基于空间数据库的海量多维栅格数据统一存储和查询关键技术研究

• 作 者: 李珀任
• 机 构: 北京大学
• 出 处: 北京大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 栅格数据模型 金字塔 海量数据 空间数据库 统一存储 地理信息系统

栅格数据作为连续性空间现象的一种有效的数据表达方式,随着三维GIS的发展,广泛地应用于城市地质,矿产资源等许多的地质专业领域。随着测绘技术的发展,栅格数据的获取越来越便捷,获取的周期也越来越短,导致了栅格数据量的迅速膨胀。数据量大是栅格数据的一个显著特征,如何高效的存储、管理、查询和检索这些海量栅格数据已成为空间数据的生产者和使用者所面临的主要难题之一。　　地质领域的GIS软件需要同时具备有二维和三维栅格的处理能力,并且能够与地质领域的GIS相结合。但目前对于二维、三维栅格数据进行统一存储和管理的支持模型研究较少,能够同时处理二维和三维栅格类型的实用系统为数不多。因此,本文对基于空间数据库的海量多维栅格数据(本文的“多维”是指二维、三维及时间维等多种维度的综合)的统一存储和查询进行研究,这将会对城市地质、矿产资源开发等行业中3DGIS的发展具有推动作用。　　本文重点对多维海量栅格数据在数据模型、数据组织、查询效率三个方面进行了研究,解决了以下问题:　　1)针对不同空间维度的栅格数据进行统一描述,提出了面向对象的多维栅格数据模型,从而解决栅格数据在不同空间的统一表达问题。首先从不同维度栅格数据提取出共有的内容信息,并将所表达的信息进行不同层次的分类,结合现有的栅格模型,形成相互关联的不同对象,进而用对象集合统一地表达整个多维栅格数据。　　2)基于现有的二维、三维栅格金字塔结构,提出了多维栅格金字塔模型,结合面向对象的多维栅格空间数据模型,采用“金字塔-波段-数据分块”组织,实现了多维栅格数据的存储模型。依据多维金字塔模型可以指导选择合适的空间索引,使其与栅格金字塔结构相结合,提升数据的调度效率。此外,本文分析了数据空间划分、栅格数据压缩算法,给出了分块和压缩选择的原则和方法,并且在实验中加以验证。　　3)通过研究关系模式的R树和层次细节R树(LOD-R)的结构特点,提出了适用于多分辨率金字塔结构的R树索引——金字塔-RR树。该结构不仅能够执行R树空间查询操作,还能执行多分辨的查询。这种索引机制能够有效地实现多维栅格金字塔复杂的空间查询操作,并且能够提供效率的保证。　　在此分析和实验的基础上,实现了海量多维栅格存储和管理系统,并应用于实际的项目中。　　最后,总结了论文的主要研究成果和创新点,并对今后进一步研究进行了展望。