李小龍

東華理工大學(xué)測(cè)繪工程學(xué)院，江西 南昌 330013

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支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理與時(shí)空過(guò)程模擬的實(shí)時(shí)GIS數(shù)據(jù)模型研究

李小龍

東華理工大學(xué)測(cè)繪工程學(xué)院，江西 南昌 330013

現(xiàn)實(shí)世界的地理現(xiàn)象在不斷變化，人們總想知道這些地理現(xiàn)象的最新?tīng)顟B(tài)，甚至發(fā)展趨勢(shì)。傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)獲取方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足這種時(shí)間敏感性應(yīng)用的需求，現(xiàn)有時(shí)空數(shù)據(jù)模型強(qiáng)調(diào)海量歷史時(shí)空序列數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與關(guān)系維護(hù)，在實(shí)時(shí)性和模擬預(yù)測(cè)方面表現(xiàn)不足。本文在現(xiàn)有時(shí)空數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，分析了現(xiàn)實(shí)世界地理實(shí)體與現(xiàn)象時(shí)空變化過(guò)程的結(jié)構(gòu)和規(guī)律，并參考傳感器實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)與Agent模擬的特點(diǎn)，利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)構(gòu)建了實(shí)時(shí)GIS數(shù)據(jù)模型。具體研究?jī)?nèi)容如下：

(1) 本文首先從實(shí)時(shí)性的角度出發(fā)，給出了實(shí)時(shí)GIS的概念，并且對(duì)硬實(shí)時(shí)GIS和軟實(shí)時(shí)GIS作了區(qū)別劃分，指出本文研究的是軟實(shí)時(shí)GIS。采用時(shí)間語(yǔ)義位于空間語(yǔ)義和專(zhuān)題屬性語(yǔ)義之上的語(yǔ)義結(jié)構(gòu)，對(duì)現(xiàn)有時(shí)空數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了分時(shí)期、分類(lèi)研究，分析了現(xiàn)有時(shí)空數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，為實(shí)時(shí)GIS數(shù)據(jù)模型的研究提供參考。

(2) 以傳感器對(duì)象和地理對(duì)象為核心，提出了一個(gè)實(shí)時(shí)GIS地理對(duì)象模型。傳感器對(duì)象作為一種特殊的地理對(duì)象納入到模型中，它除了具有地理對(duì)象的特征外，還包含對(duì)其他地理對(duì)象的狀態(tài)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)。在模型中，傳感器對(duì)象是由本身的參數(shù)狀態(tài)和觀(guān)測(cè)值狀態(tài)組成，地理對(duì)象的狀態(tài)可由多個(gè)子狀態(tài)構(gòu)成，每個(gè)子狀態(tài)序列都對(duì)應(yīng)于某個(gè)傳感器觀(guān)測(cè)，并描述了實(shí)時(shí)GIS地理對(duì)象模型各個(gè)要素的類(lèi)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。

(3) 分析了時(shí)空變化過(guò)程的本質(zhì)和規(guī)律，明確了事件與時(shí)空過(guò)程的含義及相互關(guān)系，在實(shí)時(shí)GIS地理對(duì)象模型的基礎(chǔ)上，增加了時(shí)空過(guò)程、事件類(lèi)型、事件、觀(guān)測(cè)、地理對(duì)象模擬狀態(tài)等要素，提出了一個(gè)支持時(shí)空過(guò)程表達(dá)的實(shí)時(shí)GIS數(shù)據(jù)模型。其中，時(shí)空過(guò)程用于描述時(shí)空變化場(chǎng)景，它包含地理對(duì)象和事件。地理對(duì)象的變化與相互作用在滿(mǎn)足條件時(shí)生成事件，同時(shí)事件也可以在滿(mǎn)足條件時(shí)驅(qū)動(dòng)地理對(duì)象發(fā)生變化，由此，可以對(duì)時(shí)空過(guò)程進(jìn)行較好的表達(dá)與模擬。其中，事件類(lèi)型包含地理對(duì)象生成事件的條件和/或事件驅(qū)動(dòng)地理對(duì)象的條件，規(guī)定了地理對(duì)象與事件的關(guān)系。闡述從模型的概念定義、關(guān)系描述、邏輯表達(dá)，到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的整個(gè)過(guò)程。

(4) 實(shí)時(shí)GIS數(shù)據(jù)模型本身對(duì)時(shí)空變化過(guò)程模擬的能力有限，本文研究實(shí)時(shí)GIS數(shù)據(jù)模型要素到Agent的映射關(guān)系，利用Agent在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)上的表現(xiàn)，提高了實(shí)時(shí)GIS數(shù)據(jù)模型對(duì)時(shí)空過(guò)程模擬的能力。其中，地理對(duì)象映射到Agent上，將地理對(duì)象看成Agent。而事件類(lèi)型的條件映射到簡(jiǎn)單反應(yīng)型Agent的條件—?jiǎng)幼饕?guī)則中，或?qū)⒄麄€(gè)事件類(lèi)型視為慎思型Agent知識(shí)庫(kù)的一部分，使實(shí)時(shí)GIS數(shù)據(jù)模型與ABM能夠良好地結(jié)合。

(5) 本文給出3個(gè)試驗(yàn)，驗(yàn)證了實(shí)時(shí)GIS數(shù)據(jù)模型在管理實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和時(shí)空過(guò)程表達(dá)模擬中的能力。首先，針對(duì)武漢市出租車(chē)實(shí)時(shí)監(jiān)控位置數(shù)據(jù)和車(chē)內(nèi)圖片數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，并實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)對(duì)象的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)與表達(dá)。然后，針對(duì)武漢市9個(gè)國(guó)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，并實(shí)現(xiàn)了原位地理對(duì)象的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)與表達(dá)。最后，設(shè)計(jì)了武漢市航空路立交橋路口(一級(jí)內(nèi)澇點(diǎn))內(nèi)澇對(duì)周邊交通影響的時(shí)空變化過(guò)程場(chǎng)景，分析了時(shí)空數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，利用Agent實(shí)現(xiàn)了時(shí)空過(guò)程表達(dá)與模擬的實(shí)驗(yàn)。

Author：LI Xiaolong(1981—)，male，received his doctoral degree from Wuhan University on June 2014，majors in spatio-temporal data model and real-time GIS.

E-mail：lixiaolong@ecit.cn

Real-time GIS Data Model Supporting Dynamic Data Management and Spatiotemporal Porcess Simulation

LI Xiaolong

East China University of Technology, Nanchang 330013, China

李小龍.支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理與時(shí)空過(guò)程模擬的實(shí)時(shí)GIS數(shù)據(jù)模型研究[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2017,46(3)：402.

10.11947/j.AGCS.2017.20160557.

LI Xiaolong.Real-time GIS Data Model Supporting Dynamic Data Management and Spatiotemporal Porcess Simulation[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(3):402.DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20160557.

P228

D

1001-1595(2017)03-0402-01

江西省自然科學(xué)基金(20151BAB213030)；國(guó)家自然科學(xué)基金(41501437)

2016-11-04

李小龍(1981—)，男，講師，2014年6月畢業(yè)于武漢大學(xué)，獲工學(xué)博士學(xué)位(指導(dǎo)教師：龔健雅教授、吳華意教授)，研究方向?yàn)闀r(shí)空數(shù)據(jù)模型與實(shí)時(shí)GIS。