基于版本樹的空間矢量數據更新方法研究

吳熙，黃雁

(武漢勘測設計研究院，湖北武漢 430022)

基于版本樹的空間矢量數據更新方法研究

吳熙?，黃雁

(武漢勘測設計研究院，湖北武漢 430022)

隨著地理信息系統從原有的“功能驅動型”逐步轉變為“數據驅動型”，各應用領域的地理空間矢量數據的合理存儲與更新已經成為人們所關注的新重點。本文即在當前空間矢量數據更新方法的基礎上，合理結合軟件工程中的版本管理，提出了基于版本樹的空間矢量數據更新方法，特別研究了更新中版本樹的機制及其控制問題等，該方法很好地解決了當前空間矢量數據的多用戶、多事務、離線更新中的諸多問題。

空間矢量數據；版本；版本樹；矢量數據更新

1 引 言

隨著GIS(地理信息系統)技術快速發展及各領域更深入的應用，人們對空間信息內容的需求越來越高，空間矢量數據的更新的問題變得日益尖銳。特別是在城市測繪單位或管理部門，空間矢量數據的現勢性強，更新速度快，如何高效安全地更新這些海量的矢量數據就是一個全新的挑戰。

傳統的空間局部矢量數據更新方法通常采用“鎖定－修改－釋放”的策略，實現多個用戶對矢量數據的編輯更新操作，即某個時刻被一個用戶鎖定的對象就不能在該時刻被其他用戶更新。由于矢量數據是海量的，其更新工作一般情況下是由許多人分區域、分范圍更新，最后將分區域數據合并而進行的；同時，矢量數據的更新操作通常是“長事務處理”，若采用傳統的單記錄鎖定機制，極大地降低了更新效率，顯然是不合理的。

版本管理原本是用于軟件工程中集中管理并保護開發者的軟件資源的管理內容，具有集中分配、動態更新、并發等優點，本文結合空間矢量數據更新的特點，引入版本管理機制，即在空間矢量數據庫中，由于多個用戶分區域進行更新，這樣就產生了不同區域的橫向數據版本；同時多個時期數據內容詳細程度不同而產生縱向的數據版本，這樣不斷繁衍就形成了一棵“版本樹”。矢量數據更新用戶在“版本樹”的更新機制下，可以很好地解決當前矢量數據更新中出現的多用戶并行更新、長事務更新和離線更新等諸多問題。

2 版本樹

2.1 版本

版本源于書稿編輯，后被引入到計算機領域，因其信息與狀態合二為一的思想而被廣泛應用。在空間信息技術中，特別是空間數據庫管理技術中，版本管理不僅實現了數據“拷貝”，同時保存了存儲數據的場景，并且不產生數據冗余，很好地管理了空間數據，基本原理如圖1所示。

圖1 空間數據庫版本原理

同時，版本被很好地用在空間數據更新管理中。當多個部門需要多同一個數據內容進行更新時，則可以建立各部門自己的數據更新版本，一方面各部門可以同時工作，另一方面，更新工作彼此獨立，互不影響，大大提高更新效率。

2.2 版本樹

在空間矢量數據的更新中，多部門的多個用戶對同一個空間矢量數據內容進行更新，數據的更新是在該數據內容的原始狀態引用上進行的，因此會產生多個數據版本，而且還可以在該已有版本基礎上生成新版本，合理控制后逐級繁衍的版本就形成了樹狀結構，簡稱版本樹，下面為版本樹的設計內容。

(1)概念模型

如圖2所示，由開始的原始版本派生V1子版本，再由V1派生V1－1和V1－2子版本。用戶A和B在自己的版本里工作，首先完成工作的先提交成果版本更新V1，隨后完成工作的提交成果版本時需要進行沖突協調，協調后就完成了數據的合并編輯，從而實現了多用戶編輯下的版本的并發控制。

圖2 版本的概念設計模型

(2)邏輯模型

空間數據版本實質上是數據某時刻的數據內容與狀態引用，每個版本必然表達一種狀態。從邏輯模型上看，數據更新就是通過引用的不斷延續來完成的。

圖3 版本的邏輯模型

如圖3所示，原始版本為0，設V1的引用為①，V1－1更新完成后引用為⑤，V1－2更新完成后引用為⑦。

當V1－1更新完成首先提交后進行沖突協調時，因引用沒有沖突，直接更新后V1的引用變為⑤；當V1－2更新完成選擇目標版本V1進行沖突協調時，因為引用狀態⑤和⑦不同，可能存在沖突，現假設沖突協調完成后的狀態為⑨，再提交到目標版本V1，則此時目標版本V1引用狀態更新為⑨，這樣就通過引用的更新實現了多用戶編輯下的并發控制。

(3)版本樹的組織模式

對于版本樹的組織管理，其模式大致可以分為三種:單獨式、串聯式和并聯式，如圖4所示。

圖4 版本的管理模式

單獨式為最簡單的模式，即只存在一個版本，一個或幾個用戶直接在該版本上訪問和編輯數據。其優點是操作簡單；缺點是多用戶編輯效率比較低。

串聯式是一種簡單的繼承關系，可以較好地管理不同歷史時期的地理空間數據，但不適宜于多用戶編輯管理。

并聯式是在父版本上創建多個并列的子版本。非常有利于分區多用戶空間數據更新，實現分工合作，提高工作效率。

上述三種方式是版本管理中基本的實現方式，實際中版本模式不是單一的，而是以上三種模式相互結合、延伸而來的混合模式，有利于發揮各模式的優點，以實現版本管理的高效運作。

3 基于版本樹的空間矢量數據更新

空間矢量數據庫是地理信息系統的核心和基礎，是由海量、多尺度、多類型的空間矢量數據構建而成的，是表示一定區域內作為空間定位載體的地形、道路、建筑物、水系、境界、植被、地名等空間信息以結構化文件形式組成的集合。空間數據庫一旦建成，必須定期對其進行動態的維護與更新，以保證數據的現勢性，提高數據的質量，這也是空間局數據庫建設中的一個重要任務。

3.1 更新管理方案

與一般的應用領域相比，城市基礎測繪部門的數據版本情況較為復雜:每個歷史時期需要制定并儲存不同專題、不同區域、不同工程項目的多種版本數據，且對于每種類型的數據中又保存了多個時期的數據內容，即空間數據庫里不僅存在不同歷史時期的縱向版本，還存在各個歷史時期不同種類的橫向版本。因此，需要設計一種科學合理的數據存儲方案和版本控制策略以適用于空間矢量數據多版本的特點，并實現空間矢量數據庫中的相關需求。

對于空間矢量數據的更新，本文結合具體的生產部門的需求，提出如圖5所示的更新管理方案。

圖5 空間矢量數據更新方案

當數據更新編輯人員要求提取離線版本進行矢量編輯時，數據庫將生成更新衍生版本，該版本保存在數據更新人員的客戶端以便數據帶出進行離線編輯，等更新編輯結合后，再根據版本管理的相關要求將更新版本融合到數據庫服務器上的相應父版本上，從而完成了矢量數據的更新。

3.2 更新版本機制設計

(1)版本控制

版本樹結構的維護模式是基于版本樹更新機制的核心內容，主要表現在父子版本的約束關系和基本訪問權限的控制上。

①父子版本的約束關系

為了保持版本樹的基本形態和提交操作的有序性，版本樹為父子版本的操作流程之間限定了一系列約束關系:當刪除父版本時，其子版本必須已經全部刪除，否則將不能進行父版本的刪除工作。子版本提交時，應提交到其父版本上，不能提交到其他樹節點，即版本之間的提交工作應逐級進行，不能跨級操作。

②基本訪問權限的控制

多用戶是版本樹管理的另一個特色，它通過對不同版本用戶權限的規定，可以靈活方便定制針對該用戶和版本下矢量數據的訪問或者編輯權限。這種機制不僅有利于統一不同級別版本之間的聯絡和協作，實現上級對下級的統籌管理和分工合作，而且可以大大提高版本樹管理中的安全性，整體提升了版本控制的高效與安全性能。

版本樹管理中提供三種用戶級別的版本權限，具體如下:

a.Private型:只允許版本的所有者(創建者)連接、查看和編輯；

b.Protect型:允許任何用戶查看數據，但只有版本的所有者才可以編輯；

c.Public型:允許任何更新用戶進行連接和編輯數據。

另外，數據更新管理者可根據具體需要進一步設計更新用戶的角色和權限，并具體指定他們對具體樹版本節點的操作權限，譬如可指定A用戶組只能編輯數據、提交數據、只有管理員才能進行數據的合并操作等等，這樣的擴展機制更有利于版本樹形態的版本管理機制的維護和有效運行。

(2)版本沖突

用戶在現有版本的基礎上創建新版本后，在新版本上進行編輯修改工作，當操作完成后，需要將編輯后的版本提交到它的父版本中去。基于以上的分析，如果多個用戶對同一空間要素進行不同的更新，在提交更新父版本時將有可能發生沖突。

圖6 版本沖突過程時序分析

如圖6所示，假設從T0時刻創建版本起，經過編輯工作到達T1時刻，再經過一定時間到達T2時刻。通過三個時刻的時序分析，可以看出:

①T0時刻:原始版本下創建了一個新的版本A，用戶甲和用戶乙分別對版本A進行編輯。顯然，原始版本、A版本與用戶甲、用戶乙的版本視圖是一致的。

②T1時刻:用戶甲對版本進行編輯，更新了要素X、Y后提交到版本A，而此時用戶乙繼續在其版本A上進行編輯工作。

③T2時刻:用戶乙完成對版本A的編輯工作后，更新了要素X并刪除了要素Y，試圖提交到版本A中。但是此時版本A已經被用戶甲更新過了，且用戶乙在版本C中對用戶甲更新過的內容也進行了更新，則兩個人對同一要素進行了不同的修改，結果必然發生沖突。

此時，T2時刻的版本A被定義為協調版本，用戶乙提交的版本則為用戶的編輯版本。從沖突過程的時序看，存在三種沖突的解決方案:

①采用兩者共同的父版本方案:此時需要將版本A中記錄恢復為最初狀態，放棄用戶甲、用戶乙所作修改，即與原始版本保持一致。

②采用編輯版本更新；此時需要修改版本A中的沖突要素與編輯版本中一致，即采用用戶乙所作更改。

③采用協調版本更新:保持此時版本A中現狀，即采用用戶乙在T2時刻對版本A的更新。

4 結 語

本文首先分析了目前空間矢量數據更新中存在的相關問題，繼而引入軟件工程中版本管理機制，在版本的基礎上提出了版本樹的設計與組織模式，指出當前空間矢量數據更新中版本樹的設計與實現是實現多專題、多時態、多用戶的有效解決方案，隨后本文探討了在矢量數據更新中的更新方案及版本在更新過程中的處理機制等，以本文提出的方式進行數據更新可以盡量減少數據的冗余，提高數據更新效率。

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Based Version－tree Spatial Data Update

Wu Xi，HuangYan
(Wuhan Geotechnical Engineering and Surveying Institute，Wuhan 430022，China)

With geographic information system changes from the original“function－driven model”to the“data－driven model”，the reasonable storage and update of geospatial vector data in each application field has become the new focus attention.Based on the current spatial vector data updating methods，this article reasonably combines with version management in software engineering and proposes the method of spatial vector data updating which based on versioned trees，specially study of the mechanism of versioned trees and control problem during the updating.This method provides a good solution for the current many problems existing in the multi－user，multi－affair and off－line update of spatial vector data.

Spatial Vector Data；version；versioned trees；Vector Data update

1672－8262(2010)03－26－04

P208

B

2010—11—25

吳熙(1970—)，女，工程師，現主要從事GIS數據處理與應用工作。