對(duì)象化智慧旅游時(shí)空數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李文清，李景文，呂 楠，蘇 濤

（1.桂林理工大學(xué) 測(cè)繪地理信息學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.廣西空間信息與測(cè)繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004）

對(duì)象化智慧旅游時(shí)空數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李文清1,2，李景文1,2，呂 楠1,2，蘇 濤1,2

（1.桂林理工大學(xué) 測(cè)繪地理信息學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.廣西空間信息與測(cè)繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004）

從面向?qū)ο蟮慕嵌?，?duì)智慧旅游中的地理時(shí)空現(xiàn)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)描述，設(shè)計(jì)了對(duì)象化智慧旅游時(shí)空數(shù)據(jù)的概念模型、邏輯模型、物理模型，構(gòu)建了對(duì)象化智慧旅游時(shí)空數(shù)據(jù)庫。采用基于Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫對(duì)旅游時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行了存儲(chǔ)和查詢分析。

對(duì)象化；智慧旅游；時(shí)空數(shù)據(jù)庫；Oracle Spatial

在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，人類的一切活動(dòng)都與互聯(lián)網(wǎng)緊密相連。隨著數(shù)字地球和智慧城市等大型項(xiàng)目的開展，智慧旅游也在這種大背景下應(yīng)運(yùn)而生。要實(shí)現(xiàn)旅游的智能化，關(guān)鍵是要科學(xué)有效地組織和管理好智慧旅游的時(shí)空數(shù)據(jù)，因此，構(gòu)建和設(shè)計(jì)智慧旅游的時(shí)空數(shù)據(jù)庫是智慧旅游實(shí)現(xiàn)的核心內(nèi)容。本文利用面向?qū)ο蟮乃枷?，使用Oracle Spatial數(shù)據(jù)庫對(duì)智慧旅游的時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)象化描述、組織、存儲(chǔ)和查詢。

1 對(duì)象化智慧旅游時(shí)空數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法

本文使用面向?qū)ο蟮乃枷雭順?gòu)建智慧旅游時(shí)空數(shù)據(jù)庫，采用概念模型設(shè)計(jì)、邏輯模型設(shè)計(jì)、物理模型設(shè)計(jì)3個(gè)階段來實(shí)現(xiàn)對(duì)智慧旅游時(shí)空數(shù)據(jù)的描述。

1.1 智慧旅游時(shí)空數(shù)據(jù)概念模型設(shè)計(jì)

時(shí)間、空間、屬性是地理實(shí)體的3個(gè)基本特征，因此，地理實(shí)體的變化可以從時(shí)間語義、空間語義和屬性語義3個(gè)方面來進(jìn)行描述。其中，時(shí)間語義可以分解為事件和時(shí)間，對(duì)于事件通常采用事件發(fā)生的時(shí)間、事件發(fā)生的地點(diǎn)、作用的對(duì)象、發(fā)生的事件和導(dǎo)致的變化這5個(gè)方面來描述；因此，對(duì)于地理實(shí)體的變化，也可以從時(shí)間、空間、對(duì)象、事件、屬性這5個(gè)方面來描述時(shí)空數(shù)據(jù)模型。面向?qū)ο蟮臅r(shí)空數(shù)據(jù)模型主要描述實(shí)體的空間、時(shí)間、屬性3個(gè)特征，而事件語義則描述時(shí)間、空間、事件、對(duì)象、屬性5個(gè)方面信息；其中，屬性、空間信息比較容易理解，事件（event）、時(shí)間（time）和對(duì)象（object）3個(gè)要素相對(duì)比較復(fù)雜，其概念與關(guān)系分述如下：

1）對(duì)象?，F(xiàn)實(shí)世界中的各種現(xiàn)象被概念性地抽象為實(shí)體，但在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)體的數(shù)字化形式稱作對(duì)象，并且將具有空間屬性的實(shí)體稱作時(shí)空對(duì)象。當(dāng)時(shí)空對(duì)象狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問題：是新的時(shí)空對(duì)象的產(chǎn)生，還是該狀態(tài)變化的時(shí)空對(duì)象對(duì)應(yīng)著相同的對(duì)象。解決該問題就需要通過唯一編碼對(duì)時(shí)空對(duì)象進(jìn)行標(biāo)識(shí)，以實(shí)現(xiàn)時(shí)空對(duì)象和時(shí)空演變緊密關(guān)聯(lián)在一起的目的。時(shí)空對(duì)象O的結(jié)構(gòu)定義為：

式中，ID表示時(shí)空對(duì)象O的對(duì)象標(biāo)識(shí)碼（標(biāo)識(shí)碼是唯一的）；S(t)表示對(duì)象隨時(shí)間變化的空間特性；P(t)表示對(duì)象隨時(shí)間變化的屬性特性；T(Tv，Td)表示對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)態(tài)性，Tv表示有效時(shí)間，Td表示數(shù)據(jù)庫時(shí)間；A表示對(duì)象的行為操作，即對(duì)象的時(shí)間、空間和屬性的運(yùn)算操作。

2）事件。對(duì)于某區(qū)域內(nèi)的任何一次操作都可以看成是一個(gè)事件，該區(qū)域所有事件的集合稱之為事件空間。每個(gè)事件在一定程度上又可以細(xì)分為更基本的事件。事物的發(fā)展由事件序列組成，事件序列的表達(dá)式為：

式中，EID表示事件的標(biāo)識(shí)號(hào)；ESTi表示事件發(fā)生時(shí)刻；EETi表示事件結(jié)束時(shí)刻；EAi表示事件類型，如空間事件、屬性事件；EOi表示事件其他方面的說明。

3）時(shí)間。在時(shí)間數(shù)據(jù)庫中，基本的概念是實(shí)際時(shí)間和數(shù)據(jù)庫時(shí)間。實(shí)際時(shí)間指的是在現(xiàn)實(shí)世界中事件實(shí)際發(fā)生的時(shí)間（又稱為現(xiàn)實(shí)世界時(shí)間或真實(shí)時(shí)間）；數(shù)據(jù)庫時(shí)間指的是在數(shù)據(jù)庫中記錄該事件的時(shí)間（又稱為系統(tǒng)時(shí)間或事務(wù)處理時(shí)間）。在數(shù)據(jù)庫中，任何一個(gè)對(duì)象均具有實(shí)際時(shí)間和數(shù)據(jù)庫時(shí)間的屬性。

1.2 智慧旅游時(shí)空數(shù)據(jù)邏輯模型設(shè)計(jì)

根據(jù)概念模型中提出的5元組描述，通過對(duì)象、屬性、空間、時(shí)間、事件5個(gè)語義對(duì)象來全面描述動(dòng)態(tài)的地理實(shí)體，因此，可以將概念模型中的每一個(gè)組成部分抽象為時(shí)空地理對(duì)象類，具體可概括為：屬性對(duì)象類、空間對(duì)象類、時(shí)間對(duì)象類、事件對(duì)象類。采用面向?qū)ο蟮姆椒▽?duì)旅游時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，這些類之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 對(duì)象化時(shí)空數(shù)據(jù)模型邏輯設(shè)計(jì)

由圖可以看出，事件包括新增、消亡、合并、分割等事件類型。當(dāng)某事件發(fā)生變化，在事件的驅(qū)動(dòng)下，從發(fā)生時(shí)間到完成時(shí)間，對(duì)象會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的狀態(tài)變化。時(shí)空變化過程的同時(shí)還會(huì)引起時(shí)間、屬性、空間等要素發(fā)生變化。

1.3 智慧旅游時(shí)空數(shù)據(jù)物理模型構(gòu)建

以基于事件語義的旅游時(shí)空數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，根據(jù)Oracle Spatial時(shí)空數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制來構(gòu)建旅游時(shí)空數(shù)據(jù)庫。針對(duì)旅游時(shí)空數(shù)據(jù)模型對(duì)象的不同，對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，可以分別對(duì)歷史數(shù)據(jù)庫、過程數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)勢(shì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1）歷史數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的是改變到當(dāng)前狀態(tài)之前的歷史旅游數(shù)據(jù)，當(dāng)某個(gè)旅游信息變更事件發(fā)生時(shí)，旅游對(duì)象從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)化為另一個(gè)狀態(tài)，就按照一定的事件發(fā)生時(shí)間順序?qū)?dāng)前旅游對(duì)象狀態(tài)之前的旅游數(shù)據(jù)保存到歷史庫中。

2）過程數(shù)據(jù)庫保存的是對(duì)象各個(gè)變化時(shí)段的屬性和空間等數(shù)據(jù)，由事件與過程引起變化的前后對(duì)象之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的記錄數(shù)據(jù)，由事件表與過程表等組成。

3）現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的是旅游信息的最新數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)當(dāng)前操作的對(duì)象，該數(shù)據(jù)描述了旅游對(duì)象當(dāng)前狀態(tài)下的屬性和空間位置。

旅游時(shí)空數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)主要針對(duì)旅游管理中的每一個(gè)邏輯時(shí)空對(duì)象進(jìn)行對(duì)象信息存儲(chǔ)，根據(jù)Oracle Spatial空間數(shù)據(jù)模型，可以建立旅游各個(gè)部分的對(duì)象表，景區(qū)表結(jié)構(gòu)如表1所示。

其中，JQID為主鍵，也是描述景區(qū)對(duì)象的唯一標(biāo)識(shí)，有助于時(shí)空索引；BT是開始時(shí)間，表示該旅游對(duì)象開始存在的時(shí)間；ET是結(jié)束時(shí)間，表示該景區(qū)對(duì)象消失的時(shí)間，BT和ET主要用來區(qū)分現(xiàn)勢(shì)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；B_EVID表示該景區(qū)對(duì)象產(chǎn)生的原因；E_EVID表示該景區(qū)對(duì)象變更結(jié)束的原因。

表1 景區(qū)時(shí)空數(shù)據(jù)表

結(jié)合旅游時(shí)空數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)，可以對(duì)模型中每一個(gè)邏輯時(shí)空對(duì)象建立現(xiàn)勢(shì)表、事件表、過程表、歷史表，各個(gè)表的結(jié)構(gòu)分別如表2～表5所示。

表2 旅游對(duì)象現(xiàn)勢(shì)表

表3 旅游對(duì)象事件表

表4 旅游對(duì)象過程表

表5 旅游對(duì)象歷史表

2 智慧旅游綜合信息的查詢分析

根據(jù)旅游時(shí)空信息變化的特征，對(duì)旅游綜合信息進(jìn)行快照式查詢，包括輸入一個(gè)時(shí)刻或一個(gè)時(shí)間段和時(shí)間間隔，查詢顯示出相應(yīng)時(shí)刻或間隔的靜態(tài)快照及時(shí)間段內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化，即某個(gè)時(shí)刻的歷史狀態(tài)查詢。

2.1 查詢某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的旅游信息

給定一個(gè)時(shí)間點(diǎn)（T0），查詢?cè)谶@時(shí)刻的旅游信息，首先在歷史數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中檢索滿足條件Ts＜T0&&Te>T0的旅游對(duì)象記錄，即為查詢結(jié)果，其查詢流程如圖2所示。

圖2 基于時(shí)間點(diǎn)的快照查詢流程圖

設(shè)now、nowobj、past、pastobj、temp分別為現(xiàn)勢(shì)表、現(xiàn)勢(shì)表中的旅游對(duì)象、歷史表、歷史表中的旅游對(duì)象、臨時(shí)表，基于時(shí)間點(diǎn)的快照查詢算法描述如下：

2.2 查詢某個(gè)時(shí)間段的旅游信息

給定一個(gè)時(shí)間段（T1，T2），查詢?cè)谶@時(shí)間段內(nèi)的旅游信息，這時(shí)間段可能包含對(duì)象的起始時(shí)間或消失時(shí)間，因此，在歷史數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中檢索滿足條件Te>T1&&Te＜T2&&Ts>T1&&Ts＜T2的旅游對(duì)象記錄，即為查詢結(jié)果。設(shè)now、nowobj、past、pastobj、temp分別為現(xiàn)勢(shì)表、現(xiàn)勢(shì)表中的旅游對(duì)象、歷史表、歷史表中的旅游對(duì)象、臨時(shí)表，基于時(shí)間段的快照查詢算法描述如下：

快照式查詢只是比較所需要查詢的時(shí)間或時(shí)間段與起始時(shí)間（Ts）和結(jié)束時(shí)間（Te）的大小關(guān)系，接著在歷史數(shù)據(jù)庫及現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中查詢滿足條件的記錄即可，因此，這種查詢效率相對(duì)比較高且易于實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié) 語

在智慧城市的背景下，智慧旅游的建設(shè)步伐也不斷加快，與此同時(shí)，大量的旅游信息頻繁變更，如何合理掌握真實(shí)且具有現(xiàn)勢(shì)性的綜合性信息，實(shí)現(xiàn)旅游數(shù)據(jù)的快速存儲(chǔ)與查詢，這就需要建立一個(gè)有效的時(shí)空數(shù)據(jù)模型，節(jié)約存儲(chǔ)空間。通過對(duì)智慧旅游的時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的組織和管理來構(gòu)建智慧旅游時(shí)空數(shù)據(jù)庫，將是智慧旅游系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

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P208

B

1672-4623（2016）12-0024-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.12.009

李文清，碩士研究生，研究方向?yàn)镚IS理論與應(yīng)用。

2015-07-06。

項(xiàng)目來源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41461085）；廣西自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2014GXNSFDA118032）；教育廳資助項(xiàng)目（YB2014164）。