基于Oracle Spatial的時(shí)態(tài)空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
2024-08-29 13:48:36
供稿：網(wǎng)友
需求前提：數(shù)據(jù)每年變化1～2次，軟件預(yù)計(jì)生命周期50年
實(shí)踐環(huán)境：Oracle Spatial
術(shù)語表：時(shí)空對(duì)象，快照
時(shí)空對(duì)象：一個(gè)地理目標(biāo)從誕生到消亡所經(jīng)歷的空間和時(shí)間范圍及其屬性信息。這是一個(gè)為處理時(shí)空數(shù)據(jù)方便而抽象出來的概念，相當(dāng)于全信息模型中的全信息對(duì)象。為了理解時(shí)空對(duì)象，我們以二維地物為例。二維地物在二維空間中占據(jù)一定的空間范圍，表現(xiàn)為一個(gè)二維幾何體，也就是它的幾何屬性。假如再增加一條時(shí)間軸，成為（x，y，t）坐標(biāo)系，并認(rèn)為任何的空間對(duì)象都有誕生和消亡，則這個(gè)二維地物就在（x，y，t）坐標(biāo)系中占據(jù)了一定的三維空間。我們就把二維地物從誕生到消亡這一時(shí)間段所占據(jù)的空間－時(shí)間范圍稱之為“時(shí)空對(duì)象”。同理，也可以將時(shí)空對(duì)象擴(kuò)展為三維的空間對(duì)象在時(shí)間維度上的延續(xù)，也就是四維對(duì)象。時(shí)空對(duì)象的屬性信息是一張二維表。
快照：一個(gè)地理目標(biāo)在某一特定時(shí)刻所占據(jù)的空間范圍及其屬性信息，或者說：時(shí)空對(duì)象在某一特定的時(shí)刻所占據(jù)的空間范圍及其相應(yīng)的屬性信息。舉例來說，地圖上繪制了一個(gè)飯店的位置，大小，這就是飯店的一個(gè)快照。因?yàn)轱埖晔菑哪骋粫r(shí)刻才誕生的，又會(huì)在某一時(shí)刻消亡，而在誕生和消亡之間，還可能會(huì)搬遷或擴(kuò)建。所以地圖上反映的僅僅是飯店在某一時(shí)刻的狀態(tài)，所以稱之為飯店在某一時(shí)刻的快照或時(shí)空對(duì)象在某一特定時(shí)刻的快照。注重，快照總是對(duì)應(yīng)于某一特定的時(shí)刻，否則將失去快照的意義。快照的屬性信息是時(shí)空對(duì)象屬性信息表中的一條記錄。
設(shè)計(jì)方向：
以時(shí)空對(duì)象的概念組織空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，使得對(duì)地物變遷歷史的查詢和分析成為可能。
對(duì)應(yīng)用層屏蔽歷史數(shù)據(jù)的處理過程，將歷史數(shù)據(jù)的處理當(dāng)作數(shù)據(jù)庫模塊的功能之一。
技術(shù)要點(diǎn)：
1、 Oracle包變量的會(huì)話獨(dú)立性
2、 動(dòng)態(tài)視圖技術(shù)（基于函數(shù)的視圖）
圖形解說：
時(shí)間
空間
對(duì)象誕生時(shí)間
觀察方向
當(dāng)前觀察時(shí)間
對(duì)象消亡時(shí)間
快照3
快照2
快照1
時(shí)空對(duì)象（對(duì)象一）
對(duì)象三
對(duì)象二
從以上示意圖中可以清楚地看出，每一個(gè)時(shí)空對(duì)象都是由多個(gè)快照記錄所描述的。觀察者的每一次觀察都是基于一個(gè)特定的觀察時(shí)間的。例如，圖示中的觀察者應(yīng)該看到對(duì)象一的快照2和對(duì)象三的快照2，而無法看到對(duì)象二和對(duì)象一、三的其他快照記錄。看不到對(duì)象二是因?yàn)樵诖擞^察時(shí)間之前，對(duì)象二已經(jīng)消亡。看不到對(duì)象一的快照1是因?yàn)閷?duì)象一有更新的觀察數(shù)據(jù)快照2可以更好地近似反映對(duì)象二在當(dāng)前觀察時(shí)間所處的狀態(tài)。
數(shù)據(jù)表：數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)基于以上概念
對(duì)象表
Obj_id
NUMBER
時(shí)空對(duì)象標(biāo)識(shí)號(hào)
<PK>
Start_time
DATE
對(duì)象誕生時(shí)間
End_time
DATE
對(duì)象消亡時(shí)間
Obj_Attr
VARCHAR2(100)
對(duì)象屬性數(shù)據(jù)
會(huì)因時(shí)間的流逝而發(fā)生變化的屬性信息。
快照記錄表
Obj_id
NUMBER
時(shí)空對(duì)象標(biāo)識(shí)號(hào)
<FK>
Snap_id
NUMBER
快照數(shù)據(jù)的唯一序號(hào)
<PK>
Snap_time
DATE
快照時(shí)間
Snap_end
DATE
快照結(jié)束時(shí)間
屬于同一時(shí)空對(duì)象的最近的下一條快照的快照時(shí)間。設(shè)置此列的目的是為了查詢方便。
Geom.
MDSYS.SDO_GEOMETRY
快照幾何數(shù)據(jù)
Attr
VARCHAR2(100)
快照屬性數(shù)據(jù)
會(huì)因時(shí)間的流逝而發(fā)生變化的屬性信息。
存儲(chǔ)過程：
利用Oracle中包變量的會(huì)話獨(dú)立性，在包中建立以下幾個(gè)基本的存儲(chǔ)過程：設(shè)置當(dāng)前觀察時(shí)間，獲取當(dāng)前觀察時(shí)間，利用當(dāng)前觀察時(shí)間和傳入的Snap_time，Snap_end參數(shù)判定快照記錄是否可見（Snap_Filter）。
視圖：建立在快照記錄表上的視圖，基于存儲(chǔ)函數(shù)Snap_Filter實(shí)現(xiàn)對(duì)表中記錄的篩選。傳入?yún)?shù)為：Snap_time,Snap_End.，返回值為此快照是否可見。
SELECT Obj_id, Snap_time, Geom, Attr
FROM 快照記錄表
WHERE Snap_Filter(Snap_time, Snap_end) > 0;
Obj_id
NUMBER
時(shí)空對(duì)象標(biāo)識(shí)號(hào)
Snap_time
DATE
快照時(shí)間
Geom.
MDSYS.SDO_GEOMETRY
快照幾何數(shù)據(jù)
Attr
VARCHAR2(100)
快照屬性數(shù)據(jù)
觸發(fā)器：
視圖上的觸發(fā)器，使應(yīng)用層用戶可以在視圖中插入，修改，刪除數(shù)據(jù)。
要點(diǎn)： 1、維護(hù)表中數(shù)據(jù)時(shí)要避免出現(xiàn)時(shí)間悖論，造成時(shí)間邏輯混亂。
2、快照記錄表中的Snap_end列的維護(hù)稍微麻煩一些，應(yīng)小心謹(jǐn)慎。
擴(kuò)展與變化：
1、 支持多種觀察模式。
為了查詢功能的靈活性，可以增加幾個(gè)擴(kuò)展功能的存儲(chǔ)過程：設(shè)置當(dāng)前的觀察模式，獲取當(dāng)前的觀察模式，重寫Snap_Filter函數(shù)以支持多種觀察模式。
例如：
【對(duì)象歷史追溯模式】此時(shí)當(dāng)前觀察時(shí)間這一參數(shù)失效，Snap_Filter的行為發(fā)生變化，視圖中看到的是某一（或某幾個(gè)）指定對(duì)象的所有快照。這種模式便于對(duì)單個(gè)對(duì)象的整個(gè)歷史變遷過程加以追蹤。
【時(shí)間段觀察模式】此時(shí)需要設(shè)置的觀察時(shí)間不是一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，而是一個(gè)時(shí)間段。Snap_Filter的返回值也有了更豐富的含義，可以用不同的數(shù)字（例如：1，2，4）表示某一快照記錄在當(dāng)前時(shí)間段開始，結(jié)尾，中間的可見性。這種模式可以用于需要對(duì)兩個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的場(chǎng)合。
2、 增加對(duì)象關(guān)系表以描述時(shí)空對(duì)象之間的聯(lián)系
時(shí)空對(duì)象之間可能會(huì)有各種各樣的聯(lián)系，例如：變化，融合，分裂等。可通過以下表格加以描述。
時(shí)空對(duì)象關(guān)系表
Obj_1
NUMBER
時(shí)空對(duì)象標(biāo)識(shí)號(hào)
<PK><FK>
Obj_2
NUMBER
時(shí)空對(duì)象標(biāo)識(shí)號(hào)
<PK><FK>
Relation_type
NUMBER
關(guān)系類型
<PK>
使用方法：
假如是查詢最新信息，即觀察時(shí)間為系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間，則直接訪問視圖即可。
假如是查詢歷史數(shù)據(jù)，只需在數(shù)據(jù)連接會(huì)話中調(diào)用存儲(chǔ)過程來設(shè)置當(dāng)前觀察時(shí)間，其效果是所有視圖中可見的記錄集合都是當(dāng)前觀察時(shí)間點(diǎn)可見的記錄，其他記錄不會(huì)出現(xiàn)在視圖中。
