導(dǎo)語：擴展Query引擎數(shù)據(jù)流查詢思考一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

要：針對目前XML數(shù)據(jù)流處理中通常采用的查詢語言XPath和XQuery均不支持空間運算，無法應(yīng)用到空間數(shù)據(jù)流處理技術(shù)中的問題，設(shè)計了一種通過擴展現(xiàn)有商業(yè)化Xquery引擎功能基礎(chǔ)上的空間數(shù)據(jù)流檢索方法。

關(guān)鍵詞：可擴展標(biāo)記語言數(shù)據(jù)流；XQuery；空間數(shù)據(jù)

隨著Web應(yīng)用中數(shù)據(jù)交換越來越頻繁，產(chǎn)生了大量不間斷的數(shù)據(jù)流。由于XML已經(jīng)成為Internet環(huán)境中數(shù)據(jù)表示和交換的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)流大量以XML格式表現(xiàn)。如何從不間斷的XML數(shù)據(jù)流中匹配、抽取和轉(zhuǎn)換部分?jǐn)?shù)據(jù)流以滿足商務(wù)應(yīng)用的需求成為當(dāng)前國際數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的一個研究熱點。目前針對XML數(shù)據(jù)流的處理研究有很多，但研究的對象均是普遍意義上的XML數(shù)據(jù)流，對于以XML格式表現(xiàn)的空間信息及查詢中需要空間關(guān)系運算的數(shù)據(jù)流處理研究較少。研究如何在目前的XML數(shù)據(jù)流處理中支持空間運算有著重要意義。

1存在的問題

在目前針對XML數(shù)據(jù)流的研究中，其基本思想都是將用XPath表示的查詢表達式轉(zhuǎn)換為狀態(tài)樹型自動機，處理程序以流的方式接收并處理XML文檔，看其滿足哪一個狀態(tài)節(jié)點的要求以觸發(fā)查詢匹配操作。如果滿足所有狀態(tài)節(jié)點的要求，則向用戶返回相關(guān)的文檔或結(jié)果[1]。由于XPath表達復(fù)雜查詢的局限性，W3C制定了專門針對XML的查詢語言規(guī)范XQuery。XQuery語言的核心是XPath和FLWOR（for、let、where、orderby和return）表達式，復(fù)雜的XQuery查詢語句很難用合適的狀態(tài)機來表達。將XQuery直接改造成XML數(shù)據(jù)流的查詢語言也引出了大量研究[2~5]。目前標(biāo)準(zhǔn)的XPath和XQuery規(guī)范均不支持空間數(shù)據(jù)類型及空間運算，且空間分析功能算法復(fù)雜。通過這些規(guī)范自身的數(shù)據(jù)類型定義和基本函數(shù)庫來實現(xiàn)復(fù)雜空間數(shù)據(jù)類型以及空間分析功能的擴展很困難，使得這些研究很難應(yīng)用到包含空間運算的數(shù)據(jù)流查詢中。要在XML數(shù)據(jù)流查詢中支持空間運算，需要先擴展XQuery規(guī)范以支持空間數(shù)據(jù)操作函數(shù)。自定義實現(xiàn)支持空間運算的XQuery引擎是理想的方法。文獻[6，7]中已提出了直接擴展XQuery以支持空間功能的方法。但自定義實現(xiàn)XQuery引擎需要完整的詞法分析、語法分析、查詢規(guī)范化以及翻譯執(zhí)行等，使得這些方法均停留在理論階段，很難實際應(yīng)用。

針對這些問題，本文設(shè)計了一種在商業(yè)化引擎基礎(chǔ)上擴展XQuery空間功能的方法，然后以事件流處理方式接收XML文檔以實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)流查詢的方法。

2XQuery引擎空間功能的擴展

擴展XQuery引擎以支持空間運算，除了自定義實現(xiàn)支持空間運算的XQuery引擎方法外，還可以利用現(xiàn)有的XQuery引擎進行擴展。目前的商業(yè)化XQuery引擎均提供使用外部函數(shù)的功能擴展方法，如目前知名的商業(yè)化XQuery引擎Saxon提供的功能擴展機制可以允許在XQuery查詢語句中調(diào)用Java或.NET方法作為外部函數(shù)。其使用方法簡單，只需要在XQuery查詢語句中聲明外部函數(shù)所在的名稱空間就可以調(diào)用外部方法。這為XQuery引擎實現(xiàn)包括空間分析的查詢提供了便捷的途徑。

2．1空間數(shù)據(jù)類型的表達方法

采取調(diào)用外部方法來擴展XQuery引擎的功能，不可避免地會產(chǎn)生空間數(shù)據(jù)作為參數(shù)傳遞的問題。以采用Java語言實現(xiàn)擴展方法為例。雖然容易用Java對象表達各種空間數(shù)據(jù)類型，但由于XQuery引擎規(guī)范本身不支持直接以Java對象表達的空間數(shù)據(jù)類型，為了使XQuery語句中支持空間數(shù)據(jù)類型并能夠使空間數(shù)據(jù)在Java類和XQuery引擎中傳遞，需要找到一種合適的空間數(shù)據(jù)表達方法。

GML是一個用XMLschema描述的XML語法，用來進行空間和非空間的地理信息建模、傳輸和存儲。GML已成為Web應(yīng)用中所接受并容易理解的一種空間信息的交換格式。由于GML文檔本身也是一個XML文檔，可以用DOM對象document來表達，在Saxon的XQuery實現(xiàn)中能夠支持DOM對象的傳遞，采用GML表達空間數(shù)據(jù)以支持空間數(shù)據(jù)在XQuery引擎與外部Java類之間的傳遞成為自然的選擇。將GML在XQuery引擎與外部方法之間進行傳遞，需要引入GML的schema描述。在GML規(guī)范中，feature.xsd定義了抽象地理特征模型，geometry.xsd定義了具體的幾何形狀信息，提供了點(point)、線(line)、多邊形(polygon)、點集(multipoint)、線集(multiline)和多邊形集(multipolygon)等基本幾何圖形以及復(fù)合類型(complextype)的幾何圖形。在本方法中只用到了空間數(shù)據(jù)類型的幾何定義，所以引入geometry.xsd即可。在XQuery語句中定義如下：

importschemanamespaceGML="/gml/"

at"geometry.xsd";

引入GML的schema后，可以將GML進行描述的空間變量定義為schema限制的element變量作為參數(shù)進行傳遞，定義如下：

Let$p=doc(′test.xml′)/schema－element(GML:linestring)

2．2空間功能的擴展

定義了空間數(shù)據(jù)的表達方式后，對空間運算功能的實現(xiàn)在外部方法中進行。參照文獻[6]中定義的空間方法，本文定義了SPATIAL類封裝，實現(xiàn)了部分空間方法。由于Saxon的XQuery實現(xiàn)中，支持對Java類的靜態(tài)方法調(diào)用以及實例化對象方法調(diào)用，但對于需要實例化對象的方法調(diào)用相對復(fù)雜。為了方便調(diào)用，所有空間方法均定義為SPATIAL類的靜態(tài)成員方法。定義如下：

publicclassSPATIAL{

publicstaticbooleanWithIn(Documenta,Documentb){…}

publicstaticbooleanToughes(Documenta,Documentb){…}

publicstaticbooleanCrosses(Documenta,Documentb){…}

……}

實現(xiàn)了上述定義空間方法后，通過該類就可以擴展Saxon的XQuery引擎。擴展方法很簡單，只需在XQuery語句中聲明該空間類的名稱空間，在查詢語句中需要空間運算的地方調(diào)用該類的各種方法即可。比如要使用空間包含的方法，先聲明名稱空間：declarenamespaceSPATIAL=“java:myclass.SPATIAL”；然后只需在調(diào)用方法前加入名稱空間即可，如SPATIAL:Disjoin（…）。

另外需要注意的是，如果擴展的方法返回值不是簡單數(shù)據(jù)類型則需要進一步處理。本文方法只是返回空間的包含相交等關(guān)系是否為真，是簡單的布爾類型，不需要進一步處理。

3基于擴展引擎的空間數(shù)據(jù)流查詢方法

擴展后的XQuery引擎可以處理帶有空間信息的XML文檔。但由于目前的XQuery引擎通常被設(shè)計來處理在內(nèi)存中裝配好的源XML文檔，對于動態(tài)的數(shù)據(jù)流而言無法直接處理。為了能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)流進行處理，還需要借助SAX（simpleAPIforXML）之類基于事件的XML解析程序輔助處理，以避免在采取操作之前需要存儲文檔的所有內(nèi)容。

本文原文

SAX是事件驅(qū)動的XML處理器，允許正在讀取XML文檔時處理該文檔。文檔的讀入過程也就是SAX的解析過程。其觸發(fā)的事件主要包括：startDocument表示文檔開始；endDocument表示文檔結(jié)束；startElement表示元素開始；endElement表示元素結(jié)束；characters表示字符數(shù)據(jù)。將SAX與Saxon組合處理以XML格式表達空間數(shù)據(jù)流時，需要在相應(yīng)的事件處理程序中調(diào)用XQuery查詢語句。以一簡單的物流監(jiān)控為例，監(jiān)控中心希望監(jiān)控車輛在某指定時段內(nèi)的指定區(qū)域的行駛是否符合預(yù)設(shè)路線。假設(shè)車輛每隔5min將該時段內(nèi)的行駛軌跡及狀態(tài)信息以XML文檔格式形成不間斷的數(shù)據(jù)流發(fā)送給監(jiān)控中心。其數(shù)據(jù)格式DTD定義如下：

〈xsd:complexTypename="DTStateHistory"〉

〈xsd:elementname=IDtype="xsd:Integer"〉

〈xsd:sequence〉

〈xsd:elementname="StateUnit"type="DTstateUnit"minOccurs=

"1"maxOccurs="unbounded"/〉

〈/xsd:sequence〉

〈/xsdcomplexType〉

〈xsd:complexTypename="DTStateUnit"〉

〈xsd:elementname="Time"type="xsd:Date"/〉

〈xsd:elementname="Position"type="GML:Point"/〉

…（其他必要屬性信息）

〈/xsdcomplexType〉

用SAX和Saxon組合處理該數(shù)據(jù)流，當(dāng)數(shù)據(jù)流不斷到達時，SAX處理程序監(jiān)聽數(shù)據(jù)流并觸發(fā)相應(yīng)的事件。在元素DTStateHistory的endElement事件到達時，將該段數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為XML文檔存入內(nèi)存，以DOM數(shù)據(jù)類型表示作為Saxon引擎的數(shù)據(jù)源，由Saxon引擎執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的查詢語句。查詢的XQuery語句如下：

declarenamespaceSPATIAL="java:myclass.SPATIAL"

declarevariable$RouteasGML:MultiLineStringexternal

for$StateUnitindatasource("cachedatastream")/DTStateHistory//StateUnit

let$p=$StateUnit/schema－element(GML:point)

wherefn:timeWithin($StateUnit/Time,Duration)andSPATIAL:Disjoin($p,$Route)

return〈alerttime〉{$StateUnit/Time}〈/alerttime〉

〈alertPosition〉{$p}〈/alertPosition〉

該查詢語句檢索存放在緩存中的XML文檔，并將位置信息封裝到一個element作為參數(shù)與設(shè)定的路徑進行匹配。匹配工作由外部的SPATIAL類的Disjoin方法完成。如果該點不在預(yù)訂路線上則返回該點的時間和位置信息到新的XML文檔。隨著事件的不斷觸發(fā)，程序不斷緩存數(shù)據(jù)并調(diào)用該語句進行處理，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)流的處理。

4結(jié)束語

本文研究了一種處理XML空間數(shù)據(jù)流的方法。該方法通過先擴展XQuery引擎的空間運算功能，然后結(jié)合XML流式處理方法對空間數(shù)據(jù)流進行處理，為空間數(shù)據(jù)流的查詢和檢索提供了一種簡便的途徑。在今后的工作中將擴展數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析及趨勢分析等數(shù)據(jù)挖掘等功能，結(jié)合XML數(shù)據(jù)流挖掘技術(shù)的研究，研究基于XQuery的空間數(shù)據(jù)流挖掘方法。

參考文獻：

[1]高軍，楊冬青,唐世渭，等.基于樹自動機的XPath在XML數(shù)據(jù)流上的高效執(zhí)行[J].軟件學(xué)報，2005，16(2):223-232.

[2]KOCHC,SCHERZINGERS,SCHWEIKARDTN,etal.Schema－basedschedulingofeventprocessorsandbufferminimizationforqueriesonstructureddatastream[C]//Procofthe30thVLDBConference.Toronto:EprintarXiv,2004:228-239.

[3]FEGARASL.ThejoyofSAX[C]//Procofthe1stInternationalWorkshoponXQueryImplementation,Experience,andPerspectives.Paris:MaisondealChimie,2004:61-66.

[4]LIXiao－gang,AGRAWALG.EfficientevaluationofXQueryoverstreamingdata[C]//Procofthe31stVLDBConference.Trondheim,Norway:[s.n.],2005:265-276.

[5]BOSES,FEGARASL.DatastreammanagementforhistoricalXMLdata[C]//ProcofSIGMOD.NewYork:ACMPress,2004:239-250.

[6]GUANJi－h(huán)ong.GQL:extendingXQuerytoqueryGMLdocuments[J].GeospatialInformationScience,2006,9(2):118-126.

[7]楊穎，韓忠明，楊磊.數(shù)據(jù)流的核心技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展研究綜述[J].計算機應(yīng)用研究,2005,22(11):4-7.

[8]CHUNGW.AnextensionofXQueryformovingobjectsoverGML[C]//ProcofInternationalConferenceonInformationTechnology:CodingandComputing.LasVegas:IEEEComputerSociety,2004:142-147.

[9]WritingextensionfunctionsinJava,Saxondocumentation[EB/OL].[2006]./documentation/extensibility/functions.html.

[10]RUSSELLG.TypEx:atypebasedapproachtoXMLstreamquerying[C]//ProcofInternationalWorkshopontheWebandDatabases(WebDB).UK:ACMSIGMOD,2003:55-60.

[11]於荔，鮑培明，張書亮.GML空間數(shù)據(jù)的對象化存儲研究[J].南京師范大學(xué)學(xué)報:工程技術(shù)版，2006:6(1):67-71.

[12]蘭小機,閭國年,劉德兒，等.基于XQuery的GML查詢語言研究[J].測繪科學(xué),2005,30(6):99-102.