定程度上解决了时态 GIS数据模型的某些不足，但是00DB (面向对象数据库）仍未在市场以及关键应用领域被广 泛接受，因为00DB作为一个DBMS (数据库管理系统）也还不太成熟，如，缺少完全非过程性 的查询语言以及视图、授权、动态方式更新和参数化性能协调等【4】，且00DB与RDB (关系数 据库）之间缺少应有的兼容性，因而使得大量已建立起来的庞大的RDB客户不敢轻易地去 选择00DB【1】。
[0003] 因此，有必要从其他方面研究时态GIS数据的存取管理。SVG (Scalable Vector Graphics，可缩放的二维矢量图形）格式的推出为GIS的发展带来了无限生机。SVG作为 W3C(World Wide Web Consortium,国际互联网标准组织）制定的一种二维矢量图形格式、 一个开放、通用的标准。它具有以下特点：
[0004] 1)3￥6是完全矢量格式。3￥6支持矢量图形的所有操作【5,6】。
[0005] 2) SVG是XML的一个应用标准。以文本格式来描述地理信息内容，易于编辑、容易 实现非常高效的图形搜索引擎【7,8】。
[0006] 3)具备较好的兼容性。SVG容易集成在Web页中，通过浏览器可以方便的显示SVG 格式的地图。
[0007] 4)提供交互图形功能。可以用脚本控制用户与图形的交互，可以通过脚本编程实 现对图形显示参数的调整，改变图形外观。
[0008] 5)5￥6支持621?压缩。压缩后的5￥62可减少75%?80%，从而减轻了网络传输 负载，加快了地图的显示速度。
[0009] 目前，基于SVG格式的研究和应用已经非常广泛，但主要集中在表现层和中间层 (见说明书附图1)，在时态数据库方面涉及的少【9，10-13】。在文章【5】、【14】、【15】、【16】 和【17】中作者提到版本增量的时态GIS数据管理概念、SVG格式数据的提取以及不同的SVG 格式数据之间比对等思想，为使用SVG存取时态GIS数据奠定了基础。以SVG格式研究大 规模时态GIS数据的增量存取是一种新途径，突破了传统的数据库存取的管理方式，但其 难点之一是解决不同时间戳大规模SVG格式GIS数据的快速比对问题，能否合理并有效地 解决该问题是研究SVG格式的时态GIS数据增量存取的关键。
[0010] 解决不同时间戳大规模SVG格式GIS数据的快速比对涉及的相关技术及需要解决 的问题包括：
[0011] 1)SVG格式语法的理解及定义的扩充，如，各种地理元素的定义、嵌套的关系等。
[0012] 2)大规模（5M以上）SVG格式GIS数据对应的倒状结构树的生成及优化。
[0013] 3)记录不同时间戳SVG格式的GIS数据比对结果的差异脚本文件的生成规则及函 数的定义。
[0014] 4)高效比对算法的实现。 三、
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为SVG格式的GIS架构，是基于时态的大规模SVG格式GIS数据的通用框架。 四、
【发明内容】
1.大规模SVG格式的时态GIS数据规则定义及倒状解析结构树的优化方法
[0016] 由于不同时间戳的大规模SVG格式GIS数据是一种复杂的嵌套结构，且在SVG中 各种地理元素的表示复杂多样，首先必须在SVG格式GIS数据的基础上进行规则定义【20】， 主要包括：
[0017] 1)定义节点集元素（即在某时间戳的SVG格式GIS数据对应的倒状解析结构树 中，从根节点开始将某特定分支中的元素节点、属性节点和文本节点看成一个整体，减少了 比对数组中的元素个数）；
[0018] 2)定义倒状解析结构树的标识规则（在SVG格式GIS数据中主要包括基本图形元 素集，常见框架元素集，和常用属性元素集。总共有26个主要基本元素，可以使用大写字母 A-Z与其一一对应。通过定义标识规则，缩短了元素中属性字符串的长度。）
[0019] 基于以上规则的定义，再对倒状解析结构树进行优化。优化后的结构树的节点数 比原结构树减少了 55%，比DiffX【16】算法的结构树节点数减少了 34%，比DiffS【18， 19】算法的优化后的结构树节点数减少了 23%。解决了 DifTX算法和DifTS算法中的节点 数过多、每个元素的属性字符串过长所导致的排序和查找的时间过长问题。
[0020] 2.数据结构模型的选取及基于优化倒状解析结构树的快速比对方法
[0021] 核心算法模型【20】由生成比对节点集元素集合的子算法模型和生成差异脚本的 子算法模型组成。
[0022] 生成比对节点集元素集合的子算法模型将两个不同时间戳的SVG格式倒装解析 结构树转换成以节点集元素为单元的两个比对数组，并将其中一个数组进行排序，通过遍 历另一个数组中的元素，对已排序的数组进行折半查找，生成匹配节点集元素集合。
[0023] 在生成的匹配节点集元素集合的基础上，首先遍历第一个时间戳的SVG格式GIS 数据对应的优化倒状解析结构树，如果有不在匹配节点集元素集合中的节点，则在比对结 果的差异脚本文件（XML格式）中添加 delete操作；接着遍历第二个时间戳的SVG格式GIS 数据对应的优化倒状解析结构树，如果有不在匹配节点集元素集合中的节点，则在比对结 果的差异脚本文件中添加 insert操作；最终生成由delete和insert两种函数组成的差异 脚本文件。该差异脚本文件可以通过与第一个时间戳的SVG格式GIS数据文件相结合，得 到第二个时间戳的SVG格式GIS数据文件。
[0024] 3.高效算法的实现及验证策略
[0025] 本发明的核心算法模型对应的算法实现过程主要是以算法模型理论为依据。本算 法的时间复杂度为〇(n)【20】，低于现有的最优匹配算法DiffS的时间复杂度O(nlogn)，故 适合对大规模SVG格式GIS数据进行差异匹配。
[0026] 本发明专利的验证采用增量模式策略，增量的同时SVG格式GIS数据的数据量也 按照一定的数量级进行递增。表1对DIFFX、DIFFS和本发明专利的核心算法Ι-DIFFS按照 5M、10M、15M和20M的数量级进行验证的结果。结果证明本发明专利技术的高效性。
[0027] 表1三种算法针对不同大小SVG格式GIS数据的比对时间统计（单位：秒）
【权利要求】
1. 基于时态的大规模SVG格式GIS数据快速比对技术：核心算法模型I-DiffS是建立 在一种新定义的节点集元素和倒装解析结构树的标号规则及其优化之上，由生成匹配节点 集元素集合的子算法模型I-SVG-Match和生成差异脚本的子算法模型I-SVG-DiffScript 组成。
2. 如权利要求1中所述的算法模型，其特征在于，定义了节点集元素，大量地减少了倒 状解析结构树对应的元素个数，缩短了匹配过程。
3. 如权利要求1中所述的算法模型，其特征在于，使用了基于倒状解析结构树的标号 定义规则，使得原本的结构树得到了进一步的优化，减少了排序时间。
4. 如权利要求1中所述的算法模型，其特征在于，时间复杂度为Ο (η)，低于现有的最优 匹配算法模型DiffS的时间复杂度O(nlogn)，适合对大规模SVG格式GIS数据（地图）进 行差异匹配。
5. 如权利要求1中所述的算法模型，其特征在于，比对结果的差异脚本中记录的差异 操作由原本的insert,move和delete三种操作转变成insert和delete两种操作，效率大 大提商。
【文档编号】G06F17/30GK104063406SQ201310097792
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月18日 优先权日:2013年3月18日
【发明者】杜庆峰, 赵亚男, 许家伟 申请人:杜庆峰, 赵亚男, 许家伟