基于空间数据库技术的地籍管理系统研究

随着GIS应用的深入发展,以文件管理空间数据的方式已不能满足当前GIS应用的需要,而空间数据库技术正是为解决GIS应用的企业化和社会化问题而发展起来的新技术,空间数据库技术及其应用研究是当前GIS技术研究的热点。本文分析了空间数据对象、空间数据库、空间数据库技术及其实现,研究了基于空间数据库技术的地籍管理系统在空间数据共享、海量数据管理、大范围查询检索、分布式空间数据处理与维护、地籍制图、数据安全控制等方面的应用实现,通过具体应用系统建设,提出了基于空间数据库技术的地籍管理信息系统的解决方案。     

空间索引技术及其GIS应用综述

空间索引技术可提供高效的空间数据组织与管理方式,以支撑海量空间数据的挖掘与分析。针对当前空间索引存在的知识体系不明晰、选择难等问题,该文通过文献调查法和CiteSpace工具,依据空间划分及映射方法将空间索引划分为基于树结构、格网、空间填充曲线和地址编码的空间索引四大类,并综述其原理、空间结构、适用范围及在GIS领域的应用,最后对空间索引在数据组织、高效计算、可视化、可靠性等方面的研究进行展望。结论如下：基于树结构的空间索引最具普适性且可以处理多维度及多层次的数据,查询性能依赖于树结构的平衡性及数据的分布;基于格网的空间索引可以均匀划分空间以便于高效范围查询,却不适用于非结构化或动态数据集;基于空间填充曲线的空间索引可以在实现维度压缩的同时保持局部邻近性,但插入或删除数据可能导致整个曲线的重构难以频繁更新;基于地址编码的空间索引将语义地址信息转化为编码信息,便于高效检索,然而语义地址匹配仍存在较大误差和不确定性。研究结果可为空间数据组织和结构设计提供参考。     

3D GIS空间索引技术研究

概括并分析3D GIS中使用的空间索引技术,介绍各类技术方法的基本思想;对典型的空间索引方法进行分类,综合比较其优缺点和适用对象;按照空间分割方式将三维空间索引分为规则分割和对象分割两大类,规则分割包括规则网格、BSP树、八叉树、KD树、KDB树和R树系列等,对象分割则通过层次包围体来实现。指出在3D GIS实际应用中,应根据实际情况和应用需要组合多种索引技术,进而生成灵活、高效的索引机制。     

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.     

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。     

动态广义表空间索引方法

提出了一种新的动态空间索引结构X-Lists,设计实现了X-Lists的动态插入、动态删除、查找等算法,并进行了算法实验。X-Lists是一种支持高维点查询和区域查询的广义表,实验表明,X-Lists在索引构建与区域查找方面性能明显优于现有R-Tree及其改进索引结构。     

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。     

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。     

基于空间索引的规则格网DTM内插算法研究

从离散点内插规则格网数字地形模型(DTM)方法的关键是如何提高待插点周围数据的搜索效率。该文针对离散点的空间分布特性,给出了基于网格分块和KD-Tree两种空间索引技术的规则格网内插方法。实验表明,这两种索引方法能显著提高搜索速度,算法内插效率较高。最后,在算法效率分析的基础上,对两种索引方法所适应的条件进行了讨论。     

坐标与属性一体化的空间聚类方法研究

通过空间坐标和属性特征的有机结合，定义了3种空间距离，给出了基于空间距离的K平均系统聚类算法，对山东省生态环境质量进行了聚类分析和类型分区。实践表明，空间聚类方法可以较好地反映出空间位置邻近和属性特征相似的空间聚类要求。     

基于空间数据库的多媒体图形查询信息系统研究——以苏州河环境综合整治为例

本文介绍作者自行开发的GIS软件系统———基于空间数据库的多媒体图形查询信息系统的内容、结构和功能 ,以及在环境规划管理方面的应用。阐明了系统可满足决策管理层和公共信息发布层等不同层次的应用需求 ,对环境工程项目的规划管理可作为示范和借鉴。说明本系统除具有一般GIS系统所具有的功能外 ,还把现代多媒体技术和GIS空间数据库技术结合起来 ,实现了在空间数据基础上的多媒体信息查询 ,丰富了GIS中属性数据查询的内容 ,提高了地图的可视性。详细介绍了一种地理信息系统的空间分析方法———包含分析的算法和在本系统中的具体应用———按多边形区域进行空间相关性关系查询。     

对象关系数据库中的时空索引机制研究

时空数据库是近年来地理信息科学与数据库技术领域研究和应用的热点,其中时空数据模型和时空数据索引技术是时空数据库的关键。为了提高时空数据库查询处理的效率,在基于时间片的连续快照模型基础上,改进了PP-TPR树索引。该索引技术不仅可以处理普通的空间查询（点查询和范围查询）,在时间维度上还可以支持单纯时间维度的查询、历史状态查询、预期状态查询以及时空一体化的复杂查询。在实例研究中,采用对象关系数据库PostgreSQL作为时空数据类型和时空数据索引的实现平台,初步验证了上述时空索引技术的有效性和实用性。     

GIS与空间数据库技术

地理信息系统（GIS）以空间数据为研究对象,在实现对空间数据的存储和操作的基础上进行空间分析和应用。当前,GIS逐渐向数据服务方向发展,数据管理的重要性日益得到重视。本文主要介绍GIS数据库的管理模式、管理机制以及空间数据库中数据的存储模式等,目的是利用数据库技术实现地理数据的有效存储、管理和检索。     

分布式多空间数据库系统的集成技术

该文提出建立分布式多空间数据库系统来实现异构空间数据源的互操作，以达到空间信息共享的目的。首先介绍分布式多空间数据库的基本概念、系统结构以及关键技术；其次，通过对空间数据分布特征的分析，提出了多空间数据库系统集成的基本思路“异构同化，同构整体化”，并建立了集成的层次模型。     

分布式多空间数据库系统的集成技术

该文提出建立分布式多空间数据库系统来实现异构空间数据源的互操作 ,以达到空间信息共享的目的。首先介绍分布式多空间数据库的基本概念、系统结构以及关键技术 ;其次 ,通过对空间数据分布特征的分析 ,提出了多空间数据库系统集成的基本思路“异构同化 ,同构整体化” ,并建立了集成的层次模型     

基于GIS的水文地质空间信息系统研究与应用

以区域水文地质信息化与空间分析为目标，以GIS软件ARC／INFO为平台，开发了以水文地质空间数据库为基础，以应用模型体系为支撑的水文地质空间信息系统。以中国西部典型区域的水文地质实际勘查资料为基础，对系统的功能及稳定性进行应用与验证。结果表明：系统具有速度快、准确性与自动化程度高、动态性与可重复性强和可视化程度高等优点，可极大提高水文地质空间分析的有效性、可靠性以及水文地质工作效率，实现基于GIS环境下的地下水预测、模拟、分析与评价的一体化。     

植物属性地理的研究进展与展望

植物属性地理学是植物地理学的一个新兴研究方向,研究植物属性的地理分布规律。目前与植物属性地理相关的研究热点主要集中在植物属性的多尺度表达、植物属性的权衡关系和属性多样性与生态系统功能三个方面。比叶面积、叶干物质含量、叶氮含量、种子质量、植物高度、茎密度是最受关注的植物属性。植物属性需要在植物个体水平上进行测量,然后基于群落内物种相对优势度的加权平均上推到群落水平。植物属性权衡关系主要包括叶片经济型谱及属性与环境因子之间的权衡关系研究。全球植物属性数据库的丰富与共享,推动着植物属性地理学的蓬勃发展。当前的植物属性空间连续分布主要利用全球属性数据库和空间统计建模方法实现,但借助激光扫描和成像光谱技术直接对区域植物功能属性进行空间制图正成为植物属性地理学空间计算的新方法。植物属性的空间格局分析是植物属性地理学的重要内容之一,不仅有助于解释植物物种的适应性与分布、群落构建等问题,而且为预测全球气候变化对植物的影响提供了依据。用植物属性代替物种可以更好地解释植物分布和植物对环境适应的生理机制,所以在全球植被模型研究中开始尝试将基于物种的植被动态模型发展为基于属性的植被动态模型,这将会给全球变化下碳循环过程的模拟和陆面模式带来新的机遇和挑战。展望未来,植物属性地理学仍然需要发展新的研究手段,深化全球植物属性的空间分异规律及其与环境因子之间的关系研究,以及完善全球和区域植物属性数据库建设。     

坐标与属性一体化的空间聚类方法研究

通过空间坐标和属性特征的有机结合,定义了3种空间距离,给出了基于空间距离的K平均系统聚类算法,对山东省生态环境质量进行了聚类分析和类型分区。实践表明,空间聚类方法可以较好地反映出空间位置邻近和属性特征相似的空间聚类要求。     

基于RS和GIS技术下城镇空间变化分析及应用研究

城镇空间变化分析，是城镇发展趋势分析的基础，对城镇远景规划有十分重要的指导作用。它也是区域生态环境演变调控研究的重点内容和基础内容。本文将引用RS和GIS技术方法对城镇空间变化进行研究。其基本思路是，利用RS的TM卫片数据进行宏观监测，再利用GIS的空间分析功能，方便地进行城镇分布状况和迁移变化的空间分析与评价。该技术方法已被成功地应用于新疆城镇分布状况及动态变化研究项目中，收到较好效果。     

基于数据分治与双层索引的并行点面叠加分析方法研究

地图叠加分析是一种计算密集型算法,并行化计算是加快算法执行速度的一种有效方法。该文研究分布式环境下的点面图层并行化叠加分析方法与实现。首先根据点面叠加的特点设置并行数据分解的方式,基于分治法分解空间数据,在并行系统下将地理要素分而治之。然后引入双层索引的并行叠加机制,一是对面图层根据Hilbert空间索引的排序方式分发数据,二是对点图层建立四叉树索引,对每一个进行相交运算的多边形进行快速过滤和求交。最后在Linux集群系统下实现该并行算法,其一利用MPI分布式计算环境实现在整体计算框架下的消息通讯模式的并行,其二在每个子节点中实现基于多核OpenMP工具的本地并行化。结果表明,利用双层空间索引分治的方法可实现并行数据分块,各子节点实现独立计算,减少并行系统中的I/O冲突,并行加速比明显。该方法对矢量地图运算的并行化进行了有益的尝试,为大数据时代的空间数据分析提供一种有效的途径。