[發明專利]一種數據庫系統實現柵格數據類型的方法及其系統

有效

• 申請號: 201110361194.4
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102368272A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 謝炯;姜平;張明波;陳榮國;陳振;程昌秀;陳應東
• 申請（專利權）人: 中國科學院地理科學與資源研究所;北京博陽世通信息技術有限公司
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發明主要涉及信息處理技術，特別涉及一種在數據庫管理系統內核中實現柵格數據類型的方法及其系統。

背景技術

近些年來，隨著遙感與信息探測技術的飛速發展，地理空間數據正在呈幾何級數增長，如何對多源、多尺度下的海量地理空間數據進行高效組織和訪問已成為迫切需要解決的核心問題。

柵格數據是地理空間數據的重要組成部分，是以像元(或像素)矩陣結構保存的地理空間數據，它是一類數據的總稱，涵蓋遙感影像、數字高程模型、格網數據等多種具體形態，甚至普通照片也屬于典型的柵格數據。由于遙感平臺所采集的地理空間數據基本都屬于柵格數據(即遙感數據產品)，因此柵格數據所占地理空間數據總量的比重最大且數據量與日俱增，對其如何進行高效組織和訪問已構成挑戰。

對地理空間數據的存儲，總體上已從文件方式發展為數據庫方式。文件方式存儲柵格數據主要存在以下缺陷：

●文件的相對獨立性導致數據的松散型組織；

●難以實現高效檢索，尤其是多條件的聯合檢索；

●一體化查詢與分析效率不高，包括跨文件一體化、矢柵一體化查詢與分析等；

●并發更新與安全問題無法解決。

針對文件方式的不足，近年來空間數據庫技術得到了快速發展。空間數據庫系統對柵格數據的存儲和操作主要借助擴展柵格數據類型實現。所謂柵格數據類型，是除Int、Varchar等常規字段類型之外，針對存儲柵格數據而專門引入的一種新的字段類型。要實現該數據類型，需要對原有數據庫系統內核進行擴展，設計針對該數據類型的數據存儲和訪問機制，并定義一系列針對該數據類型的SQL算子以實現對柵格數據(或稱柵格對象)的操作，而用戶層面，只要將表中的某個字段定義為柵格數據類型字段，就可以在該字段中存儲柵格數據，并通過執行相應的SQL算子實現對柵格數據的增、刪、改、查。例如，Oracle數據庫發明了柵格數據類型SDO_GeoRaster，該類型底層采用基于數據庫表的存儲和訪問機制，專利號為US?2005/0055376A1；國產空間數據庫BeyonDB發明了柵格數據類型ST_Raster，該類型獨創了基于數據庫表(行內模式)和數據庫內控文件系統(行外模式)兩種并行結構的存儲和訪問機制，專利號為ZL?200910244117。

以上基于數據庫的類型擴展機制來存儲和操作柵格數據，可較好地解決所述文件方式所存在的缺陷(即在數據的統一組織、高效一體化查詢與檢索、以及并發安全訪問方面存在的問題)，但前提是：需要將外部柵格數據物理導入到數據庫，并以數據庫內部柵格格式存儲才能解決以上問題。需要指出的是，所述ZL200910244117所發明的行外模式雖然采用的是基于文件存儲，但其屬于數據庫內部實現的一種柵格文件系統，其目的是提高數據庫只讀訪問的效率，即外部柵格數據如要基于數據庫行外模式存儲則仍然需要執行導入過程。

那么，為何不放棄文件方式或將所有基于文件方式的柵格數據導入數據庫來存儲？實際上，柵格數據采用文件方式還是數據庫方式存儲一直存在爭議，其原因在于，文件方式存儲柵格數據仍有很強的現實意義：

●大量遙感數據產品主要是以GeoTiff等文件格式保存，數據量巨大(單衛星數據中心往往以百TB計)，如要全部導入數據庫幾乎不可能完成，且即使完全導入數據庫存儲，也致使同一份數據需要維護文件存儲和數據庫存儲兩個版本，數據一致性難以維護；

●文件格式的數據移動、拷貝靈活，不需要類似數據庫的導入和導出操作；

●文件數據的獨立訪問和處理性能相對較高，較適合數據生產系統使用。

那么，能否設計一種內置于數據庫的新型柵格數據類型及其系統，能夠屏蔽后端的柵格數據物理存儲格式，既能以數據庫內部柵格格式存取柵格數據，又能直接存取外部柵格數據源格式(包括常用的如GeoTiff等文件格式或其他數據庫格式)，從而保留外部柵格數據源相對獨立性的同時，又能實現基于數據庫系統的統一組織、高效一體化查詢檢索以及并發安全訪問，是本發明的初衷。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對以GeoTiff等文件方式組織和存儲的大規模柵格數據難以實現統一組織、高效一體化查詢檢索以及并發安全訪問問題，提出了一種同時支持本地數據庫存儲和外部數據源格式存儲的數據庫新型柵格數據類型，并通過在數據庫底層引入數據結構的統一映射機制并擴展常規數據庫系統結構--包括擴展外部存儲驅動器和柵格邏輯對象處理器，實現了數據庫系統對內部存儲和外部存儲的柵格數據的高效集成和基于SQL的統一操作。