海洋时空过程数据模型及其原型系统构建研究

从地球信息科学角度,分析了海洋现象的过程特性,并给出过程对象的BNF范式组织结构。把具有过程特性的海洋现象分级抽象为海洋过程对象、阶段对象、序列对象和状态对象,讨论了海洋过程对象的语义分级抽象与顺序、包含关系及过程对象内的演变机制,分析了通过过程对象隐式记录演变机制、过程对象存储表提供其程序接口,实现连续渐变表达机制在模型中的实现策略,发展了基于过程对象、过程对象关系表的模型的过程化组织结构。在Geodatabase9.2基础上,扩展过程对象的存储机制,构建海洋时空过程数据模型的原型系统(海洋时空过程数据库系统MarineSTPDMGDB和海洋系统功能平台MDMProtoTypeSystem),并给出其框架结构及关键技术实现流程。原型系统的构建及功能分析结果证明了模型的科学性与适用性,为"数字海洋"战略的实施提供了理论基础。

基于特征的海洋锋线过程时空数据模型分析与应用

客观世界存在时空场,大部分地理实体或现象在时空域具有动态变化特性,其空间、时间和属性是过程的统一体,传统的GIS时空数据模型在描述、表达、组织与分析这类数据时面临许多挑战。然而,基于特征的数据模型和以过程为对象的时空数据组织在动态数据的描述与表达的方面具有独特的优势。本文探讨了基于特征的线过程时空数据模型组织的六元组框架体系,实现空间、时间和属性的一体化存储和地理实体的动态分析。在分析线时空过程特性的基础上,归纳总结出3大类12个类别的线过程,进一步提出了基于特征的线过程时空数据模型(Feature-based Line Process Spatio-temporal Data Model)的概念;利用文件层次分块结构对时空线过程数据进行了组织与存储。最后以海洋锋为实例,探讨了该模型在时空数据组织、时空查询、时空过程提取和时空过程可视化等方面的应用。结果表明,该模型能够很好地应用于具有时空过程特性的线数据中,也为时空数据模型的总体设计提供借鉴。

一种基于过程的动态时空数据模型

通过对土地利用时空对象变更的考察,指出纯粹以事件或事件序列方式构建的时空数据模型在时空要素关联和事件因果关系表达上存在的不足,提出以过程为核心的时空数据模型PBSTDM。该模型能反映时空对象的演变过程,以及在这个过程中产生的事件因果联系。给出了该模型的数据组织体系,以及基于此模型在土地利用更新调查中的应用系统实例,表明该模型能减少数据访问的复杂度,提高时空数据处理的效率。

基于对象-事件-过程的时空数据模型及其应用

根据地理本体思想,提出和构建了基于对象-事件-过程的面向对象的时空数据模型。该模型基于3个基本地理实体类型:地理对象、地理事件和地理过程,三者基于地理本体的特性,本体化地表达和概括了地理现象和事物。该模型能有效地描述和表达复杂的地理动态现象和事物,能增强性的探讨和表征地理现象发生和发展的内在关联。甚者,鉴于描述和表达三者的侧重点不同,该模型可灵动性地整合或拆分成其它时空数据模型,不失为一种通用的时空数据模型。最后,以动态变化的海冰为例,验证了模型的可行性和有效性。

面向过程的时空数据模型实现研究

人类的活动可以抽象为由“活动”与“停留”两种“步进式”过程因子的相互作用而构成。基于此,笔者采用面向过程(Process-oriented)的时空数据模型,并以旅游信息系统中旅游者活动为例,详细说明了这一时空数据模型的特征和表达机制,以及如何对系统信息进行设计,较好地解决了T-G IS中的时空数据问题。系统的成功运行表明,这一模型是切实可行的。

海洋遥感信息时空数据模型的建立

研究了遥感专题信息数据、常规观测信息数据以及地理信息数据。三类数据其来源不同，组织方式不同，存储格式也不同，如何在遥感信息提取平台上综合运用它们进行多维、动态显示与处理，是系统研发的一个瓶颈问题。根据海洋数据特征，建立能够对矢量、栅格以及时间数据综合处理的一体化时空模型，实现其数据结构，并使用“海洋一号”卫星数据进行模型验证。实验结果表明，该数据结构可以满足多源遥感数据的多维动态显示与处理的要求。

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

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,

三维空间过程模拟的时空数据模型研究

现有的地理信息系统软件一般没有考虑时间和空间多维因素 ,难以处理时空多维地学现象。而空间过程模拟是地学现象研究的主要手段。本文对空间过程模拟的数学模型、空间过程模拟模型的特点、现有GIS数据模型的局限性进行了分析 ,提出用快照序列模型和时间参数模型支持过程模拟的方法 ,并结合地震动过程模拟进行实例分析。

一种基于事件—过程—状态的时空数据模型应用研究

探讨了事件、过程和状态的关系,并且在分析历史事件的时空变化特点的基础上提出了基于事件—过程—状态的时空数据模型。该模型能反映事物状态发生改变的详细过程以及在这个过程中产生的因果关系。通过研究基于该模型的时空数据存储方法,能够减少数据访问的复杂度,提高时空数据处理效率。

海洋环境时空过程数据多维表达技术研究

时空动态过程是海洋的重要特征,海洋数据的多维表达是海洋环境时空过程要素和现象的空间认知与知识挖掘的重要研究内容。传统GIS很难分析和处理处于虚拟地理空间下以海洋大数据为载体的信息流动的虚拟海洋环境空间的复杂地理要素与地理现象。本文从虚拟海洋环境和抽象坐标海洋空间环境相结合的角度,提出了基于数字地球模型的虚拟海洋环境构建方法,实现了基于抽象坐标系统的海洋实体空间对象数据和虚拟海洋生态环境对象数据的一体化集成;设计了一维、二维海洋环境数据时空过程表达技术方案;研发了三维海洋环境时空动态数据结构与过程表达计算引擎,实现了海洋环境要素场的单层要素场过程和多层动态过程模拟等多维表达方式。最后,结合我国智慧海洋建设,提出了关于未来发展方向与研究重点的认识与建议。

面向变化语义描述的事件-过程时空数据模型研究

时空数据所隐含的变化语义信息对时空动态现象模拟具有重要意义,随着时空数据模型研究的深入,出现了面向变化语义描述的时空数据模型。利用事件、过程表达时空变化的发生,是面向变化语义描述的时空数据模型主要方法。由于时空变化的多样、复杂性,现有模型存在变化语义交叉、界限不清等情况。为了模型的改进与应用,本文通过梳理事件、过程为核心的时空数据模型建模理论和方法,分析各类模型表示实体基本类型,回答时空变化基本问题等变化语义描述能力特点,归纳总结了变化语义通用描述框架及未来发展的方向。

面向对象的地籍时空过程表达与数据更新模型研究

对地籍时空数据库持续更新,保持地籍时空数据库的现势性、拓扑一致性和完整性是现代地籍管理的生命所在。通过分析地籍对象变更过程中各类要素的联动变更行为,结合面向对象建模技术与时空演变过程表达思想,建立契合人们思维的以过程为核心的地籍时空数据更新模型。模型制定符合地籍对象时空拓扑演变规律的变更规则,实现地籍要素、土地利用要素和房屋的联动更新,并在地籍管理系统ReGIS中得到实现。

构建基于过程的地理国情监测时空数据模型的思考

地理国情普查数据是地理国情监测的重要支撑和来源,地理国情监测对地球空间科学的研究具有重要而长远的意义。从监测应用和数据特点的角度出发,对时空过程变化特征进行分析和表达,建立适合于描述地理国情变化的时空过程语义框架;对时空过程对象的描述与组织进行研究,建立面向地理国情变化过程的时空查询机制,进而构建面向过程的地理国情监测时空数据模型。

基态修正时空数据模型的扩展及在土地产权产籍系统中的实现

分析了几种有代表性的时空数据模型的特点和存在的局限性 ,对基态修正模型进行了扩展和改进 ,提出了建立区段快速索引和变粒度索引因子方法 ,以及采用历史库、过程库和现实库对时空过程和时空关系进行描述的思路 ,并在开发的商业化的土地产权产籍管理系统中得到实现。

一种顾及级联时空变化描述的土地利用变更数据模型

研究目的：研究能够支持土地利用综合历史回溯、变更历史回退等高级土地利用查询处理功能的新型土地利用变更数据模型。研究方法：对传统基于事件模型进行扩展，并将扩展后的模型进行系统实现和应用验证。研究结果：以事件驱动、基于时空过程描述的新型土地利用变更数据模型，能有效对土地利用级联时空变化建模，并构建全息时空数据库。研究结论：所提出的变更数据模型能够跟踪记录土地利用变迁过程，为实现高级土地利用查询处理功能建立了数据结构基础。

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

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.

一种面向实时监测的煤矿安全时空数据模型

煤矿井下生产状况实时监测分析是实现煤矿事故或其它突发状况的预测和及时处置的前提,而监测对象的状态数据,以及对象间关系数据的记录、描述和视觉表达是实现实时监测分析的基础。在分析煤矿井下安全生产过程以及井下生产人员、设备、环境三类时空对象的特点与三者之间的关系基础上,给出了一个通用的面向对象时空数据模型,刻画了煤矿井下安全生产过程中不同生产要素的状态变化及其相互作用关系。基于该模型,开发了一个煤矿井下安全生产时空信息系统原型,并以位置关系为例,实现了煤矿井下安全生产时空对象的状态数据采集、数据存储管理、数据可视化,从而表明该模型可满足煤矿井下生产过程的实时观测、数据获取、存储管理、数据分析的需求。

面向过程的海洋时空数据分布式存储与并行检索

海洋现象特征数据是一类带有过程性质的时空数据,具有多样性、多态性、海量性和时变性等特点,广泛服务于海洋灾害预报、船舶航行规划、台风路径追踪、海洋与大气环流等领域。本文根据海洋现象特征,建立海洋现象过程的对象表达和数据组织模型,设计三维空间海洋时空数据分片策略和R树空间数据索引方法,以提高海洋现象过程时空数据的查询效率。实验通过构建海洋现象过程时空数据分布式存储与并行检索系统测试算法的执行效率。实验结果表明,面向过程的海洋时空数据分布式并行检索算法能够实现数据的高效检索,验证了海洋现象过程对象数据组织模型的合理性,为研究海洋现象过程多要素的关联机制提供了有效的方法和理论基础。

海洋栅格时空层次聚合模型及其渔业应用

目前地理信息系统数据模型的研究和应用大多是针对陆地问题,针对海洋问题进行时空数据模型的研究较少。本文以海洋统计分析为需求,分析海洋数据的时空特性,结合现有的数据库系统,探究适合海洋特性的时空模型及其逻辑结构。在此基础上,设计基于栅格的时空层次聚合模型,并在实践中检验其有效性。实践表明该模型易于提取多维对象在各维上不同层次的聚合数据,是1种较为实用的时空数据仓库的底层模型。

一种面向LUCC的时空数据存储管理模型

为满足土地利用和地表覆盖变化(land-use and land-cover change,LUCC)动态监测中时空数据统计分析、时空过程模拟、时空演变分析预测、时空数据挖掘的应用需求,需将LUCC数据存储管理方式由单一空间数据推进至时空数据存储管理。本文提出一种基于快照和面向对象的混合时空数据模型,支持矢量和栅格时空数据存储管理、LUCC时空过程模拟、LUCC时空过程建模参数提取和成果数据管理与发布。基于该模型研发了LUCC时空信息系统原型,以LUCC时空信息统计、地表覆盖斑块时空过程模拟、地表覆盖时空转移矩阵计算为例,验证了模型的可行性。