基于HBase的矢量空间数据分布式存储研究

分析了分布式数据库HBase的存储模型;结合对HBase集群技术的研究,设计了基于HBase的矢量空间数据存储模型和一种基于MapReduce的并行构建网格空间索引方法,使得海量空间矢量数据的网格索引构建分配到各子节点进行,大大加快索引构建的处理速度;最后,利用HBase集群环境对所提出的方法进行验证,该方法具有较好的可行性和较高的效率.     

结合MapReduce和HBase的遥感图像并行分布式查询

提出了一种可扩展的遥感图像多维度并行查询模式,即利用MapReduce实现海量图像数据金字塔的并行构建,利用HBase实现图像的分布式检索,设计和实现了单张遥感图像金字塔的并行构建方法和图像索引系统。实验结果表明,随着Hadoop和HBase集群的增长,图像数据的导入和检索速度得到明显提升。     

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OCI方式空间数据访问引擎的设计与实现

为使对象关系数据库更方便存储和查询空间数据,空间数据访问引擎的设计是关键。该文基于空间数据访问引擎的重要性,讨论开发和设计Oracle数据库空间数据访问引擎的关键技术和方法。以OCI方式设计空间数据引擎的系统结构,简单介绍几个核心类,并总结其设计时应注重的知识及需解决的问题。     

分布式空间数据服务两级检索方法研究

针对当前分布式多尺度空间数据服务检索效率较低,无法满足集成应用需求的问题,该文提出一种基于两级空间索引结构的分布式多尺度空间数据索引方法,即以空间网格索引为基础,结合空间数据服务元数据管理,实现了空间数据服务及其空间对象的索引。在检索过程中,先通过一级索引检索出目标空间数据服务,再使用二级索引在目标服务内检索出目标数据对象。对二级索引结构和基于服务注册的检索效率的对比测试表明,该方法的效率优于服务注册方法,且随服务数量的增加,效率优势更显著;对单个服务的数据量对二级索引性能的影响进行测试,发现单个数据服务随着数据对象的增加,二级索引的检索时间逐渐增加,但总体检索时间基本可以满足多数应用需求。     

一种基于形状特征的地理实体相似性查询方法

为适应矢量空间数据库的相似性查询的应用需求,提出一种融合区域和边界的形状特征提取算法。通过地理实体的坐标,求解地理实体的质心及离散的旋转角度和质心距离序列,然后等角度间隔重采样,通过线性内插求出所得系列边界点的质心距离,建立质心距离直方图,构造以质心距离直方图、紧凑度和面积的三元组构成的形状特征描述。在此基础上,提出针对矢量空间数据的地理实体相似性查询算法。通过自主开发的GIS空间智能查询与分析平台,以全国1∶25万县市级行政区划矢量数据为数据源,实现了地理实体的相似性查询。实验结果表明,改进图像分析领域的形状分析方法并应用到矢量数据相似性查询领域是可行的,提出的方法可以满足地理实体的相似性查询应用需求。     

基于增量段式的地形数据存储模型设计及算法实现

在研究地形多分辨率细节层次模型构建理论的基础上,提出了结合地形特征的模型细节层次的细分过程,改进了基于外存的数据存储设计方法。设计了基于增量段式存储的数据组织方式,研究了地形数据绘制过程中的裂缝现象,引入模型高度损失误差计算方法,通过采用增删高程点的办法,消除了绘制图形中的裂缝。以某地区的DEM数据为实验数据,采用C++和OpenGL编程实现了地形的绘制。结果表明：本存储策略优于传统存储策略,通过增量段式的形式存储不同分辨率的高程点,重叠的高程值不再重复存储,以节约外存空间,减少了数据冗余度,I/O操作时间提高率为25%。且随着数据量增加,I/O操作时间提高效率更为显著。该存储设计将物理分块、逻辑分层、索引检索方法结合在一起使用,在减少外存占用率、降低数据量加载的同时,也提高了数据扩展的灵活性。当增加地形分块时,不会影响原有分块和存储结构。实验效果与原始地形非常相似,保证了生成的细节层次模型的真实性。此外,针对DEM实验数据,在加载非相邻分辨率等级层次的数据时,地形绘制过程出现裂缝的问题,通过删除高程点的办法来消除裂缝,取得了很好的实验效果。     

基于包含检验法的多边形栅格化并行算法研究

随着对地观测技术的快速发展和数据规模的急剧增长,矢量数据快速栅格化已成为业界关注的重要研究内容。该文将并行计算技术应用于矢量多边形栅格化中,探索了矢量数据划分方法、边界栅格单元处理方法等关键问题,设计并实现了基于包含检验法的矢量多边形栅格化并行算法。基于土地利用现状数据对并行算法的精度、并行效率等进行了测试与分析。试验证明,在进程数不超过CPU核数时,并行算法的加速比随进程数增长显著;而当进程数达到CPU核数以后,并行算法加速比总体趋于稳定。并行效率与数据的划分方式、数据的存储方式密切相关,划分方式的正确与否将直接关系到算法的并行效率。     

适用于矢量瓦片缓存替换的视点相关预测区域算法

传统的缓存置换策略未充分考虑数据访问的空间特征,也不适用于基于矢量瓦片的替换。该文根据矢量瓦片的空间数据结构,提出一种适用于矢量瓦片缓存替换的视点相关预测区域算法:首先根据瓦片存储中多分辨率金字塔结构进行空间单元划分,并根据用户操作类型求解矢量瓦片及空间单元热度,从而构建用户视点位置相关的预测区域;然后综合考虑瓦片层级、空间单元热度及距离等因素进行预测区域分析,获得瓦片缓存价值并进行瓦片置换。通过与传统的FIFO、LRU和LFU缓存策略相比较,该算法的瓦片命中率比FIFO和LRU分别提高了近50%和20%,瓦片的请求耗时分别缩短了50%和30%左右,相比LFU也有明显优势。该研究为WebGIS提供了一种更具潜力的瓦片缓存方法。     

基于对象关系数据库的矢栅一体化查询与操作研究

在分析矢量栅格数据特点的基础上,提出一系列矢栅一体化查询函数,基于PostgreSQL/PostGIS数据库,实现了支持栅格数据存储与组织的扩展数据类型,并对栅格数据类型与PostGIS矢量数据一体化查询函数进行了扩展实现。最后,通过实例验证了矢栅一体化查询函数的表达能力和解决实际问题的应用前景。     

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。     

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。     

Generic query tool for spatio-temporal data

Geographical information systems are more and more based on a DBMS with spatial extensions, which is also the case for the system described in this paper. The design and implementation of a generic geographical query tool, a platform for querying multiple spatio-temporal data sets and associated thematic data, is presented. The system is designed to be generic, that is without one specific application in mind. It supports ad-hoc queries covering both the spatial and the thematic part of the data. The generic geographic query tool will be illustrated with spatial and thematic Cadastral data. Special attention will be given to the temporal aspects: a spatio-temporal data model will be described together with a set of views for easy querying. DBMS views play an important role in the architecture of the system: integration of models, aggregation of information, presentation of temporal data, and so on. The current production version of the geographic query tool within the Dutch Cadastre is based on GeoICT products with a relatively small market share (Ingres and GEO++). A new prototype version is being developed using mainstream Geo-ICT products (Oracle and MapInfo). First results and open issues with respect to this prototype are presented.     

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。     

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。     

长三角城市群旅游效率空间格局演变及俱乐部趋同研究

在对2010—2019年长三角城市群旅游效率进行测算的基础上,综合数据包络分析方法、空间马尔科夫链和变系数固定效应回归模型,探索其时空演化趋势及机理。结果表明:(1)长三角城市群旅游效率整体水平较高,区域差异显著,东部和南部城市旅游效率明显高于西部和北部城市。(2)各项旅游效率水平转移在空间因素作用下往往受到周边城市旅游效率的影响。考虑空间作用后,各项旅游效率维持原有稳定格局概率均明显增加,“俱乐部趋同”现象更为显著。(3)旅游效率时空演变一定程度上导致了俱乐部趋同效应,长三角城市群旅游发展效率表现出“近朱者赤、近墨者黑”现象。(4)对外开放水平、交通水平、产业结构、政府宏观调控是各市旅游效率变动的主要影响因素,不同城市应制定不同的旅游发展措施,推动旅游产业进步和技术革新,促进旅游效率的高效发展。     

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。     

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。     

基于空间句法视角的民国以来北京老城街道网络演变

研究基于空间句法理论与方法,结合不同时期的数字化历史地图,从街道网络显型、“局部—整体”层级关系及运转效率等三方面探讨民国以来北京老城的街道网络演变进程。结果表明：① 政权更替是其演变的分水岭。民国时期,老城街道网络由封建隔离结构向现代通达结构转型,环环相扣、中轴对称式的整合、穿行核心格局同时被打破。1949年中华人民共和国成立后,街道网络的几何格网特征越发明显,“环形+大格网”式的核心运动骨架凸显,不同街道段的可达性与穿行频率则逐渐趋同。② 老城各子区域的可达性层级关系在百余年来持续变化,穿行频率层级关系则保持稳定,与其他区域相比,东城的可达性与穿行频率优势明显。③ 政权更替之际新结构的集中嵌入与随后规划建设的路径依赖使得老城全域的运转效率历经“下降→上升→下降→上升”的起伏演变过程。这一过程同样出现在东城、西城与外城,但更强的几何格网特征促使前者的两次上升幅度较大,运转效率也相对较高,而皇城的运转效率则随小规模封闭系统的日益开放呈阶梯式下降。概括来讲,研究不仅运用数字化手段系统梳理了北京老城的街道发展史,为如何更好地保护古都风貌,传承历史文脉提供了街道网络视角的逻辑支撑,对于空间句法的理论算法体系也进行了一定拓展。