GIS空间索引方法述评

地理信息系统的主要任务之一是有效地检索空间数据及快速响应不同用户的在线查询。传统的索引方法只能解决一维查询问题,无法满足地理信息系统的要求。该文介绍了GIS中具有代表性的三类空间索引方法,即基于点区域划分的索引方法、基于面区域划分的索引方法和空间实体的地址编码索引方法,并且进行了分析对比。     

基于QuaPA的无边界GIS与全球空间编码新方法

空间实体编码是空间数据组织的关键,是地学信息查询、检索和数据挖掘的基础。该文针对传统的ID编码技术的不足,围绕无边界GIS与全球空间数据组织的急需,将空间实体的位置信息引入ID编码中,提出了一种由主副码构成且综合考虑了空间实体所在宏观象限、空间实体位置和唯一检索标识三方面信息的QuaPA编码方法。以矿山GIS为例,论述了无边界2DGIS和无边界3DGIS中基于高斯坐标系的QuaPA编码方法;以全球空间数据组织为例,论述了基于经纬坐标系和球面半径的地球QuaPA编码法。分析指出,QuaPA法从原理上支持基于窗坐标的快速空间索引和格网索引机制。     

基于NoSQL的分布式R树索引构建与应用研究

针对当前空间填充曲线(Space-Filling Curve,SFC)类NoSQL空间索引对复杂几何索引支持较差、字典序映射成本较高等问题,该文提出一种基于NoSQL的分布式R树空间索引.基于NoSQL的分区存储模式,通过优化后的STR(Sort Tile Recursive)均衡策略配置分布式R树,借助R树路径实现索引、数据的编码存储,并提出批处理模式的索引并行构建方法;借助NoSQL的SSPT(Server-Side Scripts)计算框架构建查询、应用并行处理机制.选用土地利用、规划数据进行对比实验,结果表明:该索引的平均构建耗时为GeoMesa的30.0％,500万量级下耗时仅为GeoMesa的18.6％;执行MBR查询、多边形几何查询、最邻近查询的平均耗时分别为GeoMesa的26.5％ 、53.4％ 、52.3％;执行自然资源开发项目合规性审查应用的平均耗时分别为ArcGIS、GeoMesa的10.6％ 、72.7％.该索引在构建性能、空间查询性能以及应用性能方面均具有优越性,能为基于NoSQL的海量空间数据高性能存储、检索与应用提供一种优良解决方案.     

GeoHash、Google S2和Uber H33种全球地理格网编码方法对比分析

地理格网编码是高效管理、分析和查询海量地理空间位置数据并提供信息服务中非常重要且基础的工作。GeoHash、Google S2和Uber H3是目前商业应用上3种较常用的地理格网编码方法,该文从地理编码的基本概念及其演变过程出发,介绍当前地理编码所涉及的地理格网剖分和编码运算方法,然后从算法概况、编码方式、编码层级及其对应空间范围等方面对3种方法进行阐释,最后从正多面体选择、剖分单元、填充曲线、编码层级、邻域查询与邻域距离类型和算法应用优缺点等方面进行对比分析,以深入挖掘3种方法的应用价值和前景,可为基于地理位置大数据的研究与应用提供借鉴。     

基于Hilbert曲线层次分解的空间数据划分方法

针对现有空间数据划分方法普遍存在的不考虑空间对象自身大小和相邻对象空间关系对数据划分的影响等问题,提出一种基于Hilbert空间填充曲线层次分解的空间数据划分方法。该方法使用Hilbert曲线保持划分后空间数据之间的邻近性,利用少数子网格的层次分解避免对整个空间范围的密集划分,减少空间对象的Hilbert编码计算和排序时间;通过计算划分区域平均数据量和子网格内空间对象大小,确定合适的层次分解参数,实现各划分区域内空间数据量均衡。实验表明,该方法提高了空间数据的划分效率,能够保持划分后空间数据之间的邻近性和各个分区数据量的平衡。     

多级地理空间网格框架及其关键技术初探

为了有效管理、组织和利用海量空间数据,解决存储架构与现有空间数据结构不一致的矛盾,在融合国内外各种球面剖分模型优点基础上,设计了一种多级地理空间网格框架。该网格框架以地图分幅划分方式为基础,利用经纬度间隔对全球进行层次性剖分,形成遥感数据、测绘数据及其他空间数据的统一组织框架。通过对网格单元的地址与属性编码,实现空间数据的直接存储和索引,从而完成对空间信息的无缝拼接与多尺度管理。最后阐述了实现地理空间网格框架的关键技术,包括空时一体化技术、计算集群存储技术和空间索引技术等。     

面向集聚分布空间数据的混合式索引方法研究

空间数据索引技术可以有效地提高空间数据在存储、处理、分析以及地图可视化中的效率,其性能优劣直接影响GIS的整体性能。该文针对格网索引和四叉树索引存在的问题,提出将四叉树嵌入格网形成一种混合式空间索引结构,并分析其原理、数据结构与影响参数。理论分析及实验证明,对于空间集聚分布状态的海量地理数据而言,混合式索引方法以略高的存储代价换取了更高的检索、插入和删除效率,是一种有效的空间索引方案。     

P2P环境中的全局空间数据目录研究

P2P计算通过大量自治的节点协作共享资源与计算,为空间数据和空间操作的分布提供了新的分布式计算模式。分布在不同Peer上的空间数据库节点通过P2P协作构成一个超级全局空间数据库,全局空间数据目录是P2P环境下快速定位空间数据资源和空间计算节点的关键技术。Peer数据库节点的数据模式、元数据、资源状态参数等抽象为一系列关键词集合。全局目录基于Peer空间数据库节点的外包矩形进行动态聚类并建立P2P环境下的空间索引,支持Peer空间数据库节点的动态加入和退出,支持复杂空间查询和关键词查询。该文给出了全局空间数据目录的组织模型、P2P空间数据索引及空间资源发现算法。     

基于R树的分布式并行空间索引机制研究

为提高分布式并行计算环境下海量空间数据管理与并行化处理的效率,基于并行空间索引机制的研究,设计一种多层并行R树空间索引结构。该索引结构以高效率的并行空间数据划分策略为基础,以经典的并行计算方法论为依据,使其结构设计在保证能够获得较好的负载平衡性能的前提下,更适合于海量空间数据的并行化处理。以空间范围查询并行处理的系统响应时间为性能评估指标,通过实验证明并行空间索引结构具有设计合理、性能高效的特点。     

GML数据的整体同构压缩算法研究

在分析传统的GML,数据压缩技术特点的基础上,提出GMI数据整体同构压缩方法:以GMI,文档中的Fea-ture元素为基元,利用标签索引编码实现语义的同构压缩;以GMI空间数据的聚类分区结果建立分组局部坐标参考系,利用坐标参考系转换实现空间内容的同构压缩.实验证明:该压缩算法的存储空间消耗、查询处理速度等性能均优于传统方法,对研究GMI数据的存储、查询与传输等技术具有一定的参考价值.     

空间索引技术的应用与研究

1引言与传统的数据库管理系统相比,空间数据库涉及对现实世界大量空间目标的处理,空间目标具有不规则的几何形状、目标间的空间关系复杂,空间数据具有不可排序性、相关性和数据复杂性等特点.针对一维属性数据的主关键字索引而设计的传统数据库索引技术,不能直接应用于空间数据库的索引.空间索引技术一直是数据库技术及相关研究领域的热点问题,本文针对空间数据的特点,讨论了目前主要的空间索引方法,并对空间索引技术在商用数据库中的应用作了介绍。2空间数据及其特点空间数据是指带有空间坐标信息的数据,它不仅能表示实体本身的空间位置及形态,而且还包含实体属性和空间关系的信息。空间数据具有以下特点：     

基于GeoSOT的遥感影像云索引模型研究

针对目前遥感影像中云信息描述简单、云的空间分布信息不足而限制影像局部云信息检索的现状,提出了基于GeoSOT的影像云索引模型。该模型根据空间信息建立GeoSOT网格与遥感影像的对应,通过判断每个GeoSOT剖分面片对应的影像数据块是否有云,并记录剖分面片编码和判断结果,实现对遥感影像中局部云信息建立索引;在检索影像中局域云信息时,根据剖分面片编码查找云信息标识即可。同时,探讨了不同等级影像数据产品采用精确逻辑剖分和冗余逻辑剖分构建影像云索引的方法,设计了影像云索引的数据结构,分析了影像数据建立云索引的存储代价。通过仿真实验表明,对遥感影像构建基于GeoSOT剖分编码的云索引代价小,其存储量约为原数据的0.01%,提高了影像中局部云信息查询效率,为计算机自动选取高质量的影像提供了一个有效的技术途径。     

基于P2P的空间查询路由算法综述

介绍对等网络的历史与典型模式,给出路由的基础概念.列举基于P2P的查询路由经典算法(Chlord、CAN、Pastry等)和相关改进算法(Kademlia、Emergint、SmartBoa等).结合空间数据的特点,综述基于P2P的空间查询路由算法,如共享兴趣点算法、基于Chiord构造内容访问、超级对象、位置复制和几何距离模式的算法.以及空间划分格网、依维度优先级的查询算法和服务封装算法.良好的空间路由算法能够提高网络的性能和执行效率,推动空间信息领域的发展.     

基于“自适应九叉树”空间信息多级格网的城市管理模式

在网格化城市管理过程中,事件、部件的快速查询与定位是管理效率的重要制约因素。为了快速、高效地实现城市事件、部件精细化管理,提出一种基于"自适应九叉树"空间信息多级格网技术的城市管理模式。该模式是在对城市区域进行"自适应九叉树"多级网格划分的基础上,通过对事件或部件进行定位编码,利用城市信息管理平台,实现城市空间的监督与管理。记述了"自适应九叉树"空间信息多级格网划分方法和编码体系,以及城市管理模式的构成、特征、事件与部件的定位方法。通过比较,基于"自适应九叉树"空间信息多级格网的划分方法和编码体系简单、易懂,检索效率高,具有很好的现势性。     

基于地理空间概念的地理元数据组织管理研究

数据共享一直是大型GIS应用的瓶颈问题。为了能给用户提供一个统一的地理空间的概念和地理数据访问方式,该文从地理元数据在共享平台中的重要作用入手,分析了地理空间的时空特性、绝对空间和相对空间、多尺度特征,探讨了共享平台设计的关键技术：空间数学基础,多级格网的Morton编码,元数据的多维数据模型组织,地理数据评价模型。在技术实现上采和分布式数据库系统的模式结构,并分析了地理数据注册、更新和查询方式。     

顾及实体空间关系的地址编码方法研究

地址编码是基于空间定位技术的一种编码方法,它提供了一种把描述性地址信息转换成地理坐标的方式.院落作为城市最基本的地理实体之一,其地址编码的科学性、合理性对地址匹配有着重要意义.该文通过对院落空间特征分析,总结了院落与内部建筑、周围兴趣点及相邻街道间存在的包含、邻近及关联3种空间关系,在此基础上研究了院落相关地理实体的地址编码方法;最后验证了顾及实体空间关系的地址编码方法对地址匹配的精度和效率都有所提升.     

空间编码QuaPA方法的改进与实验

空间编码是GIS与全球空间数据组织与共享的重要基础。针对QuaPA编码方法进行三维与全球空间编码时存在数据冗余和象限二义性问题,采用双Morton编码和象限标识后置方式进行改进,提出QuaPA 方法。介绍QuaPA 编码步骤及其反演原理,并以中国及邻区地表及地下10 km2、0 km以浅的三维球壳空间网格划分为例,分别进行了球壳网格的QuaPA和QuaPA 编码实验。实验表明,QuaPA 编码解决了象限二义性问题,缩短了编码长度,节省了存储空间。     

基于Web Service的空间数据共享平台

分析传统GIS软件存在的数据共享、集成困难和应用间互操作复杂的问题,提出了基于Web Service的数据共享平台的简单原型和实现技术。阐述如何基于开放的规范和协议构建开放的数据存储一体化模型,并在此基础上,提出了分布式环境下基于Web Service数据节点集群、互操作方案,以及上层充一的应用开发模式,包括提供以面向对象的思想定义的、构建上层应用的组件支持。重点研究了在空间数据文本化之后数据的索引、查询问题,提出了结合元数据和GML的两阶段数据查询方案。并对该平台下空间数据的语义共享方式做初步探讨。     

一种基于GridGIS的空间负载平衡算法

空间数据的广泛应用需要高效的架构来管理,以增加空间数据的可用性.网格地理信息系统(GridGIS)支持快速的空间数据检索,允许用户在任何地方随时透明地访问数据,容易引起空间负载失衡.该文提出一种基于GridGIS的空间负载平衡算法-TLB-Chord,采用动态负载平衡思想,使用基于Chord算法的树结构,实现了一个空间负载平衡模拟系统,展示了TLB-Chord在GridGIS中更加适用于空间数据.     

基于Geohash的面数据区域查询

鉴于Geohash编码的全球唯一性、多层次递归性和一维的特性,以及Geohash目前通常只用于邻近点数据的空间查询而鲜用于面数据空间查询的现状,提出了一种基于Geohash的面数据区域查询方案,描述了对面数据和查询区域的处理方法.主要思路是将面数据关联到若干Geohash单元网格,并在数据库中保存网格的Geohash编码与面数据的对应关系,查询时将查询区域根据规则对应到最多4个Geohash编码,再根据编码查询与区域相交的面数据.通过对比试验可知,在数据量较大且查询区域较小的情况下,基于Geohash编码的面数据查询效率较基于经纬度和R-树的查询效率高,在海量空间数据检索上具有一定应用价值.