对等网络环境下三维GIS优化策略研究

论文摘要

目前热门的“数字地球”实现了从二维到三维的跨越,使得三维虚拟地球已经成为一个应用广泛的地理信息公共服务平台。由于目前GIS的发展具有海量数据特征,并且其数据规模还在急剧增加,而客户端受到存储性能限制,大规模场景数据的需求与用户可用的存储空间的矛盾日益严重。在网络环境中,客户端节点与服务器节点之间的连接速度往往受到网络传输和服务器性能制约,同时存在客户端资源的浪费,因此在三维GIS数据场景显示的整个过程中数据传输消耗时间最长。对等网络(Peer to Peer,P2P)虽然不是一项新兴的技术,但是不同于传统集中式模式,是全新的基于对等网络的架构,非常巧妙的将网络中互不直接相连的客户端节点联系在一起,充分利用客户端节点和局部网络传输的闲置资源,将集中式的由服务器到客户端的传输模式转变成为了无等级差别的分布式传输模式。三维GIS可以利用对等网技术显著提升数据传输速度从而提升三维引擎性能。但使用对等网技术依然存在问题,具体表现在采用对等网文件共享的数据组织模型并不适应于三维GIS；离散的数据调度策略导致三维GIS数据加载顺序的随机性,从而影响三维GIS渲染效率和用户体验；GIS缓存更新策略单一未能考虑到对等网共享。本文结合对等网技术实现对三维GIS的优化,针对性的开展对等网环境下的三维GIS数据组织、传输和调度研究,给出系统、完整的研究成果,从而完善和丰富了将对等网技术应用于三维GIS的优化研究。论文主要研究内容如下：1.分析基于对等网技术的三维GIS优化技术的必要性、可行性以及理论依据,并对其相关概念进行阐述；2.根据对等网络中数据传输特点,研究空间数据组织方法,在数据分层组织方面提出参考等级评价机制,在数据分块方面分析组织考虑各种数据类型特点,研究适应对等网传播的分块方式,提出参考数据量的非均匀四叉树网格划分法。3.分析传统三维GIS数据的发布模式,参考典型对等网GIS的组织结构,研究应用于三维GIS的对等网架构的不足,提出优化策略：采用了基于WEB服务的对等网连接方式；采用混合模式的对等网络架构,采用基于位置和内容的节点双向聚类方法分组;对对等网功能采用插件模式设计,提出了基于对等网和KML的地理空间信息服务模型,实现基于对等网技术的简易升级方法。4.参考传统均匀网格数据调度方法,提出非均匀网格快速查询方法。在对等网数据下载过程中强调按重要程度实行分层分块传输,采用下载动态协调策略。采用主动缓存优化技术和对等网节点连接缓存技术预读视点周围场景数据,减少场景漫游的数据等待时间：提出基于热点的主动缓存,增加对等网络中数据备份量;研究三维GIS缓存更新策略,提高对等网整体数据共享效果。5.针对在传统集中式三维地理空间信息服务项目的开发过程中遇到的实际问题,以三维可视化规划管理系统为实例,提出了基于对等网技术的实验性的改进,通过实验对比集中式与对等网式架构的性能差异,指出基于对等网技术三维GIS优化策略可行并且用效。并研究非均匀网格数据划分效果,采用仿真实验验证节点分组效果和主动缓存效果。

论文目录

• 博士生自认为的论文创新点
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的理由和意义
• 1.1.1 网络三维GIS数据传输瓶颈
• 1.1.2 基于对等网的优化
• 1.1.3 本研究的意义
• 1.2 国内外研究现状与趋势
• 1.2.1 三维GIS应用现状
• 1.2.2 三维GIS数据网络传输研究现状
• 1.2.3 基于对等网技术的三维GIS研究现状
• 1.2.4 当前研究存在的问题
• 1.3 研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究拟攻克的难关
• 1.4 论文结构组织
• 1.5 本章小结
• 第2章 相关技术研究
• 2.1 三维GIS优化研究
• 2.1.1 三维GIS的体系结构
• 2.1.2 网格与云计算
• 2.1.3 LOD
• 2.1.4 多线程处理机制
• 2.2 对等网络
• 2.2.1 对等网络概述
• 2.2.2 对等网的网络结构
• 2.2.3 三维GIS对等网络架构适应性分析
• 2.2.4 基于对等网络与云计算的网络架构扩展
• 2.3 本章小结
• 第3章 对等网环境下三维GIS数据组织
• 3.1 引言
• 3.2 考虑因素
• 3.2.1 空间数据组织
• 3.2.2 三维虚拟引擎
• 3.2.3 对等网络中数据分块
• 3.2.4 金字塔模型
• 3.3 参考数据量的非均匀四叉树网格划分
• 3.3.1 算法思想
• 3.3.2 划分步骤
• 3.3.3 阈值设定
• 3.3.4 算法优缺点
• 3.3.5 存储数据结构
• 3.4 空间数据组织
• 3.4.1 分层组织及等级评价
• 3.4.2 分块组织
• 3.5 数据验证及安全
• 3.5.1 必要性
• 3.5.2 数据验证方法
• 3.5.3 数据安全
• 3.6 本章小结
• 第4章 对等网环境下三维GIS数据传输
• 4.1 引言
• 4.2 考虑因素
• 4.2.1 传统三维GIS数据发布
• 4.2.2 典型对等网GIS组织结构
• 4.2.3 目前的问题
• 4.3 客户端节点优化策略
• 4.3.1 基于Web服务的对等网连接
• 4.3.2 基于位置和内容的节点双向聚类
• 4.3.3 对等网插件模式
• 4.4 基于对等网和KML的地理空间信息服务模型
• 4.4.1 对等网和KML协作方式
• 4.4.2. 网络架构
• 4.4.3. 服务发布模式
• 4.4.4 获取服务流程
• 4.5 本章小结
• 第5章 对等网环境下三维GIS数据调度
• 5.1 引言
• 5.2 基于非均匀网格数据调度
• 5.2.1 均匀网格数据调度
• 5.2.2 非均匀网格数据调度
• 5.3 对等网数据下载
• 5.3.1 下载顺序优化
• 5.3.2 下载动态协调
• 5.4 主动缓存优化
• 5.4.1 缓存优化
• 5.4.2 基于视点的主动缓存
• 5.4.3 基于热点的主动缓存
• 5.4.4 对等网节点连接缓存区
• 5.5 缓存更新优化
• 5.5.1 重用度计算
• 5.5.2 对等网共享
• 5.6 本章小结
• 第6章 原型系统设计与算法仿真验证
• 6.1 引言
• 6.2 原型系统的背景、目的
• 6.3 原型系统结构
• 6.3.1 介绍
• 6.3.2 网络逻辑结构
• 6.3.3 节点客户端体系结构
• 6.3.4 软硬件环境
• 6.4 功能示范
• 6.5 实验分析
• 6.5.1 集中式与对等网式性能比较
• 6.5.2 非均匀四叉树网格划分
• 6.5.3 节点分组比较
• 6.5.4 基于热点的主动缓存效果分析
• 6.6 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 主要创新点
• 7.3 展望
• 7.4 本章小结
• 参考文献
• 附求1：攻读博士期间发表的学术论文
• 附求2：攻读博士期间参加的科研项目
• 致谢