支持动态数据管理与时空过程模拟的实时GIS数据模型研究

李小龙

东华理工大学测绘工程学院，江西 南昌 330013



支持动态数据管理与时空过程模拟的实时GIS数据模型研究

李小龙

东华理工大学测绘工程学院，江西 南昌 330013

现实世界的地理现象在不断变化，人们总想知道这些地理现象的最新状态，甚至发展趋势。传统的空间数据获取方式已经不能满足这种时间敏感性应用的需求，现有时空数据模型强调海量历史时空序列数据的存储与关系维护，在实时性和模拟预测方面表现不足。本文在现有时空数据模型的基础上，分析了现实世界地理实体与现象时空变化过程的结构和规律，并参考传感器实时观测与Agent模拟的特点，利用面向对象技术构建了实时GIS数据模型。具体研究内容如下：

(1) 本文首先从实时性的角度出发，给出了实时GIS的概念，并且对硬实时GIS和软实时GIS作了区别划分，指出本文研究的是软实时GIS。采用时间语义位于空间语义和专题属性语义之上的语义结构，对现有时空数据模型进行了分时期、分类研究，分析了现有时空数据模型的优缺点，为实时GIS数据模型的研究提供参考。

(2) 以传感器对象和地理对象为核心，提出了一个实时GIS地理对象模型。传感器对象作为一种特殊的地理对象纳入到模型中，它除了具有地理对象的特征外，还包含对其他地理对象的状态观测数据。在模型中，传感器对象是由本身的参数状态和观测值状态组成，地理对象的状态可由多个子状态构成，每个子状态序列都对应于某个传感器观测，并描述了实时GIS地理对象模型各个要素的类结构和数据库存储结构。

(3) 分析了时空变化过程的本质和规律，明确了事件与时空过程的含义及相互关系，在实时GIS地理对象模型的基础上，增加了时空过程、事件类型、事件、观测、地理对象模拟状态等要素，提出了一个支持时空过程表达的实时GIS数据模型。其中，时空过程用于描述时空变化场景，它包含地理对象和事件。地理对象的变化与相互作用在满足条件时生成事件，同时事件也可以在满足条件时驱动地理对象发生变化，由此，可以对时空过程进行较好的表达与模拟。其中，事件类型包含地理对象生成事件的条件和/或事件驱动地理对象的条件，规定了地理对象与事件的关系。阐述从模型的概念定义、关系描述、逻辑表达，到数据存储的整个过程。

(4) 实时GIS数据模型本身对时空变化过程模拟的能力有限，本文研究实时GIS数据模型要素到Agent的映射关系，利用Agent在系统动力学上的表现，提高了实时GIS数据模型对时空过程模拟的能力。其中，地理对象映射到Agent上，将地理对象看成Agent。而事件类型的条件映射到简单反应型Agent的条件—动作规则中，或将整个事件类型视为慎思型Agent知识库的一部分，使实时GIS数据模型与ABM能够良好地结合。

(5) 本文给出3个试验，验证了实时GIS数据模型在管理实时动态数据和时空过程表达模拟中的能力。首先，针对武汉市出租车实时监控位置数据和车内图片数据，设计了相应的数据模型，并实现了移动对象的实时存储与表达。然后，针对武汉市9个国控监测点的PM2.5监测数据，设计了相应的数据模型，并实现了原位地理对象的实时存储与表达。最后，设计了武汉市航空路立交桥路口(一级内涝点)内涝对周边交通影响的时空变化过程场景，分析了时空数据的变化规律，利用Agent实现了时空过程表达与模拟的实验。

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

李小龙.支持动态数据管理与时空过程模拟的实时GIS数据模型研究[J].测绘学报，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

江西省自然科学基金(20151BAB213030)；国家自然科学基金(41501437)

2016-11-04

李小龙(1981—)，男，讲师，2014年6月毕业于武汉大学，获工学博士学位(指导教师：龚健雅教授、吴华意教授)，研究方向为时空数据模型与实时GIS。