[发明专利]一种应用于海量空间数据检索的索引方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及数据索引技术领域，特别是涉及一种应用于海量空间数据检索的索引方法。

背景技术

随着空间信息基础设施建设和空间数据获取技术的快速发展，空间数据规模越来越大，对空间数据共享的要求越来越高，在依赖硬件改善数据库系统性能越来越困难的情况下，以提高空间数据共享能力，增强空间数据的索引效率成为当前研究的热点前沿。

空间索引是指依据空间对象的位置和形状或空间对象之间的某种空间关系按一定的顺序排列的一种数据结构，其中包含空间对象的概要信息，如对象的标识、外接矩形及指向空间对象实体的指针。作为一种辅助性的空间数据结构，空间索引介于空间操作算法和空间对象之间，它通过筛选作用，大量与特定空间操作无关的空间对象被排除，从而提高空间操作的速度和效率。

目前GIS平台中主流的索引方法是四叉树索引、R树索引以及针对这种索引方法的扩展和融合。四叉树索引就是递归地对地理空间进行四分，直到自行设定的终止条件（比如每个节点关联图元的个数不超过3个，超过3个，就再四分），最终形成一颗有层次的四叉树。R树是B树向多维空间发展的另一种形式，它将空间对象按范围划分，每个结点都对应一个区域和一个磁盘页，非叶结点的磁盘页中存储其所有子结点的区域范围，非叶结点的所有子结点的区域都落在它的区域范围之内；叶结点的磁盘页中存储其区域范围之内的所有空间对象的外接矩形。基于此，许多混合和变种的索引方法被研究，比如R+树、R*树、QR树、SS树、X树等。

由于海量地理空间数据除具有一般空间数据空间特征、空间关系、分类编码等特征外，还具有非结构化、大数据特性、多分辨率、多层次、多时相性等特点，因此传统的空间索引方法在处理海量空间数据过程中存在着很多问题，比如缺乏对海量数据的快速访问能力、缺乏海量数据访问灵活性、对非结构化数据处理能力薄弱、难以控制不断增加的存储和维护成本等。

发明内容

发明目的：针对传统空间索引方法缺乏对海量数据的快速访问能力、缺乏海量数据访问灵活性、对非结构化数据处理能力薄弱、难以控制不断增加的存储和维护成本等问题，本发明提出了一种应用于海量空间数据检索的索引方法及装置。

技术方案：一种应用于海量空间数据检索的索引方法，包括：

计算待建立索引的图层范围，生成最小边界矩阵；

判断所述图层的类别，如果所述图层属于点状设施，则调用MCER树的生成算法生成MCER索引树；如果所述图层属于线路设施，则提取线路端点，生成端点的MCER索引树，再将线路添加到已有MCER树叶子节点的指针链表。

优选的，所述MCER树包括M阶，M是一节点中空间对象数目的最大值，令2≤m≤M/2，则m为一调节变量，设定任意等级节点中空间对象数目的最小值，则MCER树节点定义为一四元组：(Identifier,I,Object_ID,Pointers)；所述MCER树中，

①每个节点包括的索引项介于m与M之间，除非它同时是根节点；

②根节点最少有两个孩子，除非它同时是叶子结点；

③非叶子节点作为索引目录，不存储空间对象，定义为三元组(Identifier,I,Pointers)，其中，Identifier是节点标识，I是包含所有孩子节点的最小边界矩形，Pointer为指向孩子节点的指针；

④允许叶子节点出现在树的不同层次，高等级空间对象在树中的深度小，m值相对小，低等级的空间对象在树中的深度大，m值相对较大；

⑤叶子节点存储空间对象，四元组(Identifier,I,ObjectID,Pointers)，Identifier是节点标识，I是空间对象的位置坐标，ObjectID是空间对象的标识，Pointers的描述分为两种情况：点状设施记录当前空间对象的语义关联点，线路设施记录以当前空间对象为起点或终点的线路标识；

⑥叶子节点指向与节点关联的所有线路，分两种情况：如果两节点属于同一父节点的孩子节点，则对应线路存储到离中心点较近的叶子节点的指针链表中；如果两节点属于不同的父节点，则对应线路分别存储到两节点的指针链表。

优选的，所述计算待建立索引的图层范围，生成最小边界矩阵采用聚类分析算法，考虑空间数据的语义距离。

优选的，所述语义距离的计算方法是，当前点状设施与第i个聚类中心的语义距离为当前点状设施与第i个聚类中心的欧几里得距离减去当前点状设施与第i个聚类中已有点状设施的拓扑连接关系数。

优选的，所述MCER树包括生成、插入、删除、更新、查询功能。