薛存金，董慶

（中國(guó)科學(xué)院數(shù)字地球重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心，北京 100094）

隨著“數(shù)字海洋”戰(zhàn)略的提出與實(shí)施，海洋信息系統(tǒng)的基本理論（W right et al，1999；蘇奮振等，2004；Su etal，2006）與系統(tǒng)平臺(tái)（楊曉梅等，2002；杜云艷等，2004；陳戈等，2004）的研究逐漸成為研究熱點(diǎn)，且其關(guān)鍵性技術(shù)也日臻完善 （蘇奮振 等，2004；Su et al，2006；鄭彥鵬等，2007）。但海洋信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究：海洋數(shù)據(jù)模型的研究卻相對(duì)滯后，嚴(yán)重制約了海洋主題應(yīng)用的分析與“數(shù)字海洋”戰(zhàn)略的進(jìn)一步實(shí)施。

海洋數(shù)據(jù)模型是海洋數(shù)據(jù)組織與分析的靈魂，也是海洋信息系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)。早期的海洋數(shù)據(jù)組織與存儲(chǔ)基于靜態(tài)的GIS數(shù)據(jù)模型（杜云艷等，2003；季民 等，2004；蘇天等，2005；黃林叢等，2006），無(wú)法表達(dá)動(dòng)態(tài)變化的海洋實(shí)體。隨著對(duì)海洋數(shù)據(jù)的多重特性的研究（Wright et al，1997；蘇奮振 等，2006a），發(fā)展了多種海洋數(shù)據(jù)模型（邵全琴，2001；仉天宇 等，2003；Wright etal，2007），解決了動(dòng)態(tài)變化的海洋實(shí)體的組織與表達(dá)。但該類數(shù)據(jù)模型隔離了其內(nèi)在聯(lián)系，無(wú)法解決海洋實(shí)體連續(xù)動(dòng)態(tài)變化的問(wèn)題，尤其是動(dòng)態(tài)變化模式與內(nèi)在變化規(guī)律及機(jī)制的問(wèn)題。

近年來(lái)，針對(duì)連續(xù)動(dòng)態(tài)變化的問(wèn)題，過(guò)程的思想被引入信息系統(tǒng)的構(gòu)建與數(shù)據(jù)模型的研究。Clarmunt等（1997）討論了時(shí)空過(guò)程的基本類型及基本時(shí)空過(guò)程的表達(dá)模式；過(guò)程信息系統(tǒng)闡述了時(shí)空過(guò)程的基本概念、范疇、框架體系及時(shí)空過(guò)程功能（蘇奮振 等，2006b）；時(shí)空過(guò)程的梯形分級(jí)描述框架根據(jù)時(shí)空粒度的差異，把時(shí)空演變過(guò)程分級(jí)抽象為4級(jí)分級(jí)描述單位（謝炯 等，2007；薛存金 等，2010）。上述研究為海洋時(shí)空過(guò)程數(shù)據(jù)模型的過(guò)程語(yǔ)義、分級(jí)抽象、過(guò)程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究及原型系統(tǒng)的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

基于上述討論，本文在海洋實(shí)體或現(xiàn)象過(guò)程特性與海洋數(shù)據(jù)過(guò)程組織分析的基礎(chǔ)上，提出海洋時(shí)空過(guò)程數(shù)據(jù)模型思想，對(duì)海洋時(shí)空過(guò)程語(yǔ)義、海洋實(shí)體或現(xiàn)象的連續(xù)漸變表達(dá)機(jī)制及海洋數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討，并構(gòu)建海洋時(shí)空過(guò)程數(shù)據(jù)模型原型系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)海洋實(shí)體或現(xiàn)象的過(guò)程化分析與應(yīng)用。海洋時(shí)空過(guò)程數(shù)據(jù)模型的研究及其應(yīng)用，一方面彌補(bǔ)了時(shí)空數(shù)據(jù)模型在連續(xù)動(dòng)態(tài)變化表達(dá)上的不足，另一方面實(shí)現(xiàn)了海洋實(shí)體或現(xiàn)象的過(guò)程化組織與分析，為海洋實(shí)體或現(xiàn)象的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及規(guī)律的揭示奠定基礎(chǔ)。

1 海洋現(xiàn)象的過(guò)程特性

海洋現(xiàn)象時(shí)刻發(fā)生變化，具有“高速”動(dòng)態(tài)特性。且海洋現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)變化，從其產(chǎn)生至消亡的生命周期內(nèi)，是漸變連續(xù)的，呈現(xiàn)過(guò)程特性，與陸地上的瞬時(shí)變化（離散事件）存在明顯差異，主要區(qū)別為：（1）海洋現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)性要比陸地上的動(dòng)態(tài)性更加劇烈；（2）海洋現(xiàn)象的變化是漸變的過(guò)程，有其產(chǎn)生、成熟和消亡的生命階段；而陸地上的變化是事件性的，事件一旦發(fā)上，則變化完成；（3）海洋現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)性及變化的連續(xù)性具有時(shí)空過(guò)程特性。海洋現(xiàn)象的前后時(shí)刻（階段）的空間、屬性信息存在明顯差異，但又內(nèi)在聯(lián)系。比如渦旋，上一時(shí)刻（階段）與下一時(shí)刻（階段）渦旋的中心、邊界、面積、渦度等都會(huì)發(fā)生變化，而且每個(gè)要素的變化都具有時(shí)態(tài)前后的連續(xù)性，且每一要素對(duì)渦旋的時(shí)空分析都至關(guān)重要。

海洋現(xiàn)象的過(guò)程特性是海洋數(shù)據(jù)的GIS存儲(chǔ)組織設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，基于離散事件（謝炯 等，2007；薛存金 等，2010）或離散過(guò)程 （蘇奮振 等，2006b）的時(shí)空數(shù)據(jù)模型都無(wú)法從根本上解決海洋數(shù)據(jù)的表達(dá)與分析，因而，需要以過(guò)程為核心進(jìn)行海洋數(shù)據(jù)的GIS組織。

2 海洋數(shù)據(jù)的過(guò)程組織

海洋現(xiàn)象的過(guò)程特性與GIS數(shù)據(jù)的離散存儲(chǔ)存在矛盾，因而，海洋數(shù)據(jù)的過(guò)程存儲(chǔ)前必須進(jìn)行時(shí)態(tài)離散化。離散的時(shí)態(tài)海洋數(shù)據(jù)信息與海洋現(xiàn)象的時(shí)間尺度密切相關(guān)，適宜的時(shí)間尺度的確定對(duì)海洋數(shù)據(jù)的過(guò)程化組織至關(guān)重要。海洋現(xiàn)象過(guò)程的生命周期階段：產(chǎn)生、發(fā)展、穩(wěn)定、消弱、消亡階段為海洋過(guò)程數(shù)據(jù)的離散化提供了時(shí)態(tài)間隔參考，根據(jù)具體的主題應(yīng)用，利用時(shí)空聚合或插值實(shí)現(xiàn)適宜時(shí)態(tài)間隔的確定。此外，根據(jù)現(xiàn)象的過(guò)程特性，采用事件、規(guī)則、動(dòng)力模型等多種演變機(jī)制，進(jìn)行離散的時(shí)態(tài)海洋數(shù)據(jù)信息間關(guān)聯(lián)組織，從而實(shí)現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)的GIS過(guò)程組織，其BNF范式如下：

＜Process＞：：= ＜PID＞＜PType＞ ＜ProcessStageID＞＜PTime（ts，te）＞＜PFunctions＞＜ PConstraints＞

其中，Process：組織的海洋對(duì)象過(guò)程；PID：海洋對(duì)象過(guò)程的唯一標(biāo)識(shí)符；PType：海洋對(duì)象過(guò)程類型，簡(jiǎn)單過(guò)程與復(fù)雜海洋對(duì)象過(guò)程，復(fù)雜海洋對(duì)象過(guò)程是簡(jiǎn)單過(guò)程的復(fù)合；＜ProcessStageID＞：：=＜ProductID＞＜ Expand ID＞＜ StableID＞＜ Shrink ID＞＜DestroyID＞：海洋對(duì)象過(guò)程內(nèi)部的子過(guò)程：產(chǎn)生、發(fā)展、穩(wěn)定、消弱、消亡子過(guò)程的唯一標(biāo)示符，子過(guò)程共同構(gòu)成海洋對(duì)象過(guò)程；PTime（ts，te）：海洋對(duì)象過(guò)程的生命周期，用來(lái)刻畫(huà)海洋對(duì)象產(chǎn)生和消亡的時(shí)態(tài)信息；PFunctions：海洋對(duì)象過(guò)程操作，包括海洋事件、規(guī)則、動(dòng)力模型、時(shí)空插值、時(shí)空聚合函數(shù)等，用來(lái)刻畫(huà)海洋過(guò)程對(duì)象間的關(guān)系及內(nèi)部演變序列；PConstraints：海洋對(duì)象過(guò)程的時(shí)空約束條件。

海洋對(duì)象過(guò)程的生命周期階段（子過(guò)程）具有相同的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，其BNF范式如下：

＜SubProcess＞：：= ＜SPID＞＜ Space（x，y，z，t）＞＜Attributes（a，t）＞＜ Time（ts，te）＞ ＜Pre，Next＞

其中，SubProcess：海洋對(duì)象過(guò)程的子過(guò)程：產(chǎn)生、擴(kuò)展、穩(wěn)定、消弱和消亡子過(guò)程；＜SPID：：=＜ ProductID|Expand ID|StableID|ShrinkID|DestroyID＞：海洋對(duì)象子過(guò)程唯一標(biāo)識(shí)符；Space：子過(guò)程對(duì)象的空間信息（x，y，z）描述，及其隨時(shí)間t變化的空間特性描述；Attributes：子過(guò)程對(duì)象的屬性信息（a）描述，及其隨時(shí)間t變化的非空間屬性描述；Time：對(duì)象的時(shí)態(tài)性描述，記錄子過(guò)程的生命周期；＜Pre，Next＞：子過(guò)程上一子過(guò)程與下一子過(guò)程指針，用來(lái)刻畫(huà)過(guò)程間的內(nèi)在聯(lián)系。當(dāng) SPID為 ProductID時(shí)，Pre指向 NULL，Next指向Expand ID；當(dāng)SPID為DestroyID時(shí)，Pre指向ShrinkID，Next指向NULL。

3 基于過(guò)程的海洋時(shí)空數(shù)據(jù)模型

3.1 海洋時(shí)空過(guò)程語(yǔ)義

在地球信息科學(xué)領(lǐng)域，海洋時(shí)空定義為海洋領(lǐng)域空間范圍內(nèi)時(shí)間演變序列，海洋過(guò)程定義為海洋現(xiàn)象或?qū)嶓w在整個(gè)生命周期內(nèi)的連續(xù)漸變序列，同時(shí)結(jié)合 Clarmunt等 （1997）、蘇奮振等 （2006b）和薛存金等（2010）的時(shí)空過(guò)程思想，則海洋時(shí)空過(guò)程定義為海洋領(lǐng)域內(nèi)具有生命周期的連續(xù)漸變的海洋實(shí)體或現(xiàn)象的一種概念抽象。其內(nèi)涵可從以下幾方面理解：

（1）海洋時(shí)空過(guò)程是對(duì)滿足特定條件的實(shí)體或現(xiàn)象的概念抽象，在現(xiàn)實(shí)世界中并不存在地理實(shí)體或現(xiàn)象與之對(duì)應(yīng)。比如，海洋鋒和渦旋并不是海洋時(shí)空過(guò)程，但在其完整的生命周期內(nèi)可抽象為海洋時(shí)空過(guò)程，可采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)與過(guò)程的BNF范式進(jìn)行組織；

（2）海洋時(shí)空過(guò)程具有連續(xù)漸變的過(guò)程特性。這種過(guò)程不是特定的突發(fā)事件序列（Clarmunt et al，1997；Taciana etal，2004），也不是離散過(guò)程（謝炯等，2007）。利用離散事件序列或基于事件的數(shù)據(jù)模型（Peuquetetal，1995；李勇等，2007）組織海洋過(guò)程數(shù)據(jù)，會(huì)造成信息丟失，且無(wú)法揭示其內(nèi)在的演變規(guī)律。這是海洋數(shù)據(jù)模型構(gòu)建的背景，也是其必須考慮的核心內(nèi)容；

（3）海洋時(shí)空過(guò)程的外在表現(xiàn)形式是海洋實(shí)體或現(xiàn)象連續(xù)漸變序列，信息能量的漸變則是其內(nèi)在本質(zhì)，需要海洋動(dòng)力模型、海洋事件機(jī)制、海洋時(shí)空操作等實(shí)現(xiàn)；

（4）海洋時(shí)空過(guò)程具有完整的生命周期：產(chǎn)生、發(fā)展、穩(wěn)定、消弱、消亡五個(gè)階段，且在不同的生命階段，信息能量的漸變機(jī)制不同。

海洋時(shí)空過(guò)程的內(nèi)涵表明，構(gòu)建的海洋數(shù)據(jù)模型滿足：（1）刻畫(huà)海洋實(shí)體或現(xiàn)象的連續(xù)漸變特性；（2）記錄海洋實(shí)體或現(xiàn)象的連續(xù)漸變機(jī)制；與（3）包括海洋過(guò)程各個(gè)階段的空間、時(shí)態(tài)、時(shí)空與過(guò)程的操作。

3.2 連續(xù)漸變表達(dá)機(jī)制

海洋現(xiàn)象的連續(xù)漸變表達(dá)是海洋數(shù)據(jù)模型構(gòu)建的核心內(nèi)容，其實(shí)現(xiàn)依靠海洋過(guò)程對(duì)象的分級(jí)抽象與逐級(jí)包含的思想和海洋過(guò)程內(nèi)部的演變機(jī)制的實(shí)施。

海洋過(guò)程對(duì)象的生命演化包括產(chǎn)生、擴(kuò)展、穩(wěn)定、消弱與消亡階段，稱之為生命周期階段。生命周期階段有若干個(gè)演變序列構(gòu)成，演變狀態(tài)則是演變序列的載體。生命周期階段間、演變序列間、演變狀態(tài)間通過(guò)過(guò)程對(duì)象的演變機(jī)制關(guān)聯(lián)，形成逐級(jí)包含的時(shí)空過(guò)程-生命周期階段-演變序列-演變狀態(tài)的分級(jí)結(jié)構(gòu)。從面向?qū)ο蠹夹g(shù)與數(shù)據(jù)組織的角度分析，分級(jí)結(jié)構(gòu)的海洋過(guò)程對(duì)象分級(jí)抽象為：過(guò)程對(duì)象、階段對(duì)象、序列對(duì)象與狀態(tài)對(duì)象（圖1）。海洋過(guò)程內(nèi)部的演變是信息能量的演變，可采用海洋動(dòng)力模型、海洋事件機(jī)制、海洋時(shí)空操作等實(shí)現(xiàn)機(jī)制的形式化表達(dá)。從模型構(gòu)建的角度分析，演變機(jī)制統(tǒng)一化為時(shí)空函數(shù)，并內(nèi)置于模型內(nèi)部。

圖1 過(guò)程對(duì)象抽象及其關(guān)系

過(guò)程對(duì)象的分級(jí)抽象與逐級(jí)包含刻畫(huà)了過(guò)程對(duì)象內(nèi)部的層次結(jié)構(gòu)與序列關(guān)系，是過(guò)程內(nèi)部動(dòng)力模型、事件機(jī)制與時(shí)空操作設(shè)計(jì)的前提，為連續(xù)漸變表達(dá)機(jī)制的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。過(guò)程對(duì)象的ADT存儲(chǔ)類型結(jié)構(gòu)中的時(shí)空算子則是實(shí)現(xiàn)連續(xù)漸變表達(dá)機(jī)制的函數(shù)接口。因而，構(gòu)建的海洋數(shù)據(jù)模型利用過(guò)程對(duì)象的分級(jí)抽象與逐級(jí)包含和過(guò)程對(duì)象的演變機(jī)制隱式記錄海洋現(xiàn)象的連續(xù)漸變，而在底層存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中提供連續(xù)漸變機(jī)制實(shí)現(xiàn)的函數(shù)接口，從而實(shí)現(xiàn)海洋現(xiàn)象的過(guò)程對(duì)象與連續(xù)漸變機(jī)制的存儲(chǔ)與表達(dá)。

3.3 海洋時(shí)空過(guò)程數(shù)據(jù)模型的組織結(jié)構(gòu)

如前所述，基于過(guò)程的海洋對(duì)象組織結(jié)構(gòu)不僅包括海洋過(guò)程對(duì)象系列，還包括海洋過(guò)程對(duì)象間的關(guān)聯(lián)關(guān)系（包含關(guān)系與序列關(guān)系）和海洋過(guò)程對(duì)象的演變機(jī)制。海洋過(guò)程對(duì)象采用過(guò)程對(duì)象集表達(dá)，分別為過(guò)程對(duì)象（STPObject）、過(guò)程階段對(duì)象（STPProduceObject、STPExpandObject、STPStableObject、STPShrinkObject、STPDestroyObject）、過(guò)程序列對(duì)象（STPSequneceObject）與過(guò)程狀態(tài)對(duì)象（StateObject）；海洋過(guò)程關(guān)聯(lián)關(guān)系用關(guān)聯(lián)集表達(dá)，記為RelationshipOfSTPObject；海洋過(guò)程對(duì)象的演變機(jī)制采用函數(shù)集STOperators表達(dá)，并集成于過(guò)程對(duì)象內(nèi)部。圖2給出海洋過(guò)程對(duì)象的組織結(jié)構(gòu)。

海洋過(guò)程對(duì)象系列對(duì)應(yīng)于底層存儲(chǔ)的過(guò)程對(duì)象的對(duì)象-關(guān)系表，過(guò)程對(duì)象的空間、時(shí)態(tài)與屬性信息采用抽象數(shù)據(jù)類型（Abastact Data Type，ADT）存儲(chǔ)。不同的過(guò)程對(duì)象具有不同的ADT數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)，分別為：ProcessObjectADT、ProcessStageObjectADT、 ProcessSequenceObjectADT 和 ProcessStateObjectADT。海洋過(guò)程對(duì)象演變機(jī)制的函數(shù)集內(nèi)置于ADT內(nèi)部，負(fù)責(zé)提供演變機(jī)制的函數(shù)接口。過(guò)程對(duì)象間關(guān)聯(lián)關(guān)系采用關(guān)系表（RelationshipOfSTPObject）存儲(chǔ)，以過(guò)程對(duì)象ID（PID、StageID、SequenceID）實(shí)現(xiàn)過(guò)程對(duì)象間的關(guān)聯(lián)。圖3給出海洋時(shí)空過(guò)程數(shù)據(jù)模型基于海洋過(guò)程對(duì)象集、關(guān)聯(lián)集與函數(shù)集的存儲(chǔ)視圖結(jié)構(gòu)。

圖2 過(guò)程對(duì)象及其關(guān)系的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

圖3 海洋過(guò)程數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)視圖結(jié)構(gòu)

過(guò)程對(duì)象表（ProcessObjectTable）存儲(chǔ)過(guò)程對(duì)象的元數(shù)據(jù)信息，包括過(guò)程名稱及其時(shí)態(tài)信息，而過(guò)程的空間與屬性信息存儲(chǔ)在過(guò)程對(duì)象存儲(chǔ)表（ObjectStorageTable）中，兩者通過(guò)過(guò)程ID關(guān)聯(lián)。過(guò)程階段對(duì)象表（StageObjectTable）存儲(chǔ)過(guò)程階段對(duì)象的元數(shù)據(jù)信息，包括過(guò)程階段對(duì)象的ID及前一階段與后一階段的ID、過(guò)程階段對(duì)象的時(shí)態(tài)信息與過(guò)程階段的特性標(biāo)識(shí)。過(guò)程階段對(duì)象的空間與屬性信息存儲(chǔ)在ObjectStorageTable中，兩者通過(guò)過(guò)程階段ID關(guān)聯(lián)。過(guò)程對(duì)象關(guān)系表（ObjectRelatedTable）通過(guò)過(guò)程ID與過(guò)程階段ID關(guān)聯(lián)過(guò)程對(duì)象表與過(guò)程階段對(duì)象表，保證了過(guò)程對(duì)象的連續(xù)漸變性；狀態(tài)時(shí)間表（StateTimeTable）通過(guò)過(guò)程ID與過(guò)程階段對(duì)象ID的關(guān)聯(lián)，存儲(chǔ)過(guò)程對(duì)象與過(guò)程階段對(duì)象的時(shí)態(tài)信息。對(duì)象標(biāo)識(shí)表（Object－TagTable）關(guān)聯(lián)ObjectStorageTable與過(guò)程ID或過(guò)程階段ID，保證了過(guò)程對(duì)象或過(guò)程階段對(duì)象的空間、屬性與時(shí)態(tài)信息的一體化存儲(chǔ)與分析。過(guò)程對(duì)象存儲(chǔ)表是過(guò)程對(duì)象或過(guò)程階段對(duì)象的存儲(chǔ)載體，存儲(chǔ)過(guò)程對(duì)象的屬性與空間信息。從地球信息科學(xué)的角度分析，海洋過(guò)程對(duì)象的空間信息要么基于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的點(diǎn)、線、面、體進(jìn)行組織，要么基于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的像元進(jìn)行組織，但無(wú)論是何種形式，都可抽象為同一的對(duì)象結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于基于柵格類型的對(duì)象結(jié)構(gòu)，其屬性信息標(biāo)示在柵格像元上，對(duì)于基于矢量類型的對(duì)象結(jié)構(gòu)，屬性信息標(biāo)示在對(duì)象的特征要素上。此外，過(guò)程階段對(duì)象表隱式地存儲(chǔ)過(guò)程對(duì)象的連續(xù)漸變表達(dá)機(jī)制實(shí)現(xiàn)接口，即函數(shù)類型（事件、動(dòng)力模型與時(shí)空插值）接口，而在外部應(yīng)用程序負(fù)責(zé)連續(xù)漸變機(jī)制的具體實(shí)現(xiàn)。

4 原型系統(tǒng)構(gòu)建及其功能分析

4.1 原型系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)流程

原型系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示。

圖4 原型系統(tǒng)技術(shù)流程

原型系統(tǒng)構(gòu)建包括海洋時(shí)空過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)（MarineSTPDMGDB）構(gòu)建和系統(tǒng)功能平臺(tái)（MDMProtoTypeSystem）的 研 發(fā) 。MarineST PDMGDB負(fù)責(zé)海洋時(shí)空數(shù)據(jù)的過(guò)程化組織與存儲(chǔ)，其基于Geodatabase9.2時(shí)空對(duì)象擴(kuò)展組織存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖5所示；而MDMProtoTypeSystem負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)海洋現(xiàn)象的時(shí)空功能的分析及進(jìn)一步演變規(guī)律的揭示，其功能框架結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖5 M arineSTPDMGDB中數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)

圖6 MDMProtoTypeSystem功能框架

原型系統(tǒng)構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)包括海洋數(shù)據(jù)對(duì)象組織、海洋數(shù)據(jù)過(guò)程組織與海洋過(guò)程數(shù)據(jù)引擎。海洋數(shù)據(jù)的對(duì)象組織負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)海量多源異質(zhì)的海洋數(shù)據(jù)集到海洋對(duì)象數(shù)據(jù)集的轉(zhuǎn)換；過(guò)程對(duì)象組織包括海洋對(duì)象數(shù)據(jù)集的過(guò)程對(duì)象的分級(jí)抽象與過(guò)程化組織存儲(chǔ)；過(guò)程數(shù)據(jù)引擎負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)與功能平臺(tái)之間過(guò)程對(duì)象的封裝。

4.2 原型系統(tǒng)功能分析

原型系統(tǒng)4個(gè)功能模塊框架結(jié)構(gòu)（圖6）中，過(guò)程對(duì)象獲取是查詢、分析及可視化功能實(shí)現(xiàn)的前提，由于底層數(shù)據(jù)庫(kù)MarineSTPDMGDB直接存儲(chǔ)過(guò)程狀態(tài)對(duì)象，而過(guò)程階段對(duì)象、過(guò)程對(duì)象的存儲(chǔ)依靠對(duì)象關(guān)系表實(shí)現(xiàn)，因而，過(guò)程對(duì)象的獲取、查詢、分析及可視化的技術(shù)實(shí)現(xiàn)需要進(jìn)行過(guò)程對(duì)象的封裝。圖7、圖8與圖9分別給出其技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程。表1給出基于過(guò)程對(duì)象查詢示例，圖10給出查詢結(jié)果基于多窗口的可視化分析。

基于多窗口的可視化分析結(jié)果表明：（1）冷渦1過(guò)程對(duì)象（ColdSwirl_1）在T11時(shí)刻以后消亡；（2）冷渦2過(guò)程對(duì)象 （ColdSwirl_2）在T14時(shí)刻以后消亡；（3）冷渦1過(guò)程對(duì)象在消亡過(guò)程中與冷渦2在衰減過(guò)程中在時(shí)空上相互重疊；并由此不能推斷（4）冷渦1過(guò)程對(duì)象的消亡在一定程度上加劇了冷渦2過(guò)程對(duì)象的消亡。

圖10 基于多窗口的時(shí)空過(guò)程對(duì)象可視化分析

表1 海洋時(shí)空過(guò)程查詢示例

5 結(jié)論

隨著海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，海洋數(shù)據(jù)海量與海洋信息匱乏之間的矛盾已成為“數(shù)字海洋”戰(zhàn)略實(shí)施瓶頸問(wèn)題之一，其根本原因是缺乏有效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行海洋數(shù)據(jù)的組織與存儲(chǔ)。海洋數(shù)據(jù)的GIS特性分析與時(shí)空過(guò)程數(shù)據(jù)模型在動(dòng)態(tài)地理實(shí)體表達(dá)方面的研究，為海洋數(shù)據(jù)模型的研究奠定了基礎(chǔ)。本文把海洋數(shù)據(jù)的過(guò)程特性應(yīng)用于海洋數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建，一方面為海洋數(shù)據(jù)的過(guò)程化組織提供了理論支撐，另一面方面也為時(shí)空數(shù)據(jù)模型在連續(xù)變化地理實(shí)體的表達(dá)方面提供借鑒。目前，該模型的分級(jí)抽象和逐級(jí)包含的海洋時(shí)空過(guò)程語(yǔ)義已成功應(yīng)用在南海中尺度渦過(guò)程的案例組織與表達(dá)（楊新忠等，2009）和ENSO過(guò)程與中國(guó)東南沿海降雨異常的過(guò)程分析（Xue etal，2012）。然而，鑒于海洋實(shí)體或現(xiàn)象的多維動(dòng)態(tài)復(fù)雜性，設(shè)計(jì)的海洋時(shí)空過(guò)程數(shù)據(jù)模型目前僅實(shí)現(xiàn)了具有生命周期的連續(xù)漸變的海洋實(shí)體或現(xiàn)象的組織、表達(dá)與存儲(chǔ)，而對(duì)于非周期性動(dòng)態(tài)變化的海洋實(shí)體或現(xiàn)象，該模型還需要深入擴(kuò)展。且該模型僅負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)海洋現(xiàn)象連續(xù)漸變表達(dá)機(jī)制的程序接口，而連續(xù)漸變表達(dá)機(jī)制具體實(shí)現(xiàn)依靠海洋動(dòng)力模型、海洋事件及海洋時(shí)空操作等，需要物理海洋學(xué)家的參與與設(shè)計(jì)。

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