基于格网的海洋时空数据组织策略研究

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1、基于格网的海洋时空数据组织策略研究季民，靳奉祥，李婷，艾波，赵相伟（山东科技大学测绘科学与工程学院，山东青岛266510）摘要：海洋数据的极人丰富，向人们提出了海量时空数据的有效组织问题。论文从海洋数据本身所固有的格网特性入手，分析了时序快照模型表达海洋时空数据的优势,进一步通过基态修正方法的引入,提出了基于格网的海洋时空数据的组织策略，并以西北太平洋某一局部范用的NOAA-SST（海洋表层水温）数据为例进行了验证,结果表明运用该策略进行海洋时空数据的组织,可有效地提高任怠时空范1书1和时空尺度下溥洋格网数据的抽取、存储、检索、融合、叠

2、加分析等操作的效率。关键字：海洋格网数据，时空数据模型，时序快照模型，基态修正模型，SST数据—、弓］言在海洋领域，人们借助现场观测、物理试验、数值模拟和遥感反演等手段获取了巨量的海洋数据，这些数据是研究海洋问题的宝贵财富。海洋科技工作者迫切希望能够通过对这些数据的分析、综合、归纳等过程，提取出有用的信息或知识，从而揭示出各类海洋现象的潜在规律,为人类认识海洋和利用海洋提供科学指导。但数据•丰富和知识匮乏这对孑盾一直是制约人们深'入认识海洋的瓶颈，如何能够进行巨量海洋数据的有效组织己经成为GIS研究人员必须解决的关键问题。人们在获取海洋

3、现实数据的同时，也储备了长时间序列的历史数据，这些数据具有明显的时空特点。针対这种时空数据的组织，国内外研究人员共提出了十儿种模型，但由丁•海洋数据本身所具有的格网特征、多分辨率特征等，现有的时空数据组织模型并不能完整的应用到海洋数据的组织体系中⑴。而时序快照模型具有表达格网数据的优点，同时基态修正模型能够极大的减少兀余数据的存储，因此，棊于海洋数据的格网特征，将两种模型进行结合，研究和制定海洋数值模拟数据的冇效组织策略，将为海洋时空数据的组织和检索提供十分有效的手段。二、现有时空数据组织模型目前人们已经研究和发展了I九种时空数据模型，

4、如：时空立体模型、时序快照模型、基态修正模型、时空复合模型、而向对象的模型等，这些时空数据模型那有其特定的适用领域和相应的局限性。而针对具有格网特征的海洋数据來说，时序快照模型和基态修正模型值得关注。1・时序快照模型该模型用一张时间切片记录某一时刻的地理现象的状态，用一系列快照可近似地反应地理现象的时空演化过程叫该模型一般用在基于格网的数据模型中。为了存储与某一单层中特定域的所有相关信息，必须重复记录那些未曾变化的特征信息，数据被一系列分离的时间间隔记录着，这种方法能够很好地恢复历史上某一时刻的所有信息，但是也存在下面的缺陷：数据容量随

5、着时间急剧膨胀，因为每--次快照都是一个区域的完全表达，存在大量兀余；某一具体位置或点的变化只通过前后两次比较才能得岀，这增加了操作时的难度；快照Z间时间间隔不易确定，发牛在间隔之间的变化信息无法获取。作者1简介：季民（1970-），男，汉族，山东德州人，博士，副教授；研究方向：空间数据组织与知识挖掘。工作作者1简介：靳奉祥（1962-）,男，汉族，山东淄博人，博士，教授/博导；研究方向：地学信息模式识别与空间数据处理。2.基态修正模型为了避免序列快照模型将未发生变化部分的快照特征重复记录，棊态修止模型只存储某个时间点的数据状态（称为皋

6、态）和相对于基态的变化量。基态修正的每个对象只需存储一次，每变化一次，只有变化的数据需要记录。同时，只有在爭件发生或对象发生变化时才存入系统中，时态分辨率刻度值与事件发牛的时刻完全对应，基态修止提供了对变化的一个基本耍索的简单描述。与序列快照模型相比；节约了空间，查询变化比较方便。但该模型存在两方面不足:历史过程查询十分繁琐和较难处理给定时刻的时空对象间的空间关系。为解决基态修正模型的不足，许多学者对其进行了扩充和完善。为了解决时空对象的空间关系问题，面向对象的技术被引入到时空数据模型中。而在基态修止的时空数据模型屮引入面向对象技术，就

7、产生了基于基态修正的面向对象时空数据模型⑶。基于时间的面向对象的基态修正模型，与ihi向对象的关系型数据库能较好地结合，时间表与対象表易于关联，対于给定时间表中的元素，可即时查询出符合条件的基态变化量值。在相对基态的修止方式中，采用“直接比较法”每次更新基态时，需要修改所有的“差文件”；而采用“间接比较法”，又必须搜索数据库屮大量的记录⑷。为了提高历史库的查询效率，文献5提出了建立区段快速索引的方法。三、时序快照模型表达海洋数据的优势由于时空序列快照模型源于传统制图，是传统GIS中常用來近似表达时空特性的手段，在进行海洋时空数据组织时，

8、采用基于格网的时序快照模型，可具有如下的--些优势：1.符合大多数海洋数据的数据格式，便于海洋数据的获取、存储和管理海洋数据包括遥感数据、实测数据和数值产品数据等，如NOAA-AVHRR图像、SeaWiFS