分布式空间信息的高效查询与分析系统研究
【摘要】：
随着地理信息系统和计算机网络技术的发展，Internet的普及，空间数据的处理正深入到各个专业应用领域，如土地管理、电力、电信、城市管网、水利、消防、交通以及城市规划等。大型分布式地理信息系统对于基于网络的海量空间数据的共享和互操作、地理操作服务的共享和分布处理以及专业领域应用系统的集成，具有十分重要的意义。实现空间数据与属性数据的一体化海量存储、高效空间查询和空间分析处理，进行有效的分布式空间数据管理和计算，则是大型分布式地理信息系统的重要特征和急待解决的关键技术问题。
本论文对上述几个分布式地理信息系统的关键技术问题进行了深入的研究，并对分布式地理空间信息的高效查询与分析系统的设计与实现进行了详细的探讨。
全文共分七章，第一章为前言，论述了本学位论文的研究背景，研究目的和意义，以及国内外研究现状；最后给出了本文的主要研究内容。
第二章介绍分布式地理信息系统的定义和特点、架构模型、以及主要技术和发展。
第三章对分布式地理信息系统中的空间查询和空间分析算法进行了深入的研究；同时为提高空间查询和空间操作的效率，对空间数据存取技术，即空间索引技术也进行了细致的研究。在对空间索引技术的发展、分类和典型算法比较的讨论基础之上，本文设计并实现了两个高效的空间索引—改进的四叉树索引和R+树索引，并将这两个索引应用到空间查询处理中，分别实现了基于改进四叉树和基于R+树的空间选择查询(包括点查询和开窗查询)算法以及基于R树的最临近查询和K最临近查询算法。强大的空间分析能力是GIS区别于其它管理信息系统的重要特征，本文提出了一个高效的缓冲区生成算法——递归算法；同时将上述两个空间索引机制引入到地图叠加分析处理中，分别实现了基于改进四叉树和基于R+树的矢量地图叠加分析算法。测试结果表明，以上算法有效可行，并已被集成到地网GeoBeans5.0。
第四章在对地理信息系统与数据库的结合以及分布式空间数据库的模式结构、设计方法和关键技术等相关理论探讨的基础上，设计了一个分布式空间数据库原型系统DSDB。基于ADO数据库访问技术，开发了一个基于ADO的分布式空间数据库引擎原型ADO-SDE，作为访问DSDB系统的中间件，提供用户和空间数据库之间的数据接口。
第五章在遵循OpenGIS SQL规范的基础上，通过扩充空间数据类型，提供强大的空间操作算子，扩充空间运算函数，设计实现了一种空间数据库查询语言——地
理结构化查询语一言(Geo『aPhie Struetured Que仔Lan罗age，GSQL);并对其语句表达
形式、实现过程做了详细的论述，同时通过使用图标按钮、下拉列表框等可视化组
件，设计了一个界面友好、简单易用的GSQL查询界面，基本具备了进行较复杂空
间分析运算的查询功能。
第六章通过对新一代分布式计算模型W七b Service的理论探讨，包括其定义、
理论模型、技术体系、与传统分布式计算模型的比较，以及空间信息W七b服务的概
念理解等，同时，对微软提供的web Serviee开发工具包一一Microsoft 50”Toolkit
3.0及其建立M陌b Service的实现机制的详细研究，设计了一个以50”Toolkit为开
发工具的、基于叭触b Serviee的分布式空间信息高效查询与分析原型系统，初步实
现了分布式地理信息的地图服务、查询和分析服务的跨平台、跨系统的互操作。
第七章对全文进行了总结，概括了主要研究成果和进一步工作的方向。
【关键词】：空间索引 空间查询 空间分析 GSQL Web Service 【学位授予单位】：中国科学院研究生院（遥感应用研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：P208
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2003.094567
【目录】：
- 第一章 引言9-15
- 1.1 选题意义9-10
- 1.2 国内外研究现状10-13
- 1.3 研究内容13-15
- 第二章 分布式地理信息系统综述15-28
- 2.1 分布式地理信息系统的定义与特点16-18
- 2.2 分布式GIS的架构模型18-25
- 2.2.1 分布式网络制图架构18-20
- 2.2.2 受限的客户／服务器(C／S)模式GIS框架20-21
- 2.2.3 开放式分布GIS构架21
- 2.2.4 将各种功能部件置于C／S框架中以形成分布式GIS系统21-25
- 2.3 分布式地理信息系统的技术和发展25-28
- 第三章 分布式空间信息的高效查询与分析28-95
- 3.1 高效空间存取方法(空间索引)29-48
- 3.1.1 空间数据存取方法的发展及分类30-35
- 3.1.2 典型空间数据存取技术的算法分析和比较35-48
- 3.1.2.1 四叉树索引35-37
- 3.1.2.1.1 基于固定网格划分的CELLQTREE36-37
- 3.1.2.1.2 一种改进的四叉树37
- 3.1.2.2 R树空间索引结构37-48
- 3.1.2.2.1 R树索引38-40
- 3.1.2.2.2 R*树索引40-42
- 3.1.2.2.3 R+树索引42-45
- 3.1.2.2.4 R+树索引结构的C++实现45-48
- 3.2 高效空间查询的实现48-69
- 3.2.1 空间查询处理及相关技术48-52
- 3.2.1.1 对象近似技术48-50
- 3.2.1.2 空间查询细化步骤中的相关技术50-52
- 3.2.2 常见的空间查询操作52-69
- 3.2.2.1 空间选择52-58
- 3.2.2.1.1 基于改进四叉树的空间选择查询的实现53-58
- 3.2.2.2 空间连接58-62
- 3.2.2.2.1 空间连接的分步骤处理过程59-60
- 3.2.2.2.2 基于同步R树遍历空间连接算法60-61
- 3.2.2.2.3 分区空间合并连接61-62
- 3.2.2.2.4 空间哈希连接62
- 3.2.2.3 最邻近查询62-69
- 3.2.2.3.1 利用R树的GIS NN查询和K-NN查询算法及其实现63-69
- 3.3 高效空间分析算法的实现69-95
- 3.3.1 GIS缓冲区递归生成算法69-80
- 3.3.2 基于R+树与改进四叉树的矢量地图叠加分析算法80-95
- 3.3.2.1 空间叠加分析80-82
- 3.3.2.2 基于R+树的地图叠加分析双重循环算法82-92
- 3.3.2.3 基于改进四叉树的矢量地图叠加分析算法92-95
- 第四章 基于ADO的分布式空间数据库引擎系统95-111
- 4.1 地理信息系统与数据库结合研究95-97
- 4.2 分布式空间数据库97-99
- 4.3 分布式空间数据库原型系统DSDB设计99-104
- 4.4 基于ADO的分布式空间数据库引擎设计104-111
- 4.4.1 ADO简介104-105
- 4.4.2 分布式空间数据库引擎原型系统设计(ADO-SDE)105-107
- 4.4.3 使用ADO实现BLOB数据的存取107-111
- 4.4.3.1 BLOB数据的存储107-108
- 4.4.3.2 BLOB数据的读取108-111
- 第五章 空间数据库查询语言的研究和实现111-121
- 5.1 空间运算的扩充112-114
- 5.1.1 空间数据类型和空间运算函数112-113
- 5.1.2 空间运算函数的扩充113-114
- 5.2 GSQL的表达114-116
- 5.3 GSQL语言的实现过程116-117
- 5.4 GSQL的查询界面117-121
- 第六章 基于WEB SERVICE的分布式地理信息高效查询与分析系统121-145
- 6.1 WEB SERVICE综述122-134
- 6.1.1 Web Service的定义122-123
- 6.1.2 Web服务模型123-125
- 6.1.3 Web服务技术体系125-131
- 6.1.4 Web Service与传统分布式计算模型的比较131-132
- 6.1.5 Web Service的构成机制132-133
- 6.1.6 空间信息Web服务的概念133-134
- 6.2 基于SOAP TOOLKIT开发分布式地理信息查询与分析服务134-145
- 6.2.1 使用SOAP Toolkit建立Web Service134-140
- 6.2.2 原型系统设计与实现140-145
- 第七章 总结与展望145-147
- 参考文献147-153
- 攻读博士期间公开发表的主要学术论文153-154
- 致谢154
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