[发明专利]一种存储多边形包含关系的四叉树构建方法及索引方法

说明书

本发明公开了一种存储多边形包含关系的四叉树构建方法及索引方法，其中，采用所述构建方法构建了存储多边形包含关系的四叉树，建立判别多边形对象之间包含关系的规则，鉴别复杂多边形与其内环所包围的多边形之间的父子包含关系；同时对四叉树中结点对应的多边形进行分桶存放；再基于构建的四叉树进行索引，本发明提供了多边形对象查询、删除以及插入过程的实现过程，基于构建的包含关系以及分桶存放的特征，极大地提高了多边形对象的查询、删除以及插入效率，同时为增量更新的应用过程中快速确定增量多边形与基态多边形相交的内环提供了技术支持。

技术领域

本发明属于空间数据管理及应用技术领域，具体涉及一种存储多边形包含关系的四叉树构建方法及索引方法。

背景技术

地表覆盖变化的发现与有效更新是近年来的研究热点问题之一。地表覆盖数据分为栅格数据和矢量数据，由于栅格数据格式没有直接存储目标个体的形状、大小、属性等信息，不能满足广大用户的应用需求，因此全球地表覆盖矢量数据呼之欲出。但由于地表覆盖矢量数据存在大量包含成千上万个空洞的复杂多边形，且这些多边形之间嵌套包含关系复杂。在地表覆盖矢量数据质量控制与更新过程中，变化图斑必然与一个或多个已存在基态重叠，更新处理操作往往触一而动全身。国内外多位学者对拓扑关系的查询与存储做了很多研究工作，如“GIS空间关系的基本问题与研究进展”，“复杂区域对象拓扑关系分解与计算”，但这些拓扑关系一般通过存储多边形相关的结点和边，然后通过计算获得，存在计算工作量大难以满足复杂多边形的增量更新效率需求等问题。

建立空间数据索引能提高增量更新过程的查询效率。空间索引建立的方法一般分为按空间划分建立索引和按对象划分建立索引两类。按对象划分建立索引的方法主要有R树、R+树、R*树等R树家族。但是基于对象划分建立的索引其特点是索引子空间会发生无法避免的重叠，随着索引对象的动态更新，索引操作的性能会明显下降。根据空间划分建立索引的方法主要有网格索引、四叉树索引及其家族等。其中，网格空间数据索引一般根据空间对象的复杂程度和分布特征来划分网格，但由于空间对象的复杂程度和分布特征各异，使得网格划分难以确定，同时网格索引中结点存在冗余，空间对象更新也会导致索引效率下降。二维面状数据的四叉树空间索引包括PMR四叉树、CIF四叉树等四叉树家族。但是目前的空间数据索引方法是针对多边形外环建立的索引，没有建立包含空洞的复杂多边形之间的嵌套关系索引。

然而在现有索引模式下，地表覆盖变化冲突检测与更新处理应用中需要计算出变化图斑与基态多边形及其每个空洞多边形的拓扑关系情况，对于包含数以万计空洞的复杂多边形来说，计算工作异常复杂。但地表覆盖变化往往具有局部特征，变化图斑一般范围较小，只与大范围复杂多边形中的少量空洞有交，而在冲突检测与更新处理中发挥作用的也只是这些与变化图斑有交的空洞多边形及其邻近多边形，而不需要计算与其他多边形(包括空洞)的拓扑关系；此外，空间数据更新时，只会引起较小的结点变更。因此，如何通过索引模式快速查询与变化图斑有交的空洞多边形及其邻近多边形是提高地表覆盖变化冲突检测与更新处理应用的关键性内容。因此，需要构建一种可以快速查询与该点或区域相交的多边形(集)的索引方法以及对应的四叉树。

发明内容

本发明是对传统CIF四叉树进行改进，提供了一种存储复杂多边形包含关系的四叉树，并基于生成的四叉树进行空间索引，本发明可以快速查询与目标点或者目标区域相交的多变形，并能够在四叉树索引中删除多边形以及插入多边形，为增量更新过程的高效执行提供基础。

一方面，本发明提供的一种存储多边形包含关系的四叉树构建方法，包括如下步骤：

S1：基于待研究区域数据构建无包含关系的四叉树；

采用CIF四叉树构建方法构建待研究区域数据中的所有多边形与四叉树结点的对应关系，并基于多边形与结点象限划分线的相交关系依次将除叶子节点之外的每个结点上的多边形分桶表存放，叶子节点上的多边形均存放在同一桶表内；

其中，非叶子结点与象限划分线的每一类相交关系对应一个桶表；