基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李 龍，劉 澎，張永東，張可佳

(東北石油大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李 龍，劉 澎，張永東，張可佳

(東北石油大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

設(shè)計(jì)合理的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)不僅能提高整個(gè)空間數(shù)據(jù)操作時(shí)的性能和效率，而且還可以減少后期的維護(hù)修復(fù)工作，使整個(gè)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)運(yùn)行的更加快捷，需要對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫(kù);當(dāng)前的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法采用ArcSDE數(shù)據(jù)引擎對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷地更新調(diào)整，再利用多源空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的技術(shù)對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，存在空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)運(yùn)行時(shí)速度緩慢，計(jì)算精度低的問(wèn)題;為此，提出了一種基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法;該方法首先在空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中建立空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)，利用R-樹(shù)族構(gòu)建空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)索引樹(shù)，依據(jù)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)索引樹(shù)，掃描索引空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，過(guò)濾掉不滿(mǎn)足查詢(xún)條件的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)象，使空間數(shù)據(jù)查詢(xún)結(jié)果可以在額定時(shí)間內(nèi)獲得，然后采用空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)、以及由數(shù)據(jù)線(xiàn)組成的區(qū)域、一組區(qū)域、空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的詳細(xì)存儲(chǔ)方式對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，利用MongoDB驅(qū)動(dòng)程序?qū)κ噶靠臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)存儲(chǔ)，最后通過(guò)對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)索引、查詢(xún)、存儲(chǔ)等設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立;仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，所提方法提高了空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的建庫(kù)速度，減少了數(shù)據(jù)運(yùn)行的時(shí)間，提升了空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的利用率。

UML技術(shù)；空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引言

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用受到了很多領(lǐng)域的高度重視，這些領(lǐng)域通過(guò)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的功能來(lái)輔助其工作與任務(wù)的完成，使空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)成為了當(dāng)今的熱門(mén)話(huà)題[1-2]。由于空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的運(yùn)行具有復(fù)雜性，無(wú)序性，不安全性等特點(diǎn)，需要對(duì)其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)方便其運(yùn)行和處理。多數(shù)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)方法無(wú)法對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行安全、靈活、全面的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)運(yùn)行或處理時(shí)出現(xiàn)操作延遲，數(shù)據(jù)丟失等情況[3-4]。在這種情況下，如何提高空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的精度成為了急需解決的問(wèn)題。而基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法可以對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的索引查詢(xún)和存儲(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。是解決上述問(wèn)題的有效途徑[5-6]，成為了空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)研究者的主要研究方向，受到了該領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注，同時(shí)也取得了很多優(yōu)秀的成果[7]。

文獻(xiàn)[8]提出了一種基于SQLServer的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法。該方法首先利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)法以及C/S體系通過(guò)對(duì)圖形數(shù)據(jù)的分解，進(jìn)行空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)，然后采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中的GeoView系統(tǒng)完善關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，從而完成對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。該方法雖然較為簡(jiǎn)單，但是實(shí)現(xiàn)過(guò)程中存在精度低的問(wèn)題。文獻(xiàn)[9]提出了一種基于SDB的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法。該方法首先采用SDB數(shù)據(jù)引擎對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行構(gòu)建與管理，為此建立專(zhuān)有的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，然后完善空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)屬性建設(shè)，修改空間數(shù)據(jù)庫(kù)屬性結(jié)構(gòu)，編輯空間數(shù)據(jù)對(duì)象的屬性值，為使用者提供靈活便捷的空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)庫(kù)功能，對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行最大優(yōu)化程度的構(gòu)建與管理。該方法所設(shè)計(jì)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)較為完善，且利用率較高，但是存在消耗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。文獻(xiàn)[10]提出了一種基于Oracle Spatial的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法。該方法先將Oracle Spatial中的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)象類(lèi)型設(shè)為結(jié)構(gòu)體，并使其可供OCI操作，然后根據(jù)OCI功能進(jìn)行空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中異構(gòu)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，將格式不同的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在Oracle中實(shí)現(xiàn)集成，最后設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于Oracle Spatial的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。該方法對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)速度快，效果好，但是進(jìn)行空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程比較繁瑣。

針對(duì)上述產(chǎn)生的問(wèn)題，提出了一種基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法。該方法對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的索引、查詢(xún)和存儲(chǔ)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，仿真實(shí)驗(yàn)證明，所提方法可以迅速全面地對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)中的各項(xiàng)有利數(shù)據(jù)也證明了基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法是可實(shí)現(xiàn)的。

1 基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法

1.1 空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)索引查詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)

在空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中建立空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)，可利用掃描索引空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，過(guò)濾掉部分不滿(mǎn)足查詢(xún)條件的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)象，從而減少空間系統(tǒng)負(fù)載。一般采用的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)索引為R-樹(shù)族，依據(jù)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)索引樹(shù)，使查詢(xún)結(jié)果可以在額定時(shí)間內(nèi)獲得。在R-樹(shù)族算法中，空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)域查詢(xún)是最有代表性的查詢(xún)方法，評(píng)估R-樹(shù)族的性能一般以空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)域查詢(xún)的性能來(lái)表示?？臻g基礎(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)域查詢(xún)的響應(yīng)時(shí)間主要由讀取與查詢(xún)區(qū)域節(jié)點(diǎn)所需時(shí)間和CPU處理區(qū)域節(jié)點(diǎn)所需時(shí)間組成。因?yàn)樵L(fǎng)問(wèn)一個(gè)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)頁(yè)面的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)很大，所以基本可以忽略，以空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)域查詢(xún)所需的訪(fǎng)問(wèn)節(jié)點(diǎn)數(shù)來(lái)表示空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)索引查詢(xún)性能。

假設(shè)Nd為空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集中主引導(dǎo)記錄的數(shù)目，N為R-樹(shù)族中空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)目?？臻g基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集中所有MBR歸一化在單位正方形U中。假如空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢(xún)區(qū)域?yàn)镼，大小為qx×qy，空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢(xún)區(qū)域均勻的分布在單位正方形U中。空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)查詢(xún)表示空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)域查詢(xún)?cè)趒x=qy=0時(shí)的一個(gè)特例。如果R-樹(shù)族中空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)nij的主引導(dǎo)記錄為xij×yij，假設(shè)在一次空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)查詢(xún)中該節(jié)點(diǎn)被訪(fǎng)問(wèn)的概率為NB(xij,yij)，則：

U=[0,2]×[0,2]

(1)

NB(xij,yij)=xij×yij

(2)

其中:NB()代表在一個(gè)任意空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)查詢(xún)中R-樹(shù)族中空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)次數(shù)，xij和yij分別代表空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)中第i個(gè)值和第j個(gè)值。

對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)給定區(qū)域qx×qy的查詢(xún)，可能引起的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)次數(shù)為p(qx,qy)：

(3)

其中：

p(qx,qy)=空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)面積+qy*Lx+

qxLy+N*qx*qy

(4)

其中:Lx、Ly分別代表R-樹(shù)族中空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)X軸和Y軸的邊長(zhǎng)，H代表空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢(xún)的響應(yīng)時(shí)間。

由上式得知，R-樹(shù)族中空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)面積與空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)周長(zhǎng)都對(duì)R-樹(shù)族的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)域查詢(xún)性能有影響，R-樹(shù)族中空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)目越少，區(qū)域查詢(xún)效果就越好。所以空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)主要考慮以下內(nèi)容：

(1)確定空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，利用空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及空間屬性數(shù)據(jù)不同的管理方式，采用混合模式實(shí)現(xiàn)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，混合模式是將空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在空間文件系統(tǒng)中。

(2)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析，空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析包括確定空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)范圍中水平方向的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)范圍以及垂直方向的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)范圍以及空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分辨率等?；赨ML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法依據(jù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型是基于對(duì)象的空間數(shù)據(jù)模型。

(3)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)方法設(shè)計(jì)，空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)方法的組成部分是空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)索引和在空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)索引上的操作。

(4)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢(xún)操作設(shè)計(jì)，空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢(xún)操作包括空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)查詢(xún)和區(qū)域查詢(xún)。

綜上所述，完成對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)索引查詢(xún)的設(shè)計(jì)。

1.2 空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

在空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中需要將空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行存儲(chǔ)，以下是對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)象存儲(chǔ)的方式：(1)將空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)象的特征信息存儲(chǔ)到空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中，空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)象原來(lái)的幾何圖形保存到數(shù)據(jù)大對(duì)象中；(2)將空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)象的原始幾何圖形進(jìn)行離散化，然后再進(jìn)行存儲(chǔ)。以下是空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)象的具體的存儲(chǔ)方式：

對(duì)于空間數(shù)據(jù)點(diǎn)的存儲(chǔ)：假設(shè)一個(gè)n維的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)，用n元數(shù)組(x1,x2…,xn)表示。

對(duì)于空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)線(xiàn)L的存儲(chǔ)：用一組空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)表示為：

(5)

其中:a代表空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)，m代表空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)順序值。

對(duì)于空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)域R的存儲(chǔ)：把空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)域邊界看成一條曲線(xiàn)，將區(qū)域看作一條閉合的曲線(xiàn)，用存儲(chǔ)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)線(xiàn)的方式將閉合的曲線(xiàn)存儲(chǔ)，空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)域的第一個(gè)點(diǎn)和最后一個(gè)點(diǎn)相同的情況下，空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)域R：

(6)

對(duì)于空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一組區(qū)域P的存儲(chǔ)：用空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域的方式存儲(chǔ)一組區(qū)域：

P={R1,R2,…,Rm}

(7)

對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)，空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是由若干數(shù)據(jù)點(diǎn)以及若干數(shù)據(jù)線(xiàn)組成的，則存儲(chǔ)方式是點(diǎn)和線(xiàn)存儲(chǔ)方式的結(jié)合。其存儲(chǔ)方式表示為：

net={nodes,lines}

(8)

其中:

(9)

lines={L1,L2,…Lk}

(10)

其中:Li代表空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的線(xiàn)，b代表空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量值。

以上是空間數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)、線(xiàn)、區(qū)域、一組區(qū)域、網(wǎng)絡(luò)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)設(shè)計(jì)。而針對(duì)矢量空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，創(chuàng)建不同的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集合滿(mǎn)足空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)：(1)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集合，用來(lái)存儲(chǔ)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；(2)空間元數(shù)據(jù)項(xiàng)集合，用來(lái)存儲(chǔ)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的元數(shù)據(jù)項(xiàng)。空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分為共享性數(shù)據(jù)和私人性數(shù)據(jù)，針對(duì)空間共享性數(shù)據(jù)，利用過(guò)濾器的安全模式將空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在統(tǒng)一的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中，針對(duì)空間私人性數(shù)據(jù)，每個(gè)私人用戶(hù)利用權(quán)限控制的安全模式設(shè)計(jì)單獨(dú)的空間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。以下是對(duì)矢量空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的具體存儲(chǔ)方式。

針對(duì)矢量空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)采用的是Mongo DB驅(qū)動(dòng)程序，Mongo DB驅(qū)動(dòng)程序利用文檔形式對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，每個(gè)文檔由空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)值組成，可以存儲(chǔ)復(fù)雜的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?？臻g基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，將每個(gè)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)象轉(zhuǎn)換成一個(gè)json數(shù)據(jù)對(duì)象，采用key/value方式存儲(chǔ)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)象的空間屬性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)矢量空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，由此完成對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)。

2 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了證明基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法的有效性，需要進(jìn)行一次仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)建立在由10臺(tái)物理機(jī)構(gòu)建的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取自于Shapefile文件中的若干空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由此驗(yàn)證基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法的整體有效性和可實(shí)現(xiàn)性。表1是基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法中空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)數(shù)據(jù)量(萬(wàn)個(gè))與查詢(xún)響應(yīng)時(shí)間(s)的關(guān)系。

表1 空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)數(shù)據(jù)量與查詢(xún)響應(yīng)時(shí)間關(guān)系

由表1可以明顯看出，基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法中空間數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間隨著空間數(shù)據(jù)量的變化而變化，在變化過(guò)程中隨著空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)量的增加查詢(xún)響應(yīng)時(shí)間也隨之增加，但是幅度較小，查詢(xún)數(shù)據(jù)量在1000萬(wàn)個(gè)-4000萬(wàn)個(gè)時(shí)，空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)響應(yīng)時(shí)間以0.2 s的速度逐漸增長(zhǎng)，查詢(xún)數(shù)據(jù)量在5000萬(wàn)個(gè)以上時(shí)，查詢(xún)響應(yīng)時(shí)間以0.1 s的速度增長(zhǎng)，說(shuō)明了兩點(diǎn)內(nèi)容：(1)查詢(xún)數(shù)據(jù)量的增加沒(méi)有給查詢(xún)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間帶來(lái)過(guò)分影響；(2)查詢(xún)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間隨著查詢(xún)數(shù)據(jù)量的增加反而越來(lái)越少，這證明了基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法具有良好的實(shí)用性，也證明了該方法是可實(shí)現(xiàn)的。表2是空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)速度(萬(wàn)個(gè)/s)與數(shù)據(jù)量(萬(wàn)個(gè))的關(guān)系。

表2 空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)速度與數(shù)據(jù)量的關(guān)系

表2中的數(shù)據(jù)顯示了不同數(shù)量的大規(guī)?？臻g基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)的速度，以每秒數(shù)萬(wàn)個(gè)的速度進(jìn)行存儲(chǔ)，有效提高了空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的運(yùn)行效率。主要是因?yàn)槔没赨ML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)細(xì)化了存儲(chǔ)模式，采用點(diǎn)、線(xiàn)、區(qū)域、組區(qū)域、網(wǎng)絡(luò)等細(xì)化模式對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，增強(qiáng)了存儲(chǔ)的速度，提高了空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)精度。進(jìn)一步證明了基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法的整體性能和可行性。圖1是本文方法對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)精度(%)的描述。

圖1是對(duì)基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法中空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)量(萬(wàn)個(gè))與存儲(chǔ)精度(%)關(guān)系的描述。當(dāng)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)剛開(kāi)始進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí)存儲(chǔ)精度在87%左右，隨著數(shù)據(jù)量的不斷增加存儲(chǔ)精度反而處于上升的趨勢(shì)，且平穩(wěn)處于90%以上，證明了基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法存儲(chǔ)時(shí)的安全穩(wěn)定性。為空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)提供了可靠依據(jù)。圖2是文獻(xiàn)[8]與本文空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)效率(%)的對(duì)比。

圖1 空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)精度

圖2中顯示的是文獻(xiàn)[8]所提方法與本文方法空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢(xún)效率(%)的對(duì)比。在該對(duì)比中明顯本文方法空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢(xún)效率(%)較高，圖中本文方法隨著查詢(xún)數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)變化處于平穩(wěn)的波動(dòng)中，且波動(dòng)是持續(xù)上升的，證明了基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法在查詢(xún)數(shù)據(jù)點(diǎn)(個(gè))時(shí)的查詢(xún)效率(%)很高，有利于基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)。

圖2 空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)效率對(duì)比

仿真實(shí)驗(yàn)證明，基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的索引，查詢(xún)以及存儲(chǔ)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，可以高效，安全，準(zhǔn)確地對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，是切實(shí)可行的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用當(dāng)前方法對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)時(shí)，無(wú)法安全精確地對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，存在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)有誤差，空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)運(yùn)行過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題。提出了一種基于UML技術(shù)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法。并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明，所提方法可以安全可靠地對(duì)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，是該領(lǐng)域研究發(fā)展的重點(diǎn)參考對(duì)象，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

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Based on UML Technology of Space Database Design and Implementation

Li long,Liu Peng,Zhang Yongdong,Zhang Kejia

(Computer and Information Technology, Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China)

Design and reasonable basis of the database can not only improve performance and efficiency of the whole spatial data operation, but also can reduce the late maintenance repair work, make whole space based data run faster, need to create a database of space based data. The current spatial database design method using ArcSDE data engine to adjust constantly updated space based data reuse technology of multi-source spatial data format conversion based on space database design, there is space based data run-time speed is slow, the problem of low precision. To this end, this paper proposes a space based database design method based on UML technology. This method first based on space database design based spatial data index structure, using R - based data index tree tree building space, on the basis of space based data index tree, scanning index space based data, filter based data object does not satisfy the query conditions of space, make the space data query result can be gained in the rated time and then USES the data points in space, data line, and area of cable, a set of detailed area, space based data network based data storage model of space for storage, use mongo drivers to store of vector spatial data, finally through to the space foundation database index, query, storage design has realized the space such as the establishment of the underlying database. The simulation experimental results show that the proposed method improves the speed of space of the construction of basic data, reduced the data of the running time, improve the utilization of space based data.

UML technology; space the underlying database; design and implementation

2017-03-31；

2017-04-13。

李 龍(1966-)，男，山東萊陽(yáng)人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事數(shù)據(jù)挖掘、智能系統(tǒng)方向的研究。

1671-4598(2017)07-0174-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.07.043

P208

A