基于基態修正模型的歷史數據回溯實現方法研究

楊娟 管續棟

摘要：基態修正模型，作為時空數據模型之一，可用于歷史回溯功能的設計。鑒于此，利用ArcEngine開發組件和.Net開發平臺，結合基于ArcSDE數據庫的連接通道，連接到關系數據庫，再使用其中時空數據實現歷史數據回溯功能，使數據庫能快速準確地回溯到歷史狀態并顯示在地圖上，便于提供豐富、直觀、對比性強的信息。本文利用ArcEngine進行歷史數據回溯開發，可將功能快速集成到開發者自定義的應用軟件，從而達到高效、省時、節約成本的目的

關鍵詞：歷史數據回溯；ArcEngine；基態修正模型

中圖分類號： P208 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2016）01（a）-0000-00

空間、屬性、時間是地理現象的三個基本特征，也是GIS數據庫的三種基本數據成分。近年來，隨著以空間數據庫為基礎的GIS研究和應用的不斷深入，伴隨時間而變化的信息越來越受到人們的關注，其需求如變更統計、歷史查詢、動態監測及趨勢分析等都在不斷變化。歷史數據回溯是指令數據庫在給定時間點上，回溯到當時時刻的狀態，從而為上述需求提供數據依據。

傳統歷史數據回溯的方式一般為快照方式，即在數據庫中僅記錄當前數據狀態，數據更新后，將一系列時間片段的數據快照保存起來，回溯則讀取對應時間點上的數據快照，以反映整個空間特征的狀態。因快照對未發生變化的所有特征進行重復存儲，會產生大量數據冗余，當事件變化頻繁且數據量較大時，系統效率急劇下降。因此，利用基態修正模型可避免重復記錄未發生變化部分的特征。

1 基態修正模型

時空數據模型是一種有效組織、管理時態地理數據，屬性、空間和時間語意更完整的地理數據模型。近10年來，研究學者提出了不同的時空概念模型，如基于狀態的特征/關系表達、基于事件的特征/關系表達等，這些模型在表達時空數據的一體化特性中各有優劣。

基態修正時空數據模型，也稱地圖疊加模型，基本思想是首先確定地理現象的初始狀態，再按一定的時間間隔記錄發生變化的區域，通過疊加每次變化的內容，得到每次變化的狀態。由于基態修正模型只存儲地理現象變化的區域，因此可大幅度減少數據儲存量，縮小數據冗余，節約儲存空間，如圖1所示簡單描述了基態修正模型原理。

基態修正模型又可分為向前版本法和向后版本法。向后版本法是將現用數據庫狀態作為基態，每次變化后將前一狀態相對于最新狀態的變化部分存入變化量集合。該方法是一種較適用的基態修正方法，也是本文主要用于進行歷史數據回溯的方法。

2 歷史數據回溯的設計

歷史數據回溯的結果是符合時間限制條件的基態記錄（Value_Base）與變化量記錄（Value_Change）的組合，需設計兩個單獨的數據庫分別保存兩個不同性質數據，即現勢庫（DB_NOW）和歷史庫（DB_HISTORY）。庫中設計包含表示時間屬性的字段，即ModifyTime和DeleteTime字段。

ModifyTime字段表示記錄修改的時間，此字段的值將在記錄被修改或刪除時保存于DB_NOW。在更新現勢庫記錄前，提取所有即將修改的記錄（變化量），將其從DB_NOW復制到DB_HISTORY中，并將當前系統時間寫入DB_HISTORY相應的DeleteTime字段中，則完成將相對最新基態的變化量提取到歷史庫的過程，同時也將最新基態更新到DB_NOW中。DeleteTime字段代表記錄消亡時間，即記錄“消亡”是一時空概念，指在某個確定時間點上的一個記錄產生消亡。

歷史數據回溯需指定一個時間點SpecifiedTime，令數據庫回溯到相應時間的歷史狀態。篩選DB_NOW中符合條件“ModifyTime<=SpecifiedTime”的記錄，將這些記錄加入到一個臨時庫（DB_TEMP）。同時，DB_HISTORY的每條符合條件“ModifyTime<=SpecifiedTime And DeleteTime>SpecifiedTime”的記錄也將添加于DB_TEMP，替代DB_NOW，實現數據庫的回溯。

3 歷史數據無極回溯

歷史數據無極回溯是將數據庫內容回滾到時間軸的某個時間點上，以保證數據庫內容與此時間點上數據庫內容一致。在用戶拖動時間軸時，無極回溯能快速準確地在地圖控件上動態顯示對應時間點的回溯內容。

本文利用ArcEngine進行歷史數據回溯開發，可將功能快速集成到開發者自定義的應用軟件，從而達到高效、省時、節約成本的目的。實驗分析時，結合符合時間條件的歷史圖層數據和現勢圖層數據，在地圖上顯示，以重現當時數據，再利用ArcSDE創建用戶與關聯表到Oracle，運用IProperty接口通過ArcSDE登錄數據庫以獲取數據庫工作空間，工作空間即在程序中以IWorkSpace接口表現出來。以ArcEngine_Layer類中IFeatureLayerDefinition2接口的DefinitionExpression法作為時間條件，限制表達式的輸入口，將上述限制條件以程序的形式傳遞到DefinitionExpression參數中，運行程序即可完成功能。

上述方法能在地圖中顯示符合表達式條件的記錄，則省略了將記錄添加到新圖層再顯示的步驟。由于連續拖動時間軸動作將會對數據庫進行大量操作，則操作時必須使用SpatialFilter對整個數據創建顯示范圍，如圖2所示的測試數據，即選取時間軸上三個不同時間點，經測試后所顯示的一定范圍內的數據快照。結果表明，此方法快速準確。

4 結束語

利用ArcEngine組件與ArcSDE連接通道可加快功能模塊的建立，加強對地理信息系統的管理。基于以上技術的地理信息歷史數據回溯功能，可快速準確地將數據庫回溯到指定歷史狀態，適用于地理信息數據管理、備份、研究及統計等方面。

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