一种基于地理实体的对象化时空数据库管理系统

技术领域

本发明涉及地理实体数据库建立技术领域，特别是一种基于地理实体的对象化时空数据库管理系统。

背景技术

传统的基础测绘数据库产品以DOM(数字正射影像图)、DEM(数字高程模型)、DLG(数字线划地图)和DRG(数字栅格地图)等4D产品为代表。随着测绘技术的发展，信息化社会和地理信息产业发展对大数据的应用需求日益多样化，传统数据库产品成果类型单一、形式制式化、三维化和实体化表达程度不够等问题逐步显现。进入新发展阶段后，面向服务自然资源管理新格局和服务社会经济发展新需求，基础测绘数据库产品无论在概念上还是在生产和组织方式上都需要进行变革，数据内容和服务手段上尚需创新。

探索建立基于地理实体的成果采集和管理模式是推动现有基础地理信息数据库向地理实体数据库的转型的重要阶段。而对于地理实体的研究目前还处于探索阶段，虽已经有关地理实体的相关标准，但还是属于局部探索或顶层设计，难以满足传统地理信息数据库向地理实体数据库转型的实际需求；也提出了地理实体的生产建库的诸多设想，但缺乏实际操作层面的指导，尚未有成熟的地理实体数据库建成成果。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出一种基于地理实体的对象化时空数据库管理系统，

根据本发明的一个方面，提供了一种基于地理实体的对象化时空数据库管理系统，所述系统包括支撑层、数据层和业务层；所述支撑层用于提供底层服务及数据支撑；所述数据层用于存储数据；所述业务层包括系统管理模块、库管理模块、数据管理模块、数据浏览模块，组成对象化时空数据库系统；

所述系统管理模块，用于进行账号设置、模板配置、引擎配置的配置；

所述库管理模块，用于采用系统管理模块配置的模板和引擎创建库，维护管理多库，对单库内的库结构、岗位、逻辑节点的功能进行维护；

所述数据管理模块，用于管理维护库内数据、数据组装和服务发布；

所述数据浏览模块，用于辅助数据管理模块实现库内数据维护管理与组装。

可选地，所述系统管理模块包括：

账号管理单元，用于进行账户权限管理；通过预先为用户账号指定角色分配权限，具有系统管理员、库管理员、数据管理员三个角色权限，不同角色对应不同子的系统权限权限；

系统日志单元，用于记录和存储用户在系统中进行的操作事件和信息的工具，辅助系统管理员追踪用户的行为、维护安全性，并用于审计目的；

系统设置单元，用于管理和配置系统参数和选项的工具，辅助系统管理员进行系统的个性化设置，以满足不同用户和环境的需求；

建库模板单元，用于规范和指导地理实体数据库设计和建设的工具，提供了一套标准和准则，帮助地理实体数据库管理员和开发人员在创建数据库和生产数据入库时遵循一致的结构和规范；

服务引擎配置单元，用于配置和管理服务引擎的工具，服务引擎是一种用于处理和提供各种服务的核心组件，根据配置进行调整和优化，以满足不同的需求和性能要求；

存储配置单元，用于向用户提供将数据存储在本地服务器上或远程存储服务中的配置服务；对于本地存储，管理员可以指定存储设备的路径或目录；而对于远程存储，管理员可以设置存储服务的连接参数。

可选地，所述库管理模块包括：

库管理单元，用于创建地理实体数据库实例，并对其进行相关配置，包括但不限于设置数据库名称、实体模板、坐标系、服务引擎地址、数据存储地址或其他创建符合应用需求的数据库环境；

库设置单元，用于创建不同管理岗位，针对不同岗位实行对相应的场景授权、数据授权、功能授权，再将用户账号进行定岗功能分配岗位权限；所述库设置单元还支持对地理实体数据浏览场景的显示配置、库日志管理等功能。

可选地，所述数据管理模块包括：

数据管理单元，用于对数据库进行实体数据存储以及管理维护，提供数据的上传、导出、查看、增删改查以及数据的组装、发布的功能。

数据组装单元，用于基于数据管理权限使用系统中的数据管理、查询检索功能，依照业务应用需求从数据库中提取不同分类、不同级别、不同形态的实体数据进行灵活组装，形成组装成果数据，供各类业务场景进行应用分析；支持组装管理、组装实体集成展示。

服务管理单元，用于支持海量三维数据发布服务，实现地形级、城市级、部件级实景三维数据分级发布，提供发布配图工具，满足不同专题服务发布需求；具备管理发布服务基本功能，支持已发布数据的管理与配置；

知识图谱单元，用于构建、管理和查询地理实体知识图谱，以图形的形式展示实体之间的关系和属性。

可选地，所述业务层还包括：系统单独提出设计的统一身份认证模块，方便后期形成产品体系后的登录与用户管理。

可选地，所述数据层包括地理实体数据库、地理场景数据库、元数据库和关系数据库。

根据本发明的另一个方面，提供了一种计算设备，所述计算设备包括上述任一项所述的基于地理实体的对象化时空数据库管理系统。

本发明提供了一种基于地理实体的对象化时空数据库管理系统，通过，通过在业务层中设置系统管理模块、库管理模块、数据管理模块、数据浏览模块4大功能模块，其中系统管理与库管理为系统管理模块，数据管理与数据浏览为系统核心功能模块。系统管理主要进行账号设置、模板配置、引擎配置等配置；库管理采用系统管理配置的模板和引擎创建库，维护管理多库，对单库内的库结构、岗位、逻辑节点等功能进行维护；数据管理核心能力为管理维护库内数据、数据组装和服务发布；数据浏览辅助数据管理模块实现库内数据维护管理与组装。上述对象化时空数据库系统是以面向对象技术为基础进行地理实体数据存储、管理和查询的数据库系统，该对象化时空数据库系统具备实体化、对象化、语义化、层级化的特点，支持地理实体类的创建，具备实体类、方法、继承等概念，在数据访问、查询、更新、分析上直观，高效。同时该数据库系统基于新型基础测绘定义的地理实体数据，建立了地理实体的概念模型，实现了地理实体多形态空间的一体化表达。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施例基于地理实体的对象化时空数据库管理系统结构示意图；

图2示出了本发明实施例的对象化时空数据库系统结构示意图；

图3示出了本发明实施例的地理实体逻辑组织UML图；

图4示出了本发明实施例的种空间形态信息一体化管理图；

图5示出了本发明实施例的空间数据管理体系示意图；

图6示出了本发明实施例的动态组装技术效果图；

图7示出了本发明实施例的图谱构建效果图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供了一种基于地理实体的对象化时空数据库管理系统，如图1所示数据系统框架主要由支撑层、数据层、业务层三部分组成。支撑能力层采用postgresql开源数据库以及申请人自主研发软件SmartEarth GISserver(GIS服务端)、SmartEarthWEBSDK(GIS Web端)和SmartEarth SEDB(语义实体数据库)。其中，PostgreSQL是一种特性非常齐全的自由软件的对象-关系型数据库管理系统(ORDBMS)。当然，实际应用中也可以采用其他软件系统组成支撑层，本发明实施例对此不做限定。

数据层主要由地理实体数据库、地理场景数据库、元数据库和关系数据库组成。业务层包括系统单独提出设计的统一身份认证模块，方便后期形成产品体系后的登录与用户管理，和系统管理、库管理、数据管理、数据浏览四大功能模块，其中系统管理与库管理为系统管理模块，数据管理与数据浏览为系统核心功能模块。

下面结合图2对本发明实施例的业务层的地理实体对象化时空数据库系统的结构进行详细说明。

一、系统管理模块

系统管理是用于管理和监控整个数据管理系统。它提供了一系列功能和工具，帮助系统管理员进行账号管理、日志管理、系统配置等操作，以确保系统的正常运行和安全性。系统管理模块包括以下几个方面：

1.账号管理单元

账号管理的核心是账户权限管理，预先为用户账号指定角色分配权限，系统共提供系统管理员、库管理员、数据管理员三个角色权限，不同角色对应不同子的系统权限权限。

2.系统日志单元

系统日志模块是一种用于记录和存储用户在系统中进行的操作事件和信息的工具。它可以帮助系统管理员追踪用户的行为、维护安全性，并用于审计目的。

3.系统设置单元

系统设置模块是一种用于管理和配置系统参数和选项的工具。它可以帮助系统管理员进行系统的个性化设置，以满足不同用户和环境的需求。

4.建库模板单元

建库模板模块是一种用于规范和指导地理实体数据库设计和建设的工具。它提供了一套标准和准则，帮助地理实体数据库管理员和开发人员在创建数据库和生产数据入库时遵循一致的结构和规范。

5.服务引擎配置单元

服务引擎配置模块是一种用于配置和管理服务引擎的工具。服务引擎是一种用于处理和提供各种服务的核心组件，它可以根据配置进行调整和优化，以满足不同的需求和性能要求。

6.存储配置单元

管理员可以配置将数据存储在本地服务器上或远程存储服务中。对于本地存储，管理员可以指定存储设备的路径或目录；而对于远程存储，管理员可以设置存储服务的连接参数。

二、库管理模块

库管理模块是用于管理和维护数据库系统。系统提供了一系列功能和工具，基于库模板的设计规范，帮助数据库管理员进行地理实体数据库的创建、权限分配、实体数据可视化浏览配置等操作。库管理主要提供了以下两个子模块：

1.库管理单元

管理员可以通过数据库管理模块创建新的地理实体数据库实例，并对其进行相关配置，如设置数据库名称、实体模板、坐标系、服务引擎地址、数据存储地址等创建符合应用需求的数据库环境。

2.库设置单元

管理员通过库设置，可创建不同管理岗位，针对不同岗位实行对相应的场景授权、数据授权、功能授权，再将用户账号进行定岗功能分配岗位权限；库设置还支持对地理实体数据浏览场景的显示配置、库日志管理等功能。

三、数据管理模块

数据管理子系统中的数据库是依据库模板而创建的，具备数据管理安全化、数据入库标准化、数据管理标准化特点，系统旨在帮助用户规范化地有效组织存储和管理地理实体数据，提供了各种工具和功能，使用户能够存储、查看、组织管理数据。数据管理主要为以下几个模块功能：

1.数据管理单元

对数据库进行实体数据存储以及管理维护，提供数据的上传、导出、查看、增删改查以及数据的组装、发布等功能。

2.数据组装单元

用户可基于数据管理权限，使用系统中的数据管理、查询检索功能，依照业务应用需求从数据库中提取不同分类、不同级别、不同形态的实体数据进行灵活组装，形成组装成果数据，供各类业务场景进行应用分析。支持组装管理、组装实体集成展示。

3.服务管理单元

支持海量三维数据发布服务，实现地形级、城市级、部件级实景三维数据分级发布，提供发布配图工具，满足不同专题服务发布需求。

具备管理发布服务基本功能，支持已发布数据的管理与配置。

4.知识图谱单元

该模块旨在构建、管理和查询地理实体知识图谱。知识图谱是一种结构化的知识表示形式，以图形的形式展示了实体之间的关系和属性。

知识图谱主要功能为知识图谱构建、关系提取、可视化展示等。

四、数据浏览模块

数据浏览辅助数据管理模块实现库内数据维护管理与组装，可以展示图谱关系和全场景数据。

建立地理实体对象化时空数据库，需要建立便于计算机存储和利用的地理实体数据模型。地理实体数据采用面向实体的构模方法，空间图形要素的点、线、面、体等定义为实体的图元，以图元为数据的构成单元，一个地理实体有点、线、面、体不同的几何形态，每个地理实体具有唯一ID，统一存储和管理空间实体的二、三维多形态以及多时态对象，实现一码多态管理。

本实施例中的对象化时空数据库系统构建了从人的认知习惯的基于语义层面的地理实体模型，以此建立数据库，通过面向对象数据库技术，能更好地实现数据存储、数据管理和数据查询的优化，满足不同行业的需求，确保数据的正确性、完整性和安全性。区别于传统的基础地理信息数据库，对象化时空数据库系统具有对象化的数据组织、多形态一体化表达、图谱语义展示、精准的语义搜索、灵活的按需组装、便捷的联动更新等优势。该数据库实现了规范建库、对象化数据新格式数据入库管理、多源场景数据管理、全空间数据浏览、知识图谱创建以及服务动态发布等功能。特色优势主要有：

1、一库全管

满足数据对象化管理需求，实现属性、关系、多种空间形态信息一体化管理，空间形态支持无限扩展，参考图4。

2、规范建库

结合地理实体特性创建规范模板，实现数据生产与管理协同联动，形成一套空间数据标准化管理体系，参考图5。

3、动态组装

结合空间可视化场景，实现数据全形态、全属性任意灵活组装，满足不同业务数据分发需求，参考图6。

4、图谱构建

支持构建以地理实体为核心的时空知识图谱，为使用者提供优质的数据查询服务，参考图7。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述描述的系统、装置、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，为简洁起见，在此不另赘述。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以物理上相互独立，也可以两个或两个以上功能单元集成在一起，还可以全部功能单元都集成在一个处理单元中。上述集成的功能单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件或者固件的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：所述集成的功能单元如果以软件的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，其包括若干指令，用以使得一台计算设备(例如个人计算机，服务器，或者网络设备等)在运行所述指令时执行本发明各实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)，磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，实现前述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件(诸如个人计算机，服务器，或者网络设备等的计算设备)来完成，所述程序指令可以存储于一计算机可读取存储介质中，当所述程序指令被计算设备的处理器执行时，所述计算设备执行本发明各实施例所述方法的全部或部分步骤。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。