动态多基态变粒度时空修正模型在矿区地质环境中的应用_马龙

马 龙， 卢才武， 顾清华
（ 西安建筑科技大学管理学院， 陕西 西安 710055）
摘要： 针对矿区地质环境污染面积动态变迁和实时监测问题 ， 首先根据 TGIS 中的时间属性表达特性， 分别将时间粒度表达和变粒
提出了一种动态多基态变粒度的修正模型 ， 实现了时间 度时空存储因子设计与现有的动态多级基态修正模型进行综合集成表示 ， 粒度动态变化过程中多基态自动确立问题 ； 其次结合某矿区地质环境面积变迁的时空数据特征， 分别设计了时空数据库的五库结 构和数据库组织结构 ， 实现了矿区地质环境面积变迁时空数据库的逻辑和物理结构设计； 然后通过结合 TGIS 和视频播放器原理， 实现了矿区地质环境面积变化场景的回放 ， 并采用空间数据库查询语句实现了地质环境面积变化的超前预演； 最后以某矿区地质 环境数据为例， 实践表明： 动态多基态变粒度的修正模型可实时监测矿区地质环境类型面积的变迁过程 ， 增加了复垦区域的面积 ， 实现了矿区地质环境面积变迁数据的存储 、 再现和未来变迁的预演。
关键词： 动态多基态； 变粒度； 修正模型； TGIS 中图分类号： P208 文献标识码： A 0911（ 2017） 09010406 文章编号： 0494-
Application of Dynamic Multilevel Base State and Various Granularities with Spatiotemporal Amendments in Mining Area Geological Environment
图2
动态多基态变粒度修正模型
2
2．1
DMBSVGA 时空数据库设计
矿区地质环境时空数据特征 在露天矿采掘活动过程中， 矿山地质环境类型
的面积变迁具有时空动态变化特征， 面积的变更主 要是由污染区域向治理区域的转移过程 ， 具体存在 以下 6 种变更情况： ①复垦区 C 和废弃基坑 F 地质 环境面积不变， 开采基坑 A 和排土场 B 面积减少， 工业区 D、 积水区 E 面积增加； ②废弃基坑 F 面积不 ， 变 排土场 B 和复垦区 C 面积减少， 开采基坑 A、 工 业区 D、 积水区 E 面积增加； ③ 废弃基坑 F 面积不 变， 工业区 D 和复垦区 C 面积减少， 开采基坑 A、 排
2017 年
第9期
马
龙， 等： 动态多基态变粒度时空修正模型在矿区地质环境中的应用
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问题。而变粒度时空对象的历史基态距动态设立与 再现要比等基态距数据检索更有价值。 因此， 提出 了一种动态多基态变粒度时空修正模型 （ dynamic multilevel base state and various granularities with amendments， DMBSVGA ） ， 以 TGIS 在矿区地质环境 变化中的应用为核心， 实现多级变粒度历史数据再 现、 预演以及动态过程展现。
随着 GIS 在地质环境领域应用需求的不断增 TGIS 受到业界内的普遍关注［1］。目前在 6 类时 加， 空数据模型
［2 ］
询效率
［5 ］
； 刘睿等引入动态基态数据存储区的概
［6 ］
念， 提出了动态基态的时空数据基态修正方法
；
中， 多基态修正时空数据模型不能存
储所有微变状态信息， 具有存储的冗余数据少， 历史 点数据再现快速等特点， 成为广泛研究和应用的焦 点
开销。假设要再现到图 2 中历史时刻 T0 的状态， 如 果在 T2 时刻事件变化量较少且检索频度较小 ， 则在 形成 T1 至 T2 的一个级差文件， 其 T2 设立基态距， 由此 T2 时刻的历史状态只需根据级差文件获得 。 DMBSVGA 模型如图 2 所示， 基于上述思想， 通过事 件变化， 形成一个变化的差文件， 两个差文件的数量 构成基态距， 最佳的基态距位置是由事件变化数量 和检索频率分布位置决定。 因此， 对基态距影响因 子分析后， 将变化系数 a（ a≠1） 引入该模型， 判断变 粒度基态距阈值 F 的表达式如下 F = a ˑΔt i （ 1） X = 0 ， F ≥Δt i ， q i ＜ F 0 ， F ＜Δt i ， q i ＜F
1
1．1
TGIS 时空数据模型
时间粒度的表达 TGIS 中的时间要素是地理信息的本质属性之
一， 它的描述对象是时空实体对象， 其时空特性具有 ［1011 ］ 。 。 连续性 关 于 时 间 的 认 识 观 点 主 要 有 两 类 为便于表述研究的问题， 对一些基本时间要素定义 如下： Xj 定义 1： 时态划分： 对于时间集 U， 有 X i ，
［34 ］
张保钢等针对历史基态数据占用存储空间大的问 题， 提出多基态多级差的时空数据基态修正改进方 法
［7 ］
； 王履华等采用双向递归算法， 提出了一种改
［8 ］
。
进基态修正时空数据模型的表达方式
； 霍亮等采
针对多基态修正时空数据模型的问题， 不同学 者从不同角度进行了研究。如刘仁义等针对用户对 提出了多基态修 特定时期的时态数据库频繁访问， 正模型， 应用区段和变粒度索引方法来提高时态查
MA Long， LU Caiwu， GU Qinghua
（ School of Management， Xi’ an University of Architecture and TechnБайду номын сангаасlogy，Xi’ an 710055， China）
Abstract： To solve the problem of dynamic changing and realtime monitoring of mining geological environment area， the dynamic multilevel base state and various granularities with amendments is proposed through time granularities and variable granularities storage factors are wholly integrated depending to the expression of time attribute in TGIS， so as to realize base state and history base state are quickly created in time granularities dynamic process． The five database structure and organization of spatiotemporal database are designed by combined with spatiotemporal data of a mining areas geological environment area， Then playback and advanced preview of area change scene are realized respectively by combing TGIS with video player and SQL．Finally spatiotemporal data of a mine geological the successful application states that the model can be realtimely monitored change of the geological environment type as example， environment areas， be improved the reclamation areas， and be realized the storage， reproduction and forecast of the mining geological environment area data． Key words： dynamic multilevel base state； various granularities； amendments model； TGIS
用增量信息记录方式， 提出了基于基态修正模型的 解决了矢量数据库的数据 矢量数据增量更新机制， 更新和更新后历史数据维护的问题
［9 ］
。
上述所解决的是对历史数据的检索和回朔效率
0123； 修回日期： 20170629 收稿日期： 2017基金项目： 国家自然科学基金（ 51404182） ； 陕西省重点学科建设专项资金（ E08001） TGIS 等方面的研究。 Email： malong1982@ 作者简介： 马 龙（ 1982—） ， 男， 博士生， 讲师， 主要从事时空数据库、 数字化矿山应用技术、 126．com mail： qinghuagu@ 126．com 通信作者： 顾清华。E-
n U， i ≠j且 X i ∩X j ≠， X2 ， …， 满足∪ i = 1 X i = U， 则｛ X1 ，
{
1 ， F ≤Δt i ， q i ≥F （ 2）
X 表示基态距； Δt i 表示 t i 时刻距离现在时刻 式中， 的时间差； q i 表示 Δt i 时间内的差文件数； F 表示基 态距阈值； 1 表示设立基态距； 0 表示不设立基态距。
X n ｝ 构成 U 的一个时态划分， 记为!。 定义 2： 时 态 粒 度： 即 时 间 的 分 辨 率， 记 为 rt 。 t 2 均在 r t 内， 当 t1 －t2 ≤ r t ， 即 t1 、 则认为 t 1 = t 2 ； 当 t1 －t2 ＞r t ， 则认为 t 1 ≠ t 2 。 时间分辨率是事件记录 的最小单位， 小于最小单位的时间即被记录为时刻 。 定义 3： 时刻 g i ： 存在一个时间 t i ， 当满足条件 U（ t i ） ≤r t ， 则 t i 为时刻； 当 U（ t i ） ＞r t ， 则 t i 为时区。 tj 满 足 定义 4： 时 间 区 间 t p ： 存 在 两 个 时 刻 t i 、 U（ t i ） ≤r t ， U（ t j ） ≤r t ， t i ≠t j ， tj ) 。 则时间区间为 t p ( t i ， 1．2 变粒度时空数据存储因子 在设计矿山地质环境监测的时空数据模型时 ， 为提高时态数据的存储和检索性能， 将地理事件的 时间粒度细分到秒级， 本文遵循学者唐常杰的三史 ［12 ］ ， 制思想 将三史制扩展为多史制， 根据矿区地质 环境面积时态元素变迁频度， 构建对应的变粒度索 引因子 K 0 ， 变粒度时间因子如图 1 所示。