[发明专利]一种数据库系统实现栅格数据类型的方法及其系统

说明书

技术领域

本发明主要涉及信息处理技术，特别涉及一种在数据库管理系统内核中实现栅格数据类型的方法及其系统。

背景技术

近些年来，随着遥感与信息探测技术的飞速发展，地理空间数据正在呈几何级数增长，如何对多源、多尺度下的海量地理空间数据进行高效组织和访问已成为迫切需要解决的核心问题。

栅格数据是地理空间数据的重要组成部分，是以像元(或像素)矩阵结构保存的地理空间数据，它是一类数据的总称，涵盖遥感影像、数字高程模型、格网数据等多种具体形态，甚至普通照片也属于典型的栅格数据。由于遥感平台所采集的地理空间数据基本都属于栅格数据(即遥感数据产品)，因此栅格数据所占地理空间数据总量的比重最大且数据量与日俱增，对其如何进行高效组织和访问已构成挑战。

对地理空间数据的存储，总体上已从文件方式发展为数据库方式。文件方式存储栅格数据主要存在以下缺陷：

●文件的相对独立性导致数据的松散型组织；

●难以实现高效检索，尤其是多条件的联合检索；

●一体化查询与分析效率不高，包括跨文件一体化、矢栅一体化查询与分析等；

●并发更新与安全问题无法解决。

针对文件方式的不足，近年来空间数据库技术得到了快速发展。空间数据库系统对栅格数据的存储和操作主要借助扩展栅格数据类型实现。所谓栅格数据类型，是除Int、Varchar等常规字段类型之外，针对存储栅格数据而专门引入的一种新的字段类型。要实现该数据类型，需要对原有数据库系统内核进行扩展，设计针对该数据类型的数据存储和访问机制，并定义一系列针对该数据类型的SQL算子以实现对栅格数据(或称栅格对象)的操作，而用户层面，只要将表中的某个字段定义为栅格数据类型字段，就可以在该字段中存储栅格数据，并通过执行相应的SQL算子实现对栅格数据的增、删、改、查。例如，Oracle数据库发明了栅格数据类型SDO_GeoRaster，该类型底层采用基于数据库表的存储和访问机制，专利号为US 2005/0055376A1；国产空间数据库BeyonDB发明了栅格数据类型ST_Raster，该类型独创了基于数据库表(行内模式)和数据库内控文件系统(行外模式)两种并行结构的存储和访问机制，专利号为ZL 200910244117。

以上基于数据库的类型扩展机制来存储和操作栅格数据，可较好地解决所述文件方式所存在的缺陷(即在数据的统一组织、高效一体化查询与检索、以及并发安全访问方面存在的问题)，但前提是：需要将外部栅格数据物理导入到数据库，并以数据库内部栅格格式存储才能解决以上问题。需要指出的是，所述ZL200910244117所发明的行外模式虽然采用的是基于文件存储，但其属于数据库内部实现的一种栅格文件系统，其目的是提高数据库只读访问的效率，即外部栅格数据如要基于数据库行外模式存储则仍然需要执行导入过程。

那么，为何不放弃文件方式或将所有基于文件方式的栅格数据导入数据库来存储？实际上，栅格数据采用文件方式还是数据库方式存储一直存在争议，其原因在于，文件方式存储栅格数据仍有很强的现实意义：

●大量遥感数据产品主要是以GeoTiff等文件格式保存，数据量巨大(单卫星数据中心往往以百TB计)，如要全部导入数据库几乎不可能完成，且即使完全导入数据库存储，也致使同一份数据需要维护文件存储和数据库存储两个版本，数据一致性难以维护；

●文件格式的数据移动、拷贝灵活，不需要类似数据库的导入和导出操作；

●文件数据的独立访问和处理性能相对较高，较适合数据生产系统使用。

那么，能否设计一种内置于数据库的新型栅格数据类型及其系统，能够屏蔽后端的栅格数据物理存储格式，既能以数据库内部栅格格式存取栅格数据，又能直接存取外部栅格数据源格式(包括常用的如GeoTiff等文件格式或其他数据库格式)，从而保留外部栅格数据源相对独立性的同时，又能实现基于数据库系统的统一组织、高效一体化查询检索以及并发安全访问，是本发明的初衷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对以GeoTiff等文件方式组织和存储的大规模栅格数据难以实现统一组织、高效一体化查询检索以及并发安全访问问题，提出了一种同时支持本地数据库存储和外部数据源格式存储的数据库新型栅格数据类型，并通过在数据库底层引入数据结构的统一映射机制并扩展常规数据库系统结构--包括扩展外部存储驱动器和栅格逻辑对象处理器，实现了数据库系统对内部存储和外部存储的栅格数据的高效集成和基于SQL的统一操作。