一种面向动态增量更新的地理空间数据版本管理方法与流程

本发明涉及地理空间数据库，特别是在对多尺度海量地理空间数据实施更新过程中使用的一种面向动态增量更新的地理空间数据版本管理方法。

二、

背景技术：

近年来世界各国测绘与地理信息机构和相关部门陆续建立了1：100万、1：25万、1：5万等大量基础地理信息数据库和其他空间数据成果。随着现实世界的快速发展变化，这些数据成果都面临快速更新和高效管理问题。早期地理空间数据更新主要采用全面更新、整版更新、定期更新等模式，既会造成数据冗余、更新周期长、效率低、成本高等问题，也会导致管理成本增加、维护和查询效率下降。基于数据库的动态增量更新在缩短更新周期、提高更新效率、减少数据冗余等方面具有突出优势，而实现面向数据库动态增量更新的地理空间数据高效管理方法非常必要。为解决现有多时态地理空间数据更新管理中存在的大量多时态数据存储冗余、组织管理不够科学高效、查询调度效率低下等问题，本发明提出一种面向动态增量更新的地理空间数据版本管理方法。

三、

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提供一种面向动态增量更新的地理空间据版本管理方法，实现基于空间数据库的动态增量更新中多时态地理空间数据更新成果的高效存储与管理。

其解决的技术方案是：首先基于版本管理机制建立多时态地理空间数据库，按照5年更新周期和年度区间更新两级版本模式进行组织管理，对原始数据动态更新处理后生成具有时态、版本状态标识的增量包，通过版本合并和冲突处理完成增量数据包入库，将所有增量数据按照5年更新周期和年度区间更新两级版本模式管理维护，并在两级时态版本索引基础上叠加操作状态版本索引、空间几何索引(如四叉树)实施多时态空间数据快速查询检索。本发明能有效提高面向动态增量更新的多时态地理空间数据组织管理水平和查询检索效率。

其实现步骤如下：

1、建立基于版本管理机制的多时态地理空间数据库，扩展版本标识和更新状态属性字段，建立一系列多时态管理元数据表；

2、整合基础地理信息数据入库，构建基态修正后的地理空间数据库；

3、启动5年周期的地理空间数据更新和管理：以5年作为一个完整的地理空间数据更新管理周期，以周期内第1年初数据状态为基态修正数据，从第1年度开始至第5年度结束，逐年度实施年度增量更新管理，周期结束后形成一个完整版历史空间数据库，作为下一周期更新的初始数据；

4、启动5年更新与管理周期下的年度区间动态增量更新管理：在5年周期内的每一年度区间实施不定期、实时化、动态化增量更新，更新采用服务器-客户端模式部署，通过版本合并等方式完成增量更新数据包的提交，每一年度结束后将历次动态更新增量数据汇总形成年度增量数据包转入下一年度；

5、实施基于5年周期-年度区间索引并叠加操作状态版本索引、空间几何索引构成混合时空索引的多时态空间数据快速查询检索。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、增量更新过程一方面从地理空间数据库检出待更新的完整数据包，另一方面提交更新处理后生成的增量更新数据包，所处理和提交的数据规模小、操作效率高，降低了数据库受损风险，增强了恢复机制；

2、基态版本和增量版本两级版本模式将多时态数据库划分为现势数据库和若干历史数据库，通过5年为一个完整历史数据库、每年度一个完整增量包的组织模式，对现势数据库和历史数据库进行了大幅度瘦身，极大节约了数据存储空间；

3、5年更新管理周期形成一个完整历史数据库、每年度构成一个年度增量数据包，这种划分模式构成了5年周期-年度两级索引模式，并叠加操作状态版本索引和已有空间几何索引构成了混合时空索引，提高了时空数据查询检索效率，有利于数据快速获取和多时序分析应用。

四、附图说明

图1是本发明方法设计流程图。

图2是5年周期-年度版本管理流程图。

图3是多时态数据库组织和查询检索模式。

图4 1：5万基础地理信息数据动态增量更新管理流程。

五、具体实施方式

以下结合附图对本发明的一种面向动态增量更新的空间数据版本管理方法的具体实施方式作详细说明。

由图1给出，本发明是通过以下步骤实现的：

1、建立融合版本管理机制的多时态空间数据库结构，扩展版本标识和更新状态属性字段，建立一系列多时态管理元数据表。

针对空间数据库扩展设计基态版本、历史版本和年度时态的两级管理模式，将空间数据库划分为现势数据库和5年一个周期的历史数据库，建立具有版本扩展信息的空间数据结构，使其成为多时态版本数据库。地理实体要素数据集在原有属性项的基础上扩展空间实体要素时态版本标识Datetimes(如：2005/10/12 12：32：21)和操作状态版本标识Vers(如：增加、删除、修改)属性字段，用来记录要素编辑更新后的时态和状态版本信息；构建面向时态数据库中现势数据库元数据表、历史数据库元数据表、年度增量数据包元数据表等一系列数据表，分别用来标识管理每个5年更新周期下形成的现势库和历史库描述信息，标识5年周期内5个年度中每一年度区间实施的地理实体要素更新变化统计信息。

2、整合基础地理信息数据入库，构建经过基态修正后的第1版空间数据库；此步骤涉及数据格式转换、数学基础统一、地理要素数据版本基本化标识、质量检查等环节，不是本发明的主要内容，不做详细介绍。

3、启动基于5年周期的空间数据更新和管理

(1)以5年为一个周期实施高一级的数据更新组织版本管理。若第1次启动5年更新管理周期，从第1版空间数据检出空间数据库作为本周期第1年初始版本数据，在此基础上连续实施5个年度区间的动态增量更新管理；若启动后续的5年版本管理周期时，从上一个5年周期完成后形成的完整历史数据库检出空间数据库作为本周期初始版本数据，开始实施本周期5个年度各年度区间内的动态增量更新；

(2)每个5年版本管理周期结束后，将本周期内初始时基态数据和最终的增量更新数据包相加形成本周期的完整历史数据库，如下式；

$GDB\left(V_i\right)=GDB\left(V_{i-1}\right)+\underset{n=1}{\overset{5}{\Σ}}\mathrm{\Δ}GDB\left(y_n\right)$

其中，GDB(V_i)代表本周期结束时的完整现势数据库，V_i代表本周期数据库版本标识，GDB(V_i-1)代表上一5年周期形成的完整历史数据库，也是本周期开始时的基态版本数据库，V_i-1代表上一5年周期的版本标识；ΔGDB(y_n)代表本周期5个年度中任一年度累积完成的动态增量更新包，y_n代表本周期中任意一年度；

(3)上一5年更新周期结束后，形成的历史数据库自动检出下一5年周期更新所需的初始版本数据库，移植并存储至新周期数据库中，同时年度区间更新状态自动切换至新周期。

4、启动5年更新与管理周期下的年度区间动态增量更新管理

如附图2所示，启动一个5年更新管理周期后，从该周期第1年度起依次实施年度区间内的更新管理。年度区间更新管理属于一种不定期的实时动态增量更新管理，基于版本化机制和面向多人多机协同式作业模式下的并发机制，年度内动态增量更新与管理在数据库服务端和生产更新客户端部署展开。每年度更新数据仅对上一年度更新数据包基础上进行增量存储，未发生更新的空间数据并不重复存储。具体做法如下：

(1)数据库服务端从多时态空间数据库检出带有版本状态标识的待更新数据工作库下发至生产更新端，生产更新端完成多源更新数据融合、人工编辑处理等更新处理，生成带有时间和更新操作状态标记的增量更新数据包；

(2)增量更新数据包提交至数据库服务端，通过版本合并和版本冲突，将增量更新数据导入到年度增量版本数据库下，完成增量更新数据包检入；

(3)本年度结束后，年度内完成的多次不定期动态更新成果累计形成本年度增量更新数据包，自动转入下一年度更新。

$\mathrm{\Δ}GDB\left(y_i\right)=\mathrm{\Δ}GDB\left(y_{i-1}\right)+\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ΔGDB}}_{vj}$

其中，y_i代表本年度，ΔGDB(y_i)代表本年度结束时取得的增量更新包；y_i-1代表上一年度，ΔGDB(y_i-1)代表上一年度完成的增量更新包，也是本年度初开始更新时的初始数据包；ΔGDB_vj代表本年度任意一次完成的动态增量更新包，j＝1，2，...，n，n指本年度一共更新的次数。

5、实施基于5年周期-年度区间索引并叠加操作状态版本索引、空间几何索引构成混合时空索引的多时态空间数据快速查询检索

如附图3所示，多时态空间数据库由一个最新现势库和若干历史库组成。最新现势库是指当前年份处于最新的5年更新管理周期内所属的完整版数据库，数据库中所管理的空间数据既包括当前最新版本，也包括本年度乃至历史年度被更新过的历史数据。

历史数据库是指当前最新5年周期之前的每个5年周期所对应的完整空间数据库，每个历史库中既包括本周期第1年初为基线开始时的原始基态版本空间数据，也包括经过历次更新后所累积的多个历史版本空间数据，这两种数据构成该周期历史阶段对应的完整空间数据库。

基于5年周期-年度区间组织管理模式的多时态数据库具有优秀的空间查询检索效率，将基于5年周期-年度区间索引、操作状态版本索引并叠加几何空间索引构成了混合时空索引，实施多时态数据查询检索。例如查询最新的空间数据时，只需用空间几何索引精确筛选现势库中版本最新的空间实体要素即可；查询某一时间切片的历史数据时，首先基于第1级5年周期索引判断所属历史库，其次基于第2级年度索引定位至所属年度数据包并且定位至该时间切片对应的版本数据，在此基础上叠加空间几何索引快速查找满足该时间要求的空间要素数据。

实施例

以面向1：5万基础地理信息动态增量更新及版本管理为例，如附图4所示，数据管理单位根据各生产单位的更新任务范围，从多时态空间数据库中检出待更新的地理信息数据，分发至各生产单位的地理信息数据子库；各数据生产单位基于地理信息生产更新软件和多源现势性资料通过数据转换、采集编辑和综合处理等手段进行地理信息数据的生产更新，标定时态和状态变化信息，如新增、修改和删除等变化信息，形成增量数据包；数据生产单位将增量数据包提交至数据管理单位，数据管理单位根据要素实体标识确定更新数据与被更新数据间的关系，进行版本合并、版本冲突解决等完成增量数据包的检入。