分布式协同计算的GIS技术研究

讨论GIS的基本技术体系,针对GIS应用需要提出以分布式协同计算为基本特征的新一代GIS技术。回顾GIS技术的发展历程及各代GIS技术的基本特征,分析GIS应用需求的发展趋势,提出新一代GIS应具备的基本特征;从空间数据模型、空间查询语言和空间数据分布式计算等方面讨论新一代GIS技术的理论体系,并提出现阶段可行的实现机制;介绍新一代协同计算的分布式GIS软件原型。     

基于时空本体的数据库模型

构建时空本体的出发点是它能显式地表达地理时空数据所蕴含的学科感知知识,能有效实现不同学科间的信息共享.该文从本体论的角度,对动态变化的地理现象和事物概化,并归纳为时空对象本体、时空事件本体和时空过程本体;从数据库的实现角度,对三类本体进行增强型语义描述、概念化模型图论、元组表达和语义增强型查询.该模型注重描述和表达地理现象和事物的动态变化,也注重描述变化成因.最后,应用该模型研究海冰变化,以验证模型的实用性.     

分布式计算环境中的空间查询语言全局解析机制

讨论一种在分布式计算环境中实现基于全局逻辑的空间查询语言解析方法,并给出其实现机制。提出空间查询语言的全局解析模型及等价分布程序的概念,给出将全局空间查询语句解析为等价分布程序的方法。利用该方法能够完成全局空间查询语句到局部查询语句的映射,从而支持空间数据的分布式查询。     

对象关系数据库中的时空索引机制研究

时空数据库是近年来地理信息科学与数据库技术领域研究和应用的热点，其中时空数据模型和时空数据索引技术是时空数据库的关键。为了提高时空数据库查询处理的效率，在基于时间片的连续快照模型基础上，改进了PP-TPR树索引。该索引技术不仅可以处理普通的空间查询（点查询和范围查询），在时间维度上还可以支持单纯时间维度的查询、历史状态查询、预期状态查询以及时空一体化的复杂查询。在实例研究中，采用对象关系数据库PostgreSQL作为时空数据类型和时空数据索引的实现平台，初步验证了上述时空索引技术的有效性和实用性。     

移动点与参考地物时空关系的自然语言描述方法研究

基于分解-组合的思想,首先对移动点的运动轨迹进行细化,并分别对移动点与参考地物目标的时空拓扑关系进行描述,在此基础上综合考虑它们之间的方向关系和距离关系,并对自然语言时空关系进行定义和集成描述。最后,通过实例对移动点运动轨迹进行了自然语言描述和应用分析。文中实现的移动对象运动轨迹的形式化描述方法,可广泛应用于导航系统中,对时空查询、时空分析及时空推理等诸多问题的研究具有重要意义。     

时空数据模型的研究现状与展望

分析了时空表达与建模理论的5个发展阶段:基于静态数据模型扩展、面向对象表达、基于对象变化(事件序列)、时空集成和以过程为核心的时空数据模型;阐述了时空数据模型在时空动态语义、地理时空认知表达和地球信息科学解决的基本问题方面的研究现状,并指出由于现有时空数据模型主要以地理实体存在状态的"对象视图"或"事件视图"(而不是演变特性的"过程视图")作为表达载体,割裂了其内在联系,无法实现复杂地理实体的时空语义描述和动态过程分析。最后,提出以地理实体演变为核心的时空语义描述方法和融入地理对象、变化机制、对象变化的时空动态表达将是时空表达与建模理论的发展趋势。     

递归算法在改进基态修正时空数据模型多级历史回溯中的应用

在对基态修正时空数据模型研究现状和存在问题分析的基础上,以单个GIS空间对象的全生命周期管理为主线,解决其多级历史回溯过程中的效率和展现问题.提出一种改进基态修正时空数据模型的表述方式,并设计双向递归算法,实现空间数据在频繁变化下历史关系的高效检索.使用GIS时态播放器,以动画形式描述变更过程,直观展示空间对象的历史演变关系.最后,以地籍管理中的宗地变更为典型实例,建立应用系统,实现了宗地数据历史关系的有效管理.     

基于P2P的空间数据操作分布技术研究

分布在不同节点的空间数据库通过P2P协作共同完成复杂的空间应用任务。提出一种基于P2P的空间数据操作分布的引擎设计:引擎根据空间应用任务的解析,在P2P网络中动态地选择最佳的执行引擎,通过P2P的消息和通信机制进行协作,共同完成复杂的空间计算和空间查询任务。P2P的执行机制避免了集中式执行引擎带来的网络拥塞和单点失效问题,提高了空间数据资源和计算资源协作的可靠性和可用性。     

空间数据库数据约束系统及其实现

空间数据库模型是构造地理信息系统的关键，如何在空间数据库中定义和实现空间实体间的约束关系直接影响到空间数据的完整性和一致性，是实现通用空间数据库约束系统的关键技术。该文讨论了传统GIS空间数据约束关系实现方法的局限性，提出了一个可扩展的空间数据约束描述和数据更新规则系统，并实现了系统原型。这一可扩展的约束系统将有利于解决GIS的多用户同步操作机制及分布式事务处理的实现问题。     

时态GIS的面向过程语义与HAS表达框架

分析认为时空过程语义兼具连续体和偶发体的双重特性,是对现实世界地理过程的简化与抽象表达。针对对象建模视图和基于事件模型不足以描述过程语义的缺陷,提出了一种显式建模地理过程的HAS表达框架,将过程视图剖分为发生(Happenings)、动作(Actions)与状态(States)三域,分别描述时空过程的起因、行为过程和结果状态。在土地利用管理系统中的应用表明,其能较好地对土地利用变迁过程进行表达,能够通过时空查询实现对土地利用变迁过程的整体复原。     

发展时态GIS的可操作性时空数据模型

当前GIS广泛采用的空间数据模型不足以满足时态GIS发展的需要。该文探讨时态GIS所需的、可操作性时空数据模型,并且以土地利用和交通发展的时空相互作用为例,说明如何设计和实施相关的时空数据模型,用于支持发展时态GIS。     

基于对象关系数据库的时空数据管理研究

现实世界中的地理实体具有空间及时态属性,有效的时空数据管理技术是实现地理信息广泛应用的基础。概括目前时空数据管理的一般策略,给出基于对象关系数据库的时空数据管理结构模型。在此基础上,介绍该模型所涉及的相关技术,并提出完整的模型实现的技术框架,给出时空数据库管理系统的原型实现TSpatialService。实例研究表明,该模型能够很好地支撑时空数据的管理及操纵。     

面向对象的区域规划空间信息时空数据模型

区域规划的空间信息具有动态性和复杂性,面向对象技术作为一种有效的空间数据建模技术,为区域规划空间信息整合提供了思路。本文以面向对象的基本理论和方法为基础,提出采用面向对象技术建立区域规划空间信息时空数据模型,并对所建立的主要地理特征类进行定义与描述。     

空间数据统计分析的思想起源与应用演化

系统总结了空间数据统计分析的发展历程,并分为五个时期：① 早期孕育（计量革命之前）,其重要思想是19世纪初德国的区位论;② 计量革命（1950-1960年代）,主要是经典统计学的应用和理论探索;③ 空间统计学（1970-1980年代）,重点是空间点数据、面数据和空间连续性数据的分析;④ 成熟与扩散（1990-2000年代）,空间数据统计分析发展成熟并快速向其他领域扩散;⑤ 时空大数据（2010年以后）。换句话说,计量革命开始后的空间数据统计分析大约每20年有重要的新技术或方法出现,到现在已经具有成熟、系统化的方法和显著的社会效益。而在当前的时空大数据时期,其发展需要计算机科学家、统计学家和地理学家等不同学科领域人员的共同努力。     

The GRASS GIS temporal framework

The availability of continental and global-scale spatio-temporal geographical data sets and the requirement to efficiently process, analyse and manage them led to the development of the temporally enabled Geographic Resources Analysis Support System (GRASS GIS). We present the temporal framework that extends GRASS GIS with spatio-temporal capabilities. The framework provides comprehensive functionality to implement a full-featured temporal geographic information system (GIS) based on a combined field and object-based approach. A significantly improved snapshot approach is used to manage spatial fields of raster, three-dimensional raster and vector type in time. The resulting timestamped spatial fields are organised in spatio-temporal fields referred to as space-time data sets. Both types of fields are handled as objects in our framework. The spatio-temporal extent of the objects and related metadata is stored in relational databases, thus providing additional functionalities to perform SQL-based analysis. We present our combined field and object-based approach in detail and show the management, analysis and processing of spatio-temporal data sets with complex spatio-temporal topologies. A key feature is the hierarchical processing of spatio-temporal data ranging from topological analysis of spatio-temporal fields over boolean operations on spatio-temporal extents, to single pixel, voxel and vector feature access. The linear scalability of our approach is demonstrated by handling up to 1,000,000 raster layers in a single space-time data set. We provide several code examples to show the capabilities of the GRASS GIS Temporal Framework and present the spatio-temporal intersection of trajectory data which demonstrates the object-based ability of our framework.     

基于Web Service的空间数据共享平台

分析传统GIS软件存在的数据共享、集成困难和应用间互操作复杂的问题,提出了基于Web Service的数据共享平台的简单原型和实现技术。阐述如何基于开放的规范和协议构建开放的数据存储一体化模型,并在此基础上,提出了分布式环境下基于Web Service数据节点集群、互操作方案,以及上层充一的应用开发模式,包括提供以面向对象的思想定义的、构建上层应用的组件支持。重点研究了在空间数据文本化之后数据的索引、查询问题,提出了结合元数据和GML的两阶段数据查询方案。并对该平台下空间数据的语义共享方式做初步探讨。     

面向对象的时空数据模型及其实现技术

在基于时间片的连续快照模型基础上,基于OpenGIS定义的几何类型扩充了时态类型,构建面向对象的时空数据模型,定义其抽象数据类型及相关操作;并采用对象关系数据库PostgreSQL作为实现平台,扩展其存储和查询能力。通过实例验证了上述模型及实现方法的有效性和实用性。     

Why not SQL!

Abstract

The application of traditional database query languages, primarily the Structured Query Language SQL, for geographical information systems (GIS) and other non–standard database applications has been tried unsuccessfully; therefore, several extensions to the relational database query language SQL have been proposed to serve as a spatial query language. It is argued that the SQL framework is inappropriate for an interactive query language for a GIS and an extended SQL is at best a short term solution. Any spatial SQL dialect has a number of serious deficiencies, particularly the patches to incorporate the necessary spatial concepts into SQL.