基于智方體的地理時空柵格數(shù)據(jù)模型化研究.pdf

1、隨著地理信息價值逐漸得到認同和重視，地理信息數(shù)據(jù)得到了空前的發(fā)展，數(shù)據(jù)量不斷膨脹，與其同時地理信息系統(tǒng)的相關應用也在迅速地豐富和增長。然而，由于目前的地理信息數(shù)據(jù)的采集具有的空間局限性和時間局限性，使得形成的地理信息數(shù)據(jù)在時間和空間上具有明顯的離散性和碎片化特征，而地理信息應用對地理信息數(shù)據(jù)的時間有效性和空間有效性有著嚴格的要求，因此盡管地理信息數(shù)據(jù)呈爆炸式地增長，但是仍然無法滿足地理信息應用的需求，海量地理信息數(shù)據(jù)陷入了數(shù)據(jù)量大、但卻

2、利用率低的窘境。大數(shù)據(jù)思想和技術的興起為這一問題帶來了解決方向，它使得傳統(tǒng)的地理信息數(shù)據(jù)組織和管理的作用角色發(fā)生了改變，從面向海量數(shù)據(jù)的存儲與服務延伸到了提高海量存量數(shù)據(jù)的利用率上。在地理時空大數(shù)據(jù)的背景下通過利用人工智能技術實現(xiàn)空間信息的連續(xù)化預測模擬成為了可能，也是未來智能時代發(fā)展的趨勢。在這種趨勢下，對空間信息數(shù)據(jù)組織模型的研究提出了新的要求和挑戰(zhàn)。地理時空大數(shù)據(jù)智能化組織技術從大數(shù)據(jù)智能發(fā)現(xiàn)的初衷出發(fā)，強調(diào)地理時空大數(shù)據(jù)的內(nèi)在關

3、系和特征的描述和表達，提升地理時空大數(shù)據(jù)的信息發(fā)現(xiàn)能力和數(shù)據(jù)利用價值，解決由于空間數(shù)據(jù)狹隘的時空有效性所帶來的應用瓶頸，從而促進空間信息產(chǎn)業(yè)和科研事業(yè)發(fā)展。
　　本文從地理時空柵格大數(shù)據(jù)組織需求出發(fā)，基于地理時空柵格數(shù)據(jù)潛在的時序關系、空間關系、屬性語義關系和演變過程關系等關聯(lián)特性，利用大數(shù)據(jù)、智能化的思想和技術，研究空間信息大數(shù)據(jù)智能化組織模型，探索構建一個智能化的空間信息立方體，使其具備空間信息發(fā)現(xiàn)和智能化預測能力，實現(xiàn)離散、

4、片段式的空間數(shù)據(jù)的智能化擬合、平滑和填補，從而豐富、提高以及有序化空間信息大數(shù)據(jù)的信息維度、密度和準確度，滿足更多地理空間信息應用的需求。具體概括起來包括以下幾方面內(nèi)容:
　　(1)地理時空柵格數(shù)據(jù)智方體建模與論證
　　在大數(shù)據(jù)思想和數(shù)據(jù)驅動的智能時代背景下，分析現(xiàn)有相關數(shù)據(jù)模型組織形態(tài)，參考人類智能對信息和知識的處理方式，探討面向智能時代的數(shù)據(jù)模型的發(fā)展方向和需求，提出智方體數(shù)據(jù)組織模型的定義和特征，在智方體數(shù)據(jù)組織模型的

5、基礎上，結合地理時空柵格數(shù)據(jù)特點和大數(shù)據(jù)化所面臨的問題和需求，探討智能時代的地理時空大數(shù)據(jù)的發(fā)展?jié)摿徒M織形態(tài)，提出地理時空柵格數(shù)據(jù)智方體（Geo Raster Intelligent Cube，GRIC模型）的構建思想和特征定義，并開展了GRIC模型設計與基礎原理論證。
　　(2)基于GRIC模型的關鍵技術和應用方法設計與驗證
　　基于GRIC模型的關鍵技術和應用方法的設計與驗證以現(xiàn)有可行技術方案為基礎，地理柵格大數(shù)據(jù)為主

6、要研究對象，對地理時空柵格數(shù)據(jù)智方體進行了數(shù)據(jù)一體化組織、描述、存儲、聯(lián)想、發(fā)生、模擬、計算等方面的設計，具體內(nèi)容包括:1）設計基于時間概念本體、空間概念本體、屬性語義本體的GRIC數(shù)據(jù)語義描述方法;2）設計基于規(guī)格化地理空間單元的地理時空矢柵一體化數(shù)據(jù)組織模型;3)設計基于地理位置的GRIC柵格列存儲模型;4）設計地理時空柵格數(shù)據(jù)智方體數(shù)據(jù)存儲架構和計算架構;5）設計基于GRIC語義描述的地理時空數(shù)據(jù)關聯(lián)搜索方法;6）設計基于經(jīng)典規(guī)則

7、的GRIC信息自我發(fā)生機制;7）設計基于經(jīng)驗規(guī)則的GRIC信息模擬預測機制。
　　(3)開展基于GRIC的遙感數(shù)據(jù)庫原型試驗系統(tǒng)的實現(xiàn)與分析
　　本文在國家高分專項的支持下，以高分應用綜合數(shù)據(jù)庫為基礎，開展了GRIC的原型試驗設計與實現(xiàn)。原型試驗系統(tǒng)以海量高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)及其衍生產(chǎn)品以及其他國內(nèi)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)為試驗數(shù)據(jù)對象，進行了組織、管理、模擬等試驗分析，試驗結果表明GRIC模型在多用戶并發(fā)傳輸和柵格數(shù)據(jù)計算性能方面具有明顯的優(yōu)勢