基于GIS的空间数据查询及管理技术研究与实现

论文摘要

由于空间数据的海量性和复杂性,查询效率一直是GIS系统中的一个瓶颈,因此研究空间数据的查询及管理技术具有重要的意义。本文首先分析了空间数据的类型及特征,阐述了空间数据的数据结构、数据模型和空间数据库技术。本文研究了用于空间查询优化的空间索引技术、查询处理算法、代价模型等技术,以提高空间数据查询速度。并在对常用空间数据索引技术的算法描述和性能比较基础上,着重研究了基于四叉树和R-树的索引结构。根据R-树结点的聚类特性,R-树各子结点越紧凑、聚类性能越高,则R-树的查询效率越高。本文将空间聚类技术应用到R-树中,给出了基于R-树的空间聚类算法—MCAR算法,有效地提高了索引效率。同时也给出了一种基于聚类技术的四叉树和R-树的混合索引结构—MSIQCR索引。该索引结构将空间划分成一些子空间,然后在各子空间内使用许多R-树索引,有效地节省了存储空间,同时将空间对象的操作限制在局部范围内,减少了空间对象的操作时间。本文最后结合“航班优化与航线经济分析系统”的实际应用,对系统采用MSIQCR空间索引技术,以提高系统的查询效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文背景
• 1.3 论文组织
• 第2章 空间数据组织及管理
• 2.1 空间数据
• 2.1.1 空间数据分类
• 2.1.2 空间数据类型
• 2.1.3 空间数据特征分析
• 2.1.4 空间关系
• 2.2 空间数据模型与数据结构
• 2.2.1 空间数据模型
• 2.2.1.1 空间数据模型类型
• 2.2.1.2 空间数据的表示模型
• 2.2.2 空间数据结构
• 2.2.2.1 矢量数据结构
• 2.2.2.2 栅格数据结构
• 2.2.2.3 栅格数据结构和矢量数据结构的比较
• 2.2.2.4 矢量栅格一体化的数据结构
• 2.3 空间数据库技术
• 2.3.1 空间数据库的概念及特征
• 2.3.2 空间数据库管理系统
• 2.3.3 基于数据库引擎的关系空间数据库技术
• 第3章 空间数据查询技术
• 3.1 空间查询概述
• 3.1.1 空间查询方式
• 3.1.2 目标近似
• 3.1.3 空间查询语言
• 3.1.4 空间查询优化
• 3.2 空间索引技术
• 3.2.1 四叉树
• 3.2.1.1 点四叉树
• 3.3.1.2 区域四叉树
• 3.2.2 R 树
• 3.2.2.1 R-树
• 3.2.2.2 R*-树
• 3.2.2.3 R+-树
• 3.2.2.4 R-树性能分析
• 3.3 空间查询处理算法的优化
• 3.3.1 空间查询处理的过程
• 3.3.2 空间查询处理算法优化
• 3.3.2.1 减小候选集
• 3.3.2.2 提高几何检测速度
• 3.4 空间查询代价估算
• 第4章 基于聚类技术的四叉树和R 树的混合索引机制
• 4.1 空间聚类技术
• 4.1.1 聚类分析算法的分类
• 4.1.2 常用的聚类算法
• 4.1.2.1 K-means 算法
• 4.1.2.2 K-medoids 算法
• 4.1.2.3 DBSCAN 算法
• 4.2 基于R-树的空间聚类算法
• 4.3 基于聚类技术的四叉树和R-树的混合索引
• 4.3.1 MSIQCR 空间索引结点结构
• 4.3.1.1 R-树的结点结构
• 4.3.1.2 四叉树的结点结构
• 4.3.2 MSIQCR 空间索引类的设计
• 4.3.3 MSIQCR 空间索引算法
• 4.3.3.1 查找算法
• 4.3.3.2 插入算法
• 4.3.3.3 删除算法
• 4.4 性能评估
• 4.4.1 MCAR 算法性能评估
• 4.4.2 MSIQCR 索引性能评估
• 4.4.3 小结
• 第5章 应用系统实现
• 5.1 ForMax-GIS 子系统结构
• 5.1.1 ForMax-GIS 子系统需求分析
• 5.1.2 ForMax-GIS 子系统设计
• 5.1.3 ForMax-GIS 子系统数据库的设计
• 5.2 MSIQCR 空间索引在系统中的实现
• 5.2.1 MSIQCR 索引的建立
• 5.2.2 查找算法的实现
• 5.3 ForMax-GIS 系统实现
• 5.3.1 系统GIS 地图显示
• 5.3.2 空间查询的实现
• 第6章 结束语
• 致谢
• 在校期间学术成果
• 参考文献