空间数据库引擎关键技术研究

论文摘要

随着数据库技术、分布式对象组件技术的迅速发展，在GIS中构建高性能的空间数据库引擎成了计算机软件中的研究热点，基于异构数据库的空间数据库引擎（SDE）的关键技术研究，是本文的主要内容。 本文涉及到的空间数据库引擎的关键技术，其主要贡献和创新点集中表现在如下四个方面。 第一个方面是SDE的体系结构，本文分析了当前存在的各种空间数据库引擎的体系结构，提出一种多层混合体系结构的空间数据库引擎，支持对多种异构数据库的一致性访问，支持海量空间数据存储与管理。并对基于Ice的三层体系的空间数据库引擎作了重点阐述，基于Ice的Remote SDE具有很好的可扩展性，能更好的支持异构系统的互操作。 第二个方面是空间数据库中的空间数据模型，本文从空间数据的概念模型出发，在OpenGIS的简单要素规范上进行了扩充，使其同时支持矢量要素和栅格要素，达到统一存储的目的。本文分析了对象-关系型数据库和关系数据库中空间数据的存储模型，最后提出了基于全关系数据库的统一存储模型。 第三个方面是异构数据库的统一访问接口，本文分析了几种异构数据库的差异性，在参考SQL92标准的基础上，实现了统一的查询语言，并实现了数据库级的原子操作，最后在此基础上实现了统一的空间数据访问接口。 第四个方面是空间数据库中的空间索引算法，空间索引算法是提高空间查询效率的最重要的方法，因此，空间索引算法的好坏将直接影响空间查询的效率。本文分析了当前主要的几种空间索引算法，结合四叉树索引和空间填充曲线，提出一种改进的线性四叉树空间索引算法，它适用于普通的关系数据库，提高了空间查询的效率。 上述成果在VegaGIS系统中得到实际应用，并取得良好效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第1章 引言
• 1.1 GIS及空间数据库的发展现状
• 1.2 基本概念
• 1.2.1 GIS
• 1.2.2 空间实体
• 1.2.3 地理要素（Geographic Feature）
• 1.2.4 空间数据和地理数据
• 1.2.5 空间数据库管理系统
• 1.2.6 空间数据库引擎
• 1.3 OpenGIS规范
• 1.4 分布式对象组件模型
• 1.4.1 概念及背景
• 1.4.2 主要组件模型
• 1.4.3 总结
• 1.5 课题背景
• 1.6 本文贡献
• 1.7 论文的组织
• 第2章 空间数据库引擎的体系结构
• 2.1 体系结构现状
• 2.2 SDE的工作原理
• 2.3 SDE的发展现状
• 2.4 轻量级分布式组件Ice
• 2.4.1 Ice概述
• 2.4.2 Ice与其它分布式组件的对比
• 2.4.3 Ice架构和Ice组件技术
• 2.5 一种基于Ice的空间数据库引擎体系
• 2.5.1 Remote SDE的体系结构
• 2.5.2 Remote SDE中的组件对象
• 2.5.3 系统框架实现
• 2.6 总结
• 第3章 空间数据库中的空间数据模型
• 3.1 空间信息模型
• 3.1.1 栅格数据模型
• 3.1.2 矢量数据模型
• 3.2 GIS中的空间数据组织
• 3.3 ORDB中空间数据的物理模型
• 3.3.1 OpenGIS中要素的三种实现级别
• 3.3.2 Oracle Spatial中的空间数据模型
• 3.4 全关系型数据库中空间数据的物理模型
• 3.4.1 矢量数据存储
• 3.4.2 栅格数据存储
• 3.5 VegaGIS中空间数据库VegaSDB的空间数据模型
• 3.5.1 系统表
• 3.5.2 元数据信息表
• 3.5.3 图层数据表
• 3.6 总结
• 第4章 异构数据库的统一访问接口
• 4.1 数据库的差异性
• 4.1.1 体系结构差异
• 4.1.2 多用户差异
• 4.1.3 事务处理差异
• 4.1.4 数据类型差异
• 4.1.5 SQL语法差异
• 4.2 一种统一的查询语言
• 4.2.1 VegaSDB的基本数据类型
• 4.2.2 VegaSDB中的数据字典
• 4.2.3 VegaSDB支持的运算符和SQL函数
• 4.2.4 VegaSDB的查询语言
• 4.3 统一空间数据访问接口
• 4.3.1 统一查询语言的实现
• 4.3.2 数据库级的原子操作
• 4.3.3 空间数据的相关操作
• 4.4 总结
• 第5章 空间数据库的空间索引研究
• 5.1 空间数据库中空间实体的特点
• 5.2 空间索引的目的
• 5.3 空间查询的处理过程
• 5.4 常用的空间索引算法
• 5.4.1 空间存取方法
• 5.4.2 简单格网空间索引
• 5.4.3 k-d树空间索引
• 5.4.4 R树空间索引
• 5.4.5 四叉树空间索引
• 5.4.6 空间填充曲线
• 5.5 基于关系数据库创建空间索引的现状
• 5.6 一种改进的线性四叉树空间索引
• 5.6.1 填充曲线的编码思想
• 5.6.2 基本算法
• 5.6.3 数据结构和算法实现
• 5.6.4 总结
• 5.7 索引的实验结果
• 5.7.1 系统环境
• 5.7.2 实验结果
• 第6章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历