張江水，華一新，李 翔

（信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450001）

0 引 言

全空間信息系統(tǒng)是一種面向從微觀到宏觀的動(dòng)態(tài)復(fù)雜世界的空間信息系統(tǒng)[1-3]，主要解決現(xiàn)實(shí)世界中各類時(shí)空實(shí)體信息的接入、處理、描述、表達(dá)、管理、分析和應(yīng)用等問(wèn)題。與傳統(tǒng)的GIS相比，全空間信息系統(tǒng)主要具有全尺度、全類型、全動(dòng)態(tài)、全屬性等特征[3]。它將研究的空間范疇拓展到了微觀和宏觀空間，描述的實(shí)體拓展到了各種有形和無(wú)形的實(shí)體，對(duì)實(shí)體的時(shí)空位置、性質(zhì)、關(guān)系、行為、認(rèn)知特征進(jìn)行全方位描述，并且所有特征的描述都是動(dòng)態(tài)的。

為了能夠在全空間信息系統(tǒng)中更好地描述復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界，文獻(xiàn)[3]提出了將多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型作為全空間信息系統(tǒng)的基本模型，并建立了多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型的描述框架，如圖1所示。

圖1 多粒度時(shí)空對(duì)象模型框架圖Fig.1 Description frame of spatio-temporal object model of multi-granularity

多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型通過(guò)對(duì)模型框架中8個(gè)特征的描述，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多粒度時(shí)空實(shí)體[2]的多粒度、多類型、多形態(tài)、多參照、多元關(guān)聯(lián)、多維動(dòng)態(tài)、多能自主等特點(diǎn)的表達(dá)[3]。但是現(xiàn)實(shí)世界是無(wú)限復(fù)雜的，沒有任何信息系統(tǒng)可以對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行完全的描述和表達(dá)，必須對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行一定的化簡(jiǎn)和抽象，從而最終得到所需的多粒度時(shí)空對(duì)象模型。這一化簡(jiǎn)和抽象的過(guò)程即為多粒度時(shí)空對(duì)象建模[4]。

1 多粒度時(shí)空對(duì)象建模的基本內(nèi)容

1.1 多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型的地位和作用

多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型是全空間信息系統(tǒng)的核心，它決定了全空間信息系統(tǒng)的能力和功能。首先與傳統(tǒng)GIS的數(shù)據(jù)模型相比，多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型具有多元、多粒度、多維度、多時(shí)態(tài)、多形態(tài)等特征。因此，全空間信息系統(tǒng)在構(gòu)建與之相適應(yīng)的存取、檢索、管理等功能體系的同時(shí)，還需要兼顧對(duì)象關(guān)聯(lián)關(guān)系的維護(hù)、信息傳播管理、行為控制機(jī)制等傳統(tǒng)GIS很少涉足的領(lǐng)域；其次，圍繞多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型特征的提取、應(yīng)用、分析，全空間信息系統(tǒng)需要構(gòu)建一套新的時(shí)空計(jì)算與分析體系。最后，多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型中很多特征的可視化都超出了傳統(tǒng)GIS研究的領(lǐng)域，全空間信息系統(tǒng)需要圍繞這些特征構(gòu)建新的多模態(tài)時(shí)空對(duì)象的可視化體系。

多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型構(gòu)建的好壞將直接決定全空間信息系統(tǒng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。全空間信息系統(tǒng)將研究范疇拓展到了微觀空間和宏觀空間現(xiàn)實(shí)世界，但是現(xiàn)實(shí)世界是無(wú)限豐富和復(fù)雜的，不可能在全空間信息系統(tǒng)中對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行完全的復(fù)制。全空間信息系統(tǒng)只能圍繞多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型所能表達(dá)的特征進(jìn)行相應(yīng)的分析、處理和應(yīng)用。因此，多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型是否能夠真實(shí)、客觀、全面地對(duì)現(xiàn)實(shí)世界及其內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行抽象和表達(dá)，是全空間信息系統(tǒng)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的關(guān)鍵。

1.2 多粒度時(shí)空對(duì)象建模的概念與基本過(guò)程

建模即建立模型，是為了理解事物而對(duì)事物做出的一種抽象。多粒度時(shí)空對(duì)象建模就是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象，建模者根據(jù)認(rèn)知結(jié)果，將現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體依照多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型框架描述為數(shù)據(jù)模型的過(guò)程。因此多粒度時(shí)空對(duì)象建模從過(guò)程上講主要包括3個(gè)部分，即對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)知、認(rèn)知結(jié)果的邏輯化和形成模型數(shù)據(jù)。建模的基本過(guò)程如圖2所示。

圖2 多粒度時(shí)空對(duì)象建?；具^(guò)程圖Fig.2 The modeling process of spatio-temporal object of multi-granularity

1）對(duì)客觀實(shí)體的認(rèn)知與抽象

對(duì)客觀實(shí)體進(jìn)行深入的研究是進(jìn)行多粒度時(shí)空對(duì)象建模的起點(diǎn)。傳統(tǒng)GIS中的數(shù)據(jù)模型主要以描述現(xiàn)實(shí)世界的空間特征為主[5-6]，這些特征大多是一些表面特征，認(rèn)知難度不大。在多粒度時(shí)空對(duì)象建模中，除了要了解客觀實(shí)體的位置、形態(tài)等空間特征，還需要對(duì)關(guān)聯(lián)關(guān)系、組成結(jié)構(gòu)、行為、認(rèn)知等內(nèi)在特征進(jìn)行描述和建模。這就需要對(duì)建模對(duì)象進(jìn)行更加深入和全面的分析與研究。

對(duì)客觀實(shí)體進(jìn)行描述的各種已有數(shù)據(jù)是進(jìn)行認(rèn)知的基礎(chǔ)。這些數(shù)據(jù)從不同側(cè)面描述了客觀實(shí)體的主要特征。其中，大部分?jǐn)?shù)據(jù)是傳統(tǒng)行業(yè)對(duì)客觀實(shí)體建模成果的歷史積累，比如傳統(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)、地理實(shí)體數(shù)據(jù)等；也有一部分是對(duì)實(shí)體的直接描述，比如各種歷史的和實(shí)時(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)；還有一部分是前人對(duì)客觀實(shí)體特征的認(rèn)知結(jié)果，比如通過(guò)時(shí)空大數(shù)據(jù)挖掘獲取的實(shí)體特征，以及通過(guò)建模者的觀察與交互所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)等。

多粒度時(shí)空數(shù)據(jù)模型框架是進(jìn)行認(rèn)知與抽象的目標(biāo)。對(duì)客觀實(shí)體的認(rèn)知可以是多方面的，但是在多粒度時(shí)空對(duì)象建模過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)研究數(shù)據(jù)模型框架所規(guī)定的8個(gè)方面的特征，通過(guò)對(duì)這些特征的深入了解來(lái)構(gòu)建對(duì)客觀實(shí)體的認(rèn)知體系。

2）多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型的邏輯化

多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型邏輯化的主要任務(wù)是將前期認(rèn)知的成果，按照對(duì)象的方式進(jìn)行組織和描述。其主要工作包括建立多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型的邏輯結(jié)構(gòu)和描述方法，確定多粒度時(shí)空對(duì)象特征的規(guī)范化表達(dá)以及將認(rèn)知結(jié)果按照相應(yīng)的規(guī)范組織成與客觀實(shí)體相對(duì)應(yīng)的多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型。

3）生成多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)

多粒度時(shí)空對(duì)象建模的最終成果是以數(shù)據(jù)形式保存的模型數(shù)據(jù)[7]。其成果形式主要分為兩類，一類是多粒度時(shí)空對(duì)象交換數(shù)據(jù)，主要用于模型數(shù)據(jù)的生產(chǎn)與交流，對(duì)數(shù)據(jù)的定義更加接近于多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型，便于人們對(duì)數(shù)據(jù)的解析與理解。另一類是全空間信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，主要解決多粒度時(shí)空對(duì)象模型8個(gè)方面特征數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)、更新、檢索等一系列問(wèn)題。

1.3 多粒度時(shí)空對(duì)象建模與傳統(tǒng)GIS建模方法的比較

1）兩者在建模理念上有著本質(zhì)的區(qū)別

傳統(tǒng)GIS來(lái)源于地圖，其建模理念也主要參照了地圖的建模方法，即從便于使用者空間認(rèn)知的角度出發(fā)，將地理實(shí)體抽象為易于圖形化表達(dá)的要素，大部分GIS軟件中的數(shù)據(jù)模型都是以此為核心擴(kuò)展而來(lái)[8]。而多粒度時(shí)空對(duì)象建模則更加側(cè)重描述客觀實(shí)體本身，希望通過(guò)建模盡可能客觀的還原對(duì)象本身固有的特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀實(shí)體全方位的描述。

2）傳統(tǒng)GIS的建模過(guò)程是割裂的

比如傳統(tǒng)GIS中通常根據(jù)研究領(lǐng)域空間尺度的不同，會(huì)依次建立相應(yīng)比例尺的數(shù)據(jù)模型，而不同比例之間描述的地理實(shí)體都是相互獨(dú)立的[9-11]。即使在同一比例尺下，不同種類的地理實(shí)體也會(huì)人為地分割在不同的圖層中，需要通過(guò)疊加分析等手段才能重新建立不同圖層要素之間的聯(lián)系。而多粒度時(shí)空對(duì)象建模是以對(duì)象為核心，不同的時(shí)空尺度下的數(shù)據(jù)只是同一對(duì)象特征描述。同時(shí)多粒度時(shí)空對(duì)象之間還存在著語(yǔ)義粒度上的關(guān)聯(lián)，一個(gè)對(duì)象可以是更小粒度下子對(duì)象的組合體，也可以通過(guò)與其他對(duì)象組合，構(gòu)成更高粒度的對(duì)象。另外，創(chuàng)建對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系也是多粒度時(shí)空對(duì)象建模的重要任務(wù)之一。在建模過(guò)程中，通過(guò)建模對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而形成多粒度時(shí)空對(duì)象復(fù)雜的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。

3）傳統(tǒng)GIS是一種靜態(tài)建模

傳統(tǒng)GIS的建模側(cè)重于對(duì)地理實(shí)體某一時(shí)刻靜態(tài)特征的描述[12]。即使在時(shí)空GIS中，也通常是對(duì)地理實(shí)體的位置、形態(tài)和屬性狀態(tài)變化過(guò)程的記錄。多粒度時(shí)空對(duì)象模型本質(zhì)上是一種動(dòng)態(tài)模型，需要對(duì)客觀實(shí)體所有特征的變化進(jìn)行建模。在建模的過(guò)程中，不僅需要記錄客觀實(shí)體的歷史變化信息，同時(shí)需要盡可能將觀測(cè)到的實(shí)體實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)鏈路建模到模型對(duì)象中，從而保證建模對(duì)象能夠動(dòng)態(tài)地與現(xiàn)實(shí)世界保持一致。為了保持對(duì)象模型的動(dòng)態(tài)特征，除了引入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)鏈路以外，還需要對(duì)客觀實(shí)體的行為與認(rèn)知進(jìn)行建模，使得對(duì)象模型能夠根據(jù)外部環(huán)境的變化進(jìn)行自主動(dòng)態(tài)的更新。

1.4 多粒度時(shí)空對(duì)象建模的關(guān)鍵問(wèn)題

1）確定多粒度時(shí)空對(duì)象存儲(chǔ)模型與交換格式

多粒度時(shí)空對(duì)象建模的最終目標(biāo)是將客觀實(shí)體以數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行描述，因此，確定描述對(duì)象模型的數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式等是多粒度時(shí)空對(duì)象建模首先需要解決的問(wèn)題。多粒度時(shí)空對(duì)象的交換格式是采用便于人們理解的文件形式從結(jié)構(gòu)上對(duì)多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)進(jìn)行描述，它重點(diǎn)解決多粒度時(shí)空對(duì)象特征到數(shù)據(jù)項(xiàng)的映射以及基于數(shù)據(jù)的多粒度時(shí)空對(duì)象的共享與傳播。存儲(chǔ)模型是一種面向多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)管理與檢索的數(shù)據(jù)模型，它的重點(diǎn)是解決如何能夠高效地使用當(dāng)前主流的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多粒度時(shí)空對(duì)象的管理工作。交換格式是完成多粒度時(shí)空對(duì)象從概念模型向數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換的一個(gè)重要成果，而存儲(chǔ)模型通常會(huì)在交換格式的基礎(chǔ)上，針對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問(wèn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，形成更底層的物理數(shù)據(jù)模型。

2）建立多粒度時(shí)空對(duì)象建模規(guī)范和對(duì)象類模板庫(kù)

與傳統(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)模型相比，多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型更加復(fù)雜，建模的工作量也更大。比如它在時(shí)間、空間和語(yǔ)義上是多粒度的；它是一種動(dòng)態(tài)模型，除了需要記錄對(duì)象的歷史生存軌跡以外還需要保持對(duì)象與現(xiàn)實(shí)世界的同步與更新；它是一種關(guān)聯(lián)模型，需要記錄不同對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并能夠動(dòng)態(tài)地維護(hù)這些關(guān)聯(lián)關(guān)系；它是一種智能化的模型，對(duì)象具有自己的行為和認(rèn)知能力，能夠根據(jù)環(huán)境變量的改變通過(guò)認(rèn)知和行為對(duì)對(duì)象特征進(jìn)行調(diào)整。面對(duì)無(wú)限復(fù)雜和豐富的現(xiàn)實(shí)世界，我們無(wú)法為每一個(gè)客觀實(shí)體構(gòu)建相應(yīng)的多粒度時(shí)空對(duì)象模型，因此，對(duì)模型構(gòu)建過(guò)程的規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，形成與多種客觀實(shí)體類別相對(duì)應(yīng)的建模規(guī)范或者相應(yīng)的對(duì)象類模板庫(kù)，實(shí)現(xiàn)基于建模規(guī)范與類模板庫(kù)的自動(dòng)化或半自動(dòng)化的建模，是多粒度時(shí)空對(duì)象建模需要解決的一個(gè)主要問(wèn)題。

3）開發(fā)多粒度時(shí)空對(duì)象建模工具

由于多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型具有形態(tài)、行為、認(rèn)知等多維特征，模型中這些特征的構(gòu)建需要進(jìn)行大量復(fù)雜的工作。現(xiàn)存的各種數(shù)據(jù)源通常只能有限地描述模型特征的個(gè)別方面，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的自動(dòng)化轉(zhuǎn)換通常只能生成數(shù)據(jù)模型的部分特征。而大量的模型特征需要通過(guò)一個(gè)功能強(qiáng)大的工具軟件由建模者以交互的方式進(jìn)行指定和生成。另外，在建模的過(guò)程中會(huì)形成大量的建模規(guī)范和對(duì)象類模板，這些對(duì)象類模板和建模規(guī)范的生成、編輯和管理同樣需要相應(yīng)的工具軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用建模規(guī)范和對(duì)象類模板，在大量的原始數(shù)據(jù)中抽象并形成模型的特征數(shù)據(jù)也是多粒度時(shí)空對(duì)象建模的一種重要方法，而對(duì)源數(shù)據(jù)的抽象、組合與計(jì)算同樣需要一個(gè)統(tǒng)一的工具軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，開發(fā)一個(gè)功能強(qiáng)大的建模工具軟件是進(jìn)行多粒度時(shí)空對(duì)象建模的關(guān)鍵問(wèn)題。

2 多粒度時(shí)空對(duì)象建模的方法

多粒度時(shí)空對(duì)象建模的主要工作就是將對(duì)客觀實(shí)體的認(rèn)知數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多粒度時(shí)空對(duì)象模型數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括各種現(xiàn)有的觀測(cè)數(shù)據(jù)和地理空間數(shù)據(jù)，各種動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)獲取的數(shù)據(jù)、各種建模者的主觀認(rèn)知以及對(duì)這些認(rèn)知進(jìn)行總結(jié)和歸納的數(shù)據(jù)，各種積累的時(shí)空大數(shù)據(jù)等。按照建模的數(shù)據(jù)源不同，可以將多粒度時(shí)空對(duì)象的建模方法歸納為以下5種，如圖3所示。

圖3 多粒度時(shí)空對(duì)象建模方法Fig.3 The modeling methods of spatio-temporal object of multi-granularity

2.1 基于現(xiàn)有地理空間數(shù)據(jù)的建模方法

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和積累，目前已經(jīng)存在了海量的地理實(shí)體描述數(shù)據(jù)。因此，基于現(xiàn)有地理空間數(shù)據(jù)構(gòu)建多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型是多粒度時(shí)空對(duì)象建模的重要內(nèi)容。現(xiàn)有的地理空間數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富，數(shù)據(jù)量大，但是面向多粒度時(shí)空對(duì)象建模也存在大量的問(wèn)題。一方面，現(xiàn)有的地理空間數(shù)據(jù)大都是在相對(duì)固定的認(rèn)知模式和建模要求下產(chǎn)生的，雖然數(shù)據(jù)量大，但大多是描述特定類別地理實(shí)體的位置、屬性、形態(tài)等特定特征；另一方面，現(xiàn)有的地理空間數(shù)據(jù)大都存在空間尺度割裂，實(shí)體間關(guān)聯(lián)描述少、沒有行為、認(rèn)知、組成結(jié)構(gòu)等特征問(wèn)題?；诂F(xiàn)有地理空間數(shù)據(jù)的建模主要分為3個(gè)過(guò)程：首先，通過(guò)數(shù)據(jù)處理與解析，將數(shù)據(jù)按照多粒度時(shí)空對(duì)象邏輯模型的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重組，映射為初步的對(duì)象數(shù)據(jù)；其次，根據(jù)應(yīng)用需求按照多粒度時(shí)空對(duì)象模板對(duì)初步的對(duì)象及其特征項(xiàng)進(jìn)行分解與信息重組，形成滿足建模要求的多粒度時(shí)空對(duì)象集合；最后在通過(guò)接入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源、引進(jìn)時(shí)空大數(shù)據(jù)挖掘以及可視化交互編輯的方式補(bǔ)充和完善模型的各個(gè)特征。

2.2 基于對(duì)象類模板和建模規(guī)范的建模方法

雖然現(xiàn)實(shí)中每個(gè)客觀實(shí)體都有各自獨(dú)特的特征，但是在進(jìn)行多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型的抽象過(guò)程中，仍然存在大量相同或者相似的規(guī)律。比如具有相同的形態(tài)特征、相近的行為模式、相似的組成結(jié)構(gòu)和屬性結(jié)構(gòu)等。對(duì)建模過(guò)程中相似的抽象規(guī)律進(jìn)行總結(jié)就能夠形成該領(lǐng)域內(nèi)的建模規(guī)范。在建模規(guī)范的約束下，能夠?qū)ο鄳?yīng)領(lǐng)域內(nèi)的客觀實(shí)體進(jìn)行自動(dòng)化或半自動(dòng)化的快速建模。另一方面，也可以將具有大量相似特征的多粒度時(shí)空對(duì)象抽象為一個(gè)對(duì)象類模板。在進(jìn)行多粒度時(shí)空對(duì)象建模時(shí)，對(duì)象的大部分特征都可以繼承自對(duì)象類模板，只需為對(duì)象獨(dú)有的特征賦值就能夠完成建模工作?；趯?duì)象類模板和建模規(guī)范的建模方法的核心就是對(duì)象類模板和建模規(guī)范的創(chuàng)建。圖4描述了對(duì)象類模板的創(chuàng)建過(guò)程：

圖4 對(duì)象類模板的創(chuàng)建過(guò)程Fig.4 The creating process of object class templates

在對(duì)象類模板池中記錄了所有已經(jīng)建成的對(duì)象類模板，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有類模板的引用、繼承、組合和關(guān)聯(lián)可以形成面向具體業(yè)務(wù)的新的對(duì)象類模板，新生成的類模板同時(shí)也可以加入到模板池中，豐富對(duì)象類模板池的內(nèi)容。

2.3 基于可視化交互的建模方法

可視化交互建模是在多粒度時(shí)空對(duì)象可視化的基礎(chǔ)上，通過(guò)交互的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)其8個(gè)主要特征的交互式增加、編輯和修改?？梢暬换ソ？梢灾苯由梢粋€(gè)多粒度時(shí)空對(duì)象，也可以對(duì)已經(jīng)生成的對(duì)象進(jìn)行編輯和修改。可視化交互建模需要提供的功能包括：創(chuàng)建具體的時(shí)空參照并將其指定給多粒度時(shí)空對(duì)象；創(chuàng)建對(duì)象的屬性、位置、形態(tài)特征，指定對(duì)象屬性、位置、形態(tài)的數(shù)據(jù)源或?qū)@些特征進(jìn)行交互式編輯；指定對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系或者提供關(guān)聯(lián)關(guān)系生成的方法；指定對(duì)象的組成結(jié)構(gòu)，提供對(duì)象進(jìn)行組合與分解的方法；提供對(duì)象行為與認(rèn)知特征的構(gòu)造方法，為對(duì)象創(chuàng)建具體的行為與認(rèn)知特征，并能夠?qū)ζ溥M(jìn)行編輯、修改和預(yù)覽。

2.4 基于動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源的建模方法

動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主要包括各種類型傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流以及業(yè)務(wù)系統(tǒng)收集、計(jì)算、分析所產(chǎn)生的一些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通常不能滿足構(gòu)建多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型所有特征的條件。但是它們能夠及時(shí)更新數(shù)據(jù)模型中相應(yīng)的特征值，是多粒度時(shí)空對(duì)象與現(xiàn)實(shí)世界同步的重要手段，是維持對(duì)象模型動(dòng)態(tài)特征的主要數(shù)據(jù)源，是多粒度時(shí)空對(duì)象建模重要的補(bǔ)充。

通過(guò)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源更新多粒度時(shí)空對(duì)象特征的過(guò)程如圖5所示。

圖5 通過(guò)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源更新多粒度時(shí)空對(duì)象特征的流程Fig.5 The process of updating characteristics of spatio-temporal objects of multi-granularity through dynamic real-time data

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的接入可以通過(guò)業(yè)務(wù)部門的業(yè)務(wù)端協(xié)議轉(zhuǎn)換或者全空間信息系統(tǒng)端協(xié)議適配擴(kuò)展的方式實(shí)現(xiàn)，這里的協(xié)議主要是通信協(xié)議或者數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)流由業(yè)務(wù)部門主動(dòng)推送、設(shè)施接入模塊主動(dòng)輪詢獲取和通過(guò)監(jiān)聽數(shù)據(jù)存儲(chǔ)目錄等3種方式來(lái)獲取。獲取到的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)最終經(jīng)過(guò)協(xié)議適配轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象數(shù)據(jù)流，用于對(duì)象特征的更新。在進(jìn)行多粒度時(shí)空對(duì)象建模的過(guò)程中，需要指定實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取方式、協(xié)議適配方式以及標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象數(shù)據(jù)流對(duì)對(duì)象特征進(jìn)行更新的具體方法。

2.5 基于時(shí)空大數(shù)據(jù)挖掘的建模方法

當(dāng)前是一個(gè)數(shù)據(jù)爆發(fā)的時(shí)代，寬帶化、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能終端的普及與人工智能的興起，促使全球數(shù)據(jù)每?jī)赡攴环?。時(shí)空大數(shù)據(jù)是其中大量的與時(shí)空位置有關(guān)的數(shù)據(jù)的統(tǒng)稱，是最重要的大數(shù)據(jù)之一。時(shí)空大數(shù)據(jù)除了具有一般大數(shù)據(jù)的特性外，還具有與對(duì)象行為對(duì)應(yīng)的多源異構(gòu)和復(fù)雜性，與事件對(duì)應(yīng)的時(shí)、空、尺度、對(duì)象動(dòng)態(tài)演化、對(duì)事件的感知和預(yù)測(cè)特性[13]。對(duì)時(shí)空大數(shù)據(jù)的挖掘，能夠獲取客觀實(shí)體大量不易被認(rèn)知和發(fā)現(xiàn)的重要特征，如隱含的屬性、行為、認(rèn)知、關(guān)聯(lián)等?；跁r(shí)空大數(shù)據(jù)挖掘的多粒度時(shí)空對(duì)象建模，主要是在構(gòu)建好的多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上，通過(guò)時(shí)空大數(shù)據(jù)挖掘來(lái)更新和豐富數(shù)據(jù)模型的特征內(nèi)容。

3 結(jié)束語(yǔ)

多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型是構(gòu)建全空間信息系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵，多粒度時(shí)空對(duì)象建模的主要工作是將客觀實(shí)體按照多粒度時(shí)空對(duì)象模型框架的要求描述為相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型。由于多粒度時(shí)空對(duì)象模型具有多粒度、多類型、多形態(tài)、多參照、多元關(guān)聯(lián)、多維動(dòng)態(tài)、多能自主等特點(diǎn)，為模型的構(gòu)建工作帶來(lái)了許多全新的挑戰(zhàn)。本文梳理了多粒度時(shí)空對(duì)象建模的基本內(nèi)容和基本方法，分析了建模過(guò)程中的主要問(wèn)題，為全空間信息系統(tǒng)和多粒度時(shí)空對(duì)象建模工具研發(fā)工作的開展奠定了基礎(chǔ)。