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电子海图空间数据库引擎研究与实现

李慧丽  
【摘要】:“海战场信息化”是实施海战场信息战的基础,信息战中“信息化程度决定战斗力”的原则要求战场信息必须高度数字化,以达到快速、准确和海量传输的目的。电子海图作为纸海图数字化的主要产物,在内容、结构和格式上均已标准化,以电子海图为显示背景的应用系统以图形或图像的形式给作战指挥人员提供了一个直观、清晰的战场综合态势图,为作战辅助决策提供了一个优良的平台。 电子海图空间数据库作为电子海图应用系统的重要支撑部分,是海战场信息化建设的一个重要环节。空间数据库引擎作为一种提供空间数据存储、查询与检索功能,进行空间关系运算和空间分析的数据库技术,屏蔽了空间数据的复杂性,实现了空间数据和空间操作的抽象,强化了空间数据库的功能。我国现有舰载指挥控制系统对海图信息的存储、管理仍停留在单幅海图文件管理阶段,基于空间数据库的海量信息存储、检索和管理技术与手段的应用远落后于西方发达国家,通用地理信息系统中空间数据库技术的研究与应用已经相当成熟,但又不能直接移植到舰载指挥控制系统中来。针对这一现状,论文以“十二五”国防预先研究课题“海战场服务化指挥控制软件技术研究”为背景,以空间数据库引擎为研究对象,设计并实现了一个适合舰载指挥控制系统特点的电子海图空间数据库引擎(Electronic Navigational Chart Spatial Database Engine,简称ENC_SDE)中间件。 论文以空间数据及空间数据库的研究为切入点,阐述了空间数据库引擎的原理、体系结构、国内外研究现状及发展趋势,分析和探讨了电子海图的S-63数据保护方案及S-57数据传输标准,比较和归纳了ENC_SDE关键技术中几种典型的空间数据模型、空间索引算法及空间存储模型。在此基础上,论文深入分析了ENC_SDE的功能需求并进行了体系结构设计及系统电子海图空间数据库设计,沿用了S-57标准数据结构的部分特性,以面向对象的思想设计出了满足ENC_SDE要求的系统电子海图空间数据库空间数据模型,该模型具有结构简单、易开发特性,支持电子海图空间数据的统一管理;针对系统电子海图空间数据分幅分尺度组织的属性及空间数据访问具有局部性和相关性的特点,提出了一种优化的“基于比例尺分级的网格索引+基于层次分解的Hilbert R-树索引”两级空间索引算法并进行了详细分析与设计;据此,详细设计了数据库存储方案中各类文件的空间数据组织结构,以适应海量电子海图空间数据的存储和管理需求。 论文从空间数据操作的角度出发,将ENC_SDE的功能划分为空间数据导入和空间数据访问两大部件,用面向对象的方法进行了核心功能模块及关键技术的具体实现。最后,通过演示系统E_SDE_Demo的实现及功能测试,验证了论文所设计实现的ENC_SDE的数据模型、索引机制、存储模型及相关方法的可行性及高效性。


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