栅格型空间数据服务体系结构与算法研究

【摘要】： 本文研究栅格型空间数据的服务体系结构与算法，侧重于地形服务器系统(Terrain Server Systems，TSS)的内容，其重点是管理海量地形和地表形态数据(多源遥感影像、数字正射影像和数字高程模型)和提供高速率数据服务。本文着重在系统体系结构、数据管理模型、数据分布方法以及服务器设计等方面进行研究，设计并实现了一个原型系统。本文的研究工作主要体现在如下几个方面： 1．在综合分析HPSS、MARS、SAN、DPSS等高性能存储系统体系结构的基础上，提出了一种地形服务器系统的分布式并行体系结构，以此为基础详细阐述了系统各组成部分的结构和功能。 2．针对海量地形数据应用和多磁盘地形数据分布，提出了一种适合地形服务器系统的数据管理模型——瓦片金字塔模型和线性四叉树瓦片索引。着重分析了地形数据的分块规，构建瓦片金字塔模型和线性四叉树瓦片索引的一般方法，对目标瓦片搜索、瓦片请求预测及分块地形绘制接边等问题进行了探索性研究。 3．分析了在地形服务器系统中采用数据分布技术的必要性，定义了瓦片矩阵的二维分布问题。探讨了几种适合二维数据分布的数据分布方法，通过模拟实验比较了它们的性能。着重讨论了异构磁盘系统的数据分配和瓦片分布问题，提出了一种速率均匀虚拟磁盘划分方法和一种虚拟磁盘排序方法。 4．分析、比较了服务器典型设计模式的优缺点，并提出了一种适合高性能地形数据服务的多线程并行服务器结构。 5．设计并实现了一个基于千兆局域网的TSS原型系统。实验显示，TSS原型系统能够管理海量地形数据，具有良好的并发性能，其平均吞吐率是相同应用条件下的单磁盘服务器的5.3倍。