多尺度空间格网数据的索引编码研究

针对多尺度格网数据访问效率问题,本文设计了一种基于格网空间索引的多尺度格网数据索引编码体系。该索引编码有着较高的编码和访问效率,较好的满足了多尺度格网数据分析时的效率需求。     

三维空间格网的多尺度整数编码与数据索引方法

本文针对三维空间索引方法存在的问题,提出了一种适用于三维空间格网化区域的多尺度整数编码与索引方法。该方法利用整数对由规则格网划分的空间区域进行统一编码,形成了一种包含格网大小关系和格网尺度变化的树状结构,体现了不同尺度格网之间的包含/被包含、相邻等空间关系,最终实现了对多种尺度格网的统一整数编码化处理。在此基础上,还研究了层级运算、编码与格网坐标转换运算、父单元查询和子单元查询等基本运算方法,并与Oracle Spatial的三维R树索引进行比较,设计了对比试验。结果表明,三维空间格网的多尺度整数编码在数据导入、索引建立及区域查询三个方面均优于Oracle Spatial的三维R树索引方法,其效率分别提高了约2倍、46倍和4倍。     

平面四孔六边形格网系统复进制数建模及编码运算

格网系统是一种多分辨率栅格数据结构，在多尺度地理空间数据组织、处理和分析中应用广泛。六边形格网系统具有重要几何特性，相关研究已引起学术界广泛关注，格网层次关系描述及计算是研究难点之一。本文引入复进制数理论，通过间隔层次格网单元隶属关系，建立平面四孔六边形格网系统数学模型，据此提出等效编码方案，定义编码运算并归纳运算规则，设计编码索引、编码与笛卡儿坐标互换算法。对比试验结果表明，本文提出的编码方案与同类成果相比具有结构对称性，可显著提高编码操作效率，具有实际应用潜力。     

空间索引与多尺度表达的一体化模型研究

在分析各种常用索引的基础上,依据各自的适用范围,提出了对点对象建立格网索引,对线、面对象建立改进四叉树索引的组合优化策略。设计的改进四叉树索引避免了传统四叉树的重复索引,提高了数据访问的效率。     

正二十面体球面菱形离散格网的编码模型及其映射方法

全球离散格网为全球尺度的空间数据组织与管理提供了基础环境,而全球离散格网的编码体系,则可屏蔽不同坐标参考框架下的坐标转换,减少空间分析的复杂度,有利于数据的多尺度表达和统一建模。相对于其他类型的全球离散格网,基于正二十面体所构建的球面菱形离散格网具有更均匀的几何性质,有利于球面空间数据的集成与表达。但基于正二十面体的球面菱形离散格网的初始菱形边线并不贴合经纬线,这导致相对于基于正八面体的球面菱形离散格网,其格网结构更为复杂。这对构建正二十面体球面菱形离散格网的层次编码模型和建立其与地理坐标间的映射关系转换带来了新的挑战。针对这一问题,本文基于Hilbert曲线构建了正二十面体球面菱形离散格网编码模型,并在此基础上设计了格网编码与地理坐标的相互转换方法。研究表明,利用球面菱形离散格网与平面规则格网的相似性,基于Hilbert曲线构建的正二十面体球面菱形离散格网编码模型能够隐式表达空间尺度与位置信息,且在地理坐标与格网编码转换方面兼具效率与精度,可以支持全球海量空间数据建模、集成管理以及各类空间分析。     

Geohash-Trees:一种用于组织大规模轨迹的自适应索引

蕴含着挖掘价值的轨迹数据分布在世界各地，且规模庞大。如何在全球范围内组织轨迹数据并支持高效范围查询成为难题。一种自适应索引组织框架被提出来管理查询全球范围大规模轨迹数据集，其基本思想为:针对不同轨迹数据集，根据Geohash编码，生成层数最深的Geohash格网覆盖住整个轨迹数据集范围；以格网作为根节点，生成Geohash-Trees；为了加快查询定位到对应索引，根据编码前缀相同的特点设计了字典查询树。Geohash-Trees是一种基于格网划分的空间索引，它能够根据轨迹密度自适应使用多种剖分策略划分空间，提高范围查询效率。为了支持索引动态更新，设计了增量插入和更新算法。同时，该索引被移植到商用数据库Oracle中，利用数据库性能高效管理查询轨迹数据。实验结果表明，该方法在范围查询以及占用空间等方面明显优于Oracle内置的R树索引。     

基于线性四叉树的全球离散格网索引

将四元三角剖分的三角形格网组织成四叉树剖分的菱形块格网,以菱形块单元来进行数据的组织索引,通过线性四叉树成熟的Morton编码作为关键字来标识查找菱形块,并在此基础上经过改进来索引三角形格网、进行邻域搜索。     

多尺度道路网的距离匹配算法研究

根据道路网折线的匹配特点,提出基于格网索引的折线——结点距离匹配算法,将复杂的折线与折线之间的几何相似度计算转换为求结点到折线距离的匹配方法,降低了计算复杂度,并通过建立格网索引来提高计算效率。在应用实例中,采用曲线拟合的最小二乘法确定算法的匹配容差和匹配成功率之间的关系,并通过与现有统计匹配算法比较,可知该算法效率高且匹配成功率较理想,能够满足多尺度道路网数据匹配的应用需求。     

格网索引及四叉树在CAD建库软件中的应用

通过对格网索引基本原理和算法时间复杂度的分析,论证格网索引的时间效率,并以此作为软件开发的依据,针对CAD软件二次开发,成功为CAD软件添加格网索引,使得基于CAD的入库软件扬长避短,生产的数据更符合GIS平台软件的要求。     

基于层次格网索引的高程点线矛盾快速识别方法

针对高程点线矛盾问题,提出一种基于层次格网索引与多进程并行机制相结合的点线矛盾识别方法：构建层次格网索引,进行数据细化管理,设计多进程并行机制,构建空间位置关系与高程判定逻辑,利用完善后的高程逻辑判断条件在并行机制下完成矛盾识别。测试结果表明：该方法能够准确识别高程点线矛盾,层次格网索引与并行机制的结合使得运算效率相较于无索引且非并行状态下提升2个数量级（1/138）,较现有方法在精度及效率方面均有较好表现,且对特殊地形环境更具适用性。     

利用球面离散格网组织空间数据的关键技术

球面离散格网系统是一种能够一体化表达空间位置和测量精度的新型空间数据模型.在分析其优点的基础上,提出利用球面六边形格网系统组织多源、异构空间数据的基本思路.对其中涉及的高精度离散格网系统设计、层次格网编码与索引方案、实体表达与数据重组、实体查询与分析算法等关键技术提出了解决方案.通过原型系统验证了其可行性.     

全球六边形离散格网数据的三维可视化方法

针对全球六边形离散格网的三维显示化方法开展研究,设计了一种六边形格网的空间层次结构(hexagonalquaternary balanced structure,HQBS),采用四位码元对格网单元进行编码,定义并实现了格网向量的基本运算,利用这些运算可以方便地实现格网单元的空间索引。在此基础上还研究了全球离散格网的动态生成与显示算法、可视化区域裁剪等相关内容。试验表明:全球格网动态生成的效率110～370单元/ms之间,加载空间数据后,格网数据和空间数据逐层加载的时间在300 ms左右,能够保证加载空间数据后的显示刷新率在20帧/s左右。     

Delaunay三角网关键技术探讨

利用计算机技术,基于实际测量数据,利用逐点插入法,在不建立格网索引的情况下,提出一种高效的Delaunay三角网构建方法,与建立格网索引法搜索点所在的三角形相比,具有较高的执行效率.     

基于车载激光点云的数学形态学滤波方法改进

针对车载激光点云数据空洞插值误差大及利用多尺度数学形态学滤波方法耗时高的问题,提出一种改进的数学形态学滤波方法,该方法按照点云空间分布形态格网化,以控制开运算方向。腐蚀运算过程中,根据格网腐蚀前后高程的变化情况,更新格网高程,以达到空洞精确填充及各格网均含地面点的目的。利用5组点云数据进行了实验,结果表明:该方法能有效提取地面点,运算效率明显优于多尺度数学形态学滤波方法,具有一定的实用性。     

四孔六边形全球离散格网一致瓦片层次结构编码运算

全球离散格网系统是支持多源地球空间信息融合处理的有效解决方案,格网系统单元层次关系及全球统一编码运算是研究难点。首先,根据四孔六边形剖分特点,提出封闭二十面体表面的一致瓦片层次结构;然后,利用复进制数建立一致瓦片层次结构的编码数学模型,并等价设计全球统一编码运算、编码邻近查询、编码与地理坐标转换等算法;最后,设计了格网层次结构验证和编码运算效率测试实验。实验结果表明,一致瓦片层次结构的编码与地理坐标转换平均效率分别约是同类成果的2.74、1.73倍,编码邻近查询平均效率约是其7.46倍,且随着格网层次升高,效率优势更显著;与同类成果相比,所提方案瓦片具有一致性,且数量更少,算法复杂度低;层次结构的原理简明易懂,计算机执行效率高,可为多源对地观测数据统一组织管理、处理分析提供理论和技术支撑。     

基于Hilbert编码索引的海洋环境数据库优化

利用Hilbert曲线能保持空间连续性的特性,提出一种基于Hilbert编码索引的海洋环境数据库存储结构优化方法。实验表明,该方法实现了立体格网化的多源海洋环境观测数据在关系型数据库中的组织管理,有效提高了空间范围查询能力。     

基于HBase的矢量数据云存储策略研究

大数据时代,矢量数据量急剧增长,迫切需要寻找有效的矢量大数据存储方法。提出了一种基于HBase的矢量数据云存储策略。首先应用四叉树剖分方法构建多级格网索引并基于Hilbert填充曲线对矢量数据进行聚类划分;其次结合多级格网编码和Hilbert排列码设计矢量要素唯一标识并以此作为矢量要素在HBase数据库的行键;再次对矢量数据的存储规则进行了具体设计;最后通过两个对比实验对矢量要素唯一标识聚类效果及矢量数据查询效率进行了验证,实验结果证明了该方法的可行性与有效性。     

基于排序预处理的等高线提取算法

从规则高程格网中自动提取等高线是地理信息系统以及计算机制图的基本功能。针对当前高程格网数据的海量性,在以往工作的基础上提出了基于常规顺序索引和桶式索引的等高线提取算法。在具体实现中与以往工作提出的基于区间树的算法进行了详细的效率比较,认为桶式索引在预处理效率、查询效率和占用空间等各方面具有较大优势。最后给出了进一步工作的内容。     

一种基于动态格网模型的新型空间目标捕捉算法的设计与实现

空间数据捕捉是地图制图、空间数据编辑中的一个重要的功能。快捷、高效的空间数据捕捉算法可极大地提升空间数据编辑的效率,减少时间成本。目前常用的空间查询捕捉算法往往算法复杂,I/O操作频繁,增加了计算资源的消耗,降低了运行效率。针对这些缺点,本文提出了一种新型的空间目标动态捕捉算法。该算法建立一种自适应性和动态性的格网索引机制,该机制基于区域变化提取新格网,用新格网对原有数据和新数据进行提取,并把提取结果反映到新的四叉树格网索引中,实现索引数据动态更新。通过实验对比,我们发现该算法在缩短捕捉时间、提高矢量点线面捕捉精度方面非常有效,且捕捉稳定性较高,极大地提高了外业采集人员和数据处理人员的工作效率。     

格网索引在数字地形图质量控制中的应用

针对数字地形图数据入库预处理效率较低的问题,该文提出了一种在AutoCAD扩展空间索引的方法。综合格网索引效率和创建难易程度,将其作为数字地形图数据质量控制系统中的索引方案;为了使得空间索引持久化,进一步提出了空间索引存储策略。将该方法在某县城镇地籍权属图形数据入库质量控制中进行应用,结果表明:在空间索引的支持下,数据预处理效率明显提高,且随着数据量增加,优势越明显。该索引方法在基于AutoCAD的数字测图软件中具有一定应用推广价值,有助于改善这些软件的数据处理性能。