專利名稱：一種移動地理信息空間索引方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電信增值業(yè)務(wù)和計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種移動地理信息空間索引方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的空間索引理論的背景是在以資源豐富的PC機(jī)或服務(wù)器這樣的硬件條件， 存儲量、CPU計算速度、屏幕顯示、有線電源等都和移動設(shè)備具有很大的不同。如果直接將這些空間索引技術(shù)應(yīng)用到移動GIS中，往往性能達(dá)不到原來設(shè)計的要求?，F(xiàn)有的技術(shù)缺點(1)現(xiàn)有的技術(shù)方法較多依賴于預(yù)先知道空間索引區(qū)域；(2)現(xiàn)有的技術(shù)方法具有固定的空間區(qū)域劃分，缺乏靈活性；(3)現(xiàn)有的技術(shù)方法在空間數(shù)據(jù)量發(fā)生變化后需要重新建立整個空間索引結(jié)構(gòu)， 浪費(fèi)了大量計算時間；(4)現(xiàn)有的技術(shù)方法主要以硬件性能較好的臺式機(jī)為平臺，在移動設(shè)備上則缺乏適應(yīng)性；(5)現(xiàn)有的技術(shù)方法因以臺式機(jī)為平臺考慮，允許空間對象具有不同程度的重復(fù)存儲，浪費(fèi)了一定的存儲量。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種使用簡便、存儲效率高的移動地理信息空間索引方法。其技術(shù)方案如下一種移動地理信息空間索引方法，所述的方法主要分三個步驟(1)移動地理信息空間數(shù)據(jù)的存儲主要包括圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的存儲，圖形數(shù)據(jù)采用本地文件的方式進(jìn)行存儲，采用用戶系統(tǒng)定制的序列化二進(jìn)制文件，所述序列化二進(jìn)制文件在進(jìn)行讀存時的必須按照相同的步驟，存入的數(shù)據(jù)的類型、順序必須與讀取的該數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型、順序相同，屬性數(shù)據(jù)采用嵌入式數(shù)據(jù)系統(tǒng)存儲，本地文件中的圖形數(shù)據(jù)通過唯一標(biāo)識ID與嵌入式數(shù)據(jù)庫中的圖形文件對應(yīng)的屬性表ID進(jìn)行管理；(2)移動地理信息空間索引結(jié)構(gòu)的建立D0QR索引樹核心利用空間對象的外接矩形MBR代表空間對象的本身所占區(qū)域范圍，按照空間區(qū)域和空間區(qū)域存儲空間對象的個數(shù)進(jìn)行組織存儲，利用空間區(qū)域的索引，可以在進(jìn)行空間信息查詢、顯示、分析時，從大量空間分布不均勻的空間對象中檢索出某一特定區(qū)域的空間對象；(3)移動地理信息空間索引方法的設(shè)計在一張建有空間索引的表中，若進(jìn)行空間數(shù)據(jù)插入、刪除、或修改，那么在索引中也要插入，刪除、或修改相應(yīng)的索引記錄項。進(jìn)一步優(yōu)選，在步驟O)中DOQR核心包括四個步驟A、在沒有工作范圍邊界限定的全開放空間范圍(簡稱開放空間)上，將空間對象聚集到一個開放的空間區(qū)域中，整個開放空間的根節(jié)點對應(yīng)1個葉節(jié)點LNode (LeafNode)，并且將空間對象的索引記錄(0ID，MBR)存放到該葉節(jié)點的存儲桶里即存放索引記錄(0ID，MBR)集合的地方；B、當(dāng)空間對象聚集到一定數(shù)量時，當(dāng)再增加1個空間對象，假定四分節(jié)點閾值QM =4，總空間對象個數(shù)增加到5個時，以包含當(dāng)前空間對象集的MBR中心為分割點，將空間區(qū)域劃分為四個子空間，整個空間的根節(jié)點變?yōu)橐粋€中間節(jié)點，或稱四分節(jié)點，四個子空間對應(yīng)四個子節(jié)點，且四個子空間也是動態(tài)開放的；C、然后將步驟A存儲桶中空間對象集中的空間對象重新進(jìn)行分配，分配規(guī)則是 利用每一個空間對象的MBR，判斷每一個空間對象是否與中心分割線相交；如相交，則將空間對象索引記錄(0ID，MBR)保存到屬于中間節(jié)點的R樹結(jié)構(gòu)中存儲桶中；如不相交，先判斷每一個空間對象位于四個子空間的哪一個空間區(qū)域中，然后把每一個空間對象索引記錄保存到該子空間區(qū)域?qū)?yīng)的子節(jié)點存儲桶中，以此類推，分配所有的空間對象；D、根據(jù)空間對象分配規(guī)則，當(dāng)四個子節(jié)點的任何一節(jié)點中的空間對象聚集到一定數(shù)量時，把子節(jié)點空間區(qū)域再劃分為四個子空間，按照B、C、D步驟以此類推。進(jìn)一步優(yōu)選，在步驟(3)中包括以下算法插入算法當(dāng)把一個新增的空間實體加入到建有空間索引的實體集時，需要把該實體生成的索引記錄項加入到相應(yīng)的空間索引DOQR樹中，如果開放空間節(jié)點未“滿”，則直接將新索引記錄項添加到節(jié)點相應(yīng)數(shù)組中；如果已“滿”，則需四分開放節(jié)點，并將數(shù)組中的索引記錄項同新增條目一起依次添加到新的子開放節(jié)點和R樹中；刪除算法當(dāng)從空間實體集中刪除了一個空間實體時，需要將相應(yīng)的DOQR樹中指向該實體的索引記錄項也一同刪除，即刪除對象前先獲取其索引記錄項，然后利用索引記錄的MBR來判斷其所在的開放節(jié)點，最后進(jìn)行OID匹配，匹配成功，則刪除該索引項，同樣地，在刪除后為了維護(hù)DOQR樹的性質(zhì)，需要對DOQR樹進(jìn)行調(diào)整；查詢算法空間查詢又稱空間檢索、空間查找，是指從空間數(shù)據(jù)庫或空間數(shù)據(jù)集合中查找出滿足某一條件的空間目標(biāo)的過程。根據(jù)查找的條件的不同，一般空間查詢可以分為點查詢和區(qū)域查詢兩種，點查詢與區(qū)域查詢過程基本相同，不同點在于，點查詢結(jié)果為0 或1條記錄，而區(qū)域查詢結(jié)果則是多條記錄，在DOQR樹中，空間查詢是先通過查詢條件篩選出候選集合，再對候選集合進(jìn)行精確幾何判斷，從而得到查詢結(jié)果；更新策略算法當(dāng)空間實體的形狀發(fā)生改變時，如果這種改變沒有影響其MBRJP 么對于空間索引來說，這個實體在索引中的位置不變，如果空間實體的形狀變化導(dǎo)致其MBR 的變化，那么該實體的索引記錄在空間索引的位置也需要做相應(yīng)的調(diào)整，一般空間索引更新方法都采用先刪除舊的索引記錄項，然后插入更新后的索引記錄項，DOQR樹刪除操作是局部定位調(diào)整更新，不會影響整個索引結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。本發(fā)明的有益效果(1)本發(fā)明移動地理信息空間索引方法具有不受空間索引區(qū)域限制的特點，可以不預(yù)先知道需要索引的地理信息的區(qū)域邊界，適合移動GIS采集數(shù)據(jù)動態(tài)變化的需要；(2)本發(fā)明移動地理信息空間索引方法具有動態(tài)開放性，空間索引的外接矩形區(qū)域邊界隨著空間數(shù)據(jù)的變化而動態(tài)變化，符合移動GIS采集數(shù)據(jù)動態(tài)變化的需要；(3)本發(fā)明移動地理信息空間索引方法具有相對的穩(wěn)定性，空間數(shù)據(jù)發(fā)生了變化， 空間索引結(jié)構(gòu)不需要重新構(gòu)建，對移動設(shè)備而言，減少了索引結(jié)構(gòu)頻繁操作的時間；
(4)本發(fā)明移動地理信息空間索引方法具有較好的邏輯結(jié)構(gòu)組織效率，具有較快的空間數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)構(gòu)建、查詢、插入、刪除算法速度，適合移動設(shè)備的硬件特性；(5)本發(fā)明移動地理信息空間索引方法具有非冗余的空間索引存儲結(jié)構(gòu)，適應(yīng)不同類型的空間對象(點狀、線狀、面狀)，同一空間對象在空間索引結(jié)構(gòu)中不重復(fù)存儲，適合移動設(shè)備存儲量小的特點。


圖1是本發(fā)明移動地理信息空間索引方法中DOQR核心思想示意圖；圖2是本發(fā)明移動地理信息空間索引方法中DOOR樹二維空間劃分平面圖；圖3是本發(fā)明發(fā)明移動地理信息空間索引方法中圖2對應(yīng)的DOOR結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明發(fā)明移動地理信息空間索引方法中DOQR樹UML關(guān)系圖；圖5是本發(fā)明移動地理信息空間索引方法中比較DQQR樹與R樹的性能隨機(jī)數(shù)據(jù)運(yùn)行點對象隨機(jī)生成圖；圖6是本發(fā)明移動地理信息空間索引方法中比較DQQR樹與R樹的性能隨機(jī)數(shù)據(jù)運(yùn)行線對象隨機(jī)生成圖；圖7是本發(fā)明移動地理信息空間索引方法中比較DQQR樹與R樹的性能隨機(jī)數(shù)據(jù)運(yùn)行面對象隨機(jī)生成圖；圖8是本發(fā)明移動地理信息空間索引方法中比較DQQR樹與R樹的性能真實數(shù)據(jù)運(yùn)行全局真實地圖數(shù)據(jù)圖；圖9是本發(fā)明移動地理信息空間索引方法中比較DQQR樹與R樹的性能真實數(shù)據(jù)運(yùn)行放大后真實地圖；圖10是本發(fā)明移動地理信息空間索引方法中二維地圖數(shù)據(jù)插入測試結(jié)果圖；圖11是本發(fā)明移動地理信息空間索引方法中二維地圖數(shù)據(jù)查詢測試結(jié)果圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。發(fā)明移動地理信息空間索引方法主要分三個步驟(1)移動地理信息空間數(shù)據(jù)的存儲；(2)移動地理信息空間索引結(jié)構(gòu)的建立；⑶ 移動地理信息空間索引方法的設(shè)計。—、移動地理信息空間數(shù)據(jù)的存儲移動地理信息空間數(shù)據(jù)的存儲主要包括圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的存儲。(1)本地文件本索引方法圖形數(shù)據(jù)采用本地文件的方式進(jìn)行存儲。文件是由大量性質(zhì)相同的記錄組成的集合。由于文件的數(shù)據(jù)量很大，所以一般存放在外存上，因此文件可以是指存儲在外部介質(zhì)中的數(shù)據(jù)的集合。本索引方法采用用戶系統(tǒng)定制的序列化二進(jìn)制文件。該文件在讀取、存儲的效率要比普通的系統(tǒng)文件要快得多。序列的二進(jìn)制文件在進(jìn)行讀存時的必須按照相同的步驟，存入的數(shù)據(jù)的類型、順序必須與讀取的該數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型、順序相同，否則會停止讀取。(2)嵌入式數(shù)據(jù)庫
本索引方法屬性數(shù)據(jù)采用嵌入式數(shù)據(jù)系統(tǒng)存儲，本地文件中的圖形數(shù)據(jù)通過唯一標(biāo)識ID與嵌入式數(shù)據(jù)庫中的圖形文件對應(yīng)的屬性表ID進(jìn)行管理。嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指支持移動計算或某種特定計算模式的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它通常與操作系統(tǒng)和具體應(yīng)用集成在一起，運(yùn)行在智能型嵌入式設(shè)備和移動設(shè)備上。嵌入式數(shù)據(jù)庫具有以下特點微小內(nèi)核， 占用磁盤空間小、占用系統(tǒng)資源少；具有可靠性，可管理性和安全性；互操作性，可移植性； 能與應(yīng)用軟件相結(jié)合，是程序驅(qū)動式的等。利用嵌入數(shù)據(jù)的這些特點，當(dāng)對屬性數(shù)據(jù)管理時，查詢效率相當(dāng)方便，只需sql語句。二、移動地理信息空間索引結(jié)構(gòu)的建立
(一)DOQR索引方法核心思想1)地理信息空間區(qū)域的劃分現(xiàn)有的網(wǎng)格系列索引和四叉樹系列索引時必須給定索引區(qū)域范圍，當(dāng)空間對象范圍超過整個索引空間時，這些方法都不得不重新構(gòu)造索引，可調(diào)性差。本方法按空間對象區(qū)域劃分的，DOQR索引樹的構(gòu)建無需提前給定空間區(qū)域，只與空間對象的外接矩形 MBR(minimum bounding rectangle)以及插入的順序有關(guān)。因此，任意插入空間對象不會對 DOQR樹索引結(jié)構(gòu)造成毀滅性破壞。2) DOQR基本思路DOQR索引樹核心思想是利用空間對象的外接矩形MBR代表空間對象的本身所占區(qū)域范圍，按照空間區(qū)域和空間區(qū)域存儲空間對象的個數(shù)進(jìn)行組織存儲，利用空間區(qū)域的索引，可以在進(jìn)行空間信息查詢、顯示、分析時，從大量空間分布不均勻的空間對象中檢索出某一特定區(qū)域的空間對象，從而減少空間信息查詢、顯示、分析的空間對象個數(shù)，從而提
高效率。3) DOQR核心思想DOQR核心思想是A、在沒有工作范圍邊界限定的全開放空間范圍(簡稱開放空間)上，將空間對象聚集到一個開放的空間區(qū)域中，整個開放空間的根節(jié)點對應(yīng)1個葉節(jié)點LNode (Leaf Node)，并且將空間對象，例如圖1中的rl，r2，r3，r4，的索引記錄(OIDjMBR)存放到該葉節(jié)點的存儲桶里即存放索引記錄(0ID，MBR)集合的地方；B、當(dāng)空間對象聚集到一定數(shù)量時，例如圖1中，原有rl，r2，r3，r4，當(dāng)再增加1個空間對象r5，總空間對象個數(shù)增加到5個時，假定四分節(jié)點閾值QM = 4，以包含當(dāng)前空間對象集的MBR中心為分割點，將空間區(qū)域劃分為四個子空間，整個空間的根節(jié)點變?yōu)橐粋€中間節(jié)點(或稱四分節(jié)點)，四個子空間對應(yīng)四個子節(jié)點，西北0NW，東北O(jiān)NE，西南0SW，東南 0SE，且四個子空間也是動態(tài)開放的。C、然后將該(A步驟)中存儲桶中空間對象集中的空間對象重新進(jìn)行分配，分配規(guī)則是利用每一個空間對象的MBR，判斷每一個空間對象是否與中心分割線相交；如相交， 如圖1中的r4和r5，則將空間對象索引記錄_，MBR)保存到屬于中間節(jié)點的R樹結(jié)構(gòu)中存儲桶中；如不相交，如圖1中的rl、r2、r3，先判斷每一個空間對象位于四個子空間的哪一個空間區(qū)域中，如rl位于OSW子空間，r2位于OSE子空間，然后把每一個空間對象索引記錄保存到該子空間區(qū)域?qū)?yīng)的子節(jié)點存儲桶中，以此類推，分配所有的空間對象。D、根據(jù)空間對象分配規(guī)則，當(dāng)四個子節(jié)點的任何一節(jié)點中的空間對象聚集到一定數(shù)量時，把子節(jié)點空間區(qū)域再劃分為四個子空間，按照B、C、D步驟以此類推。4) DOQR索引樹示例圖2是以DOQR樹結(jié)構(gòu)的簡單范例，節(jié)點閾值QM = 4 (節(jié)點含空間對象最大個數(shù))， 四分節(jié)點(中間節(jié)點)包含的的R樹節(jié)點構(gòu)建閾值條件Rm = 2 (R樹節(jié)點含空間對象最小個數(shù))，RM = 3 (R樹節(jié)點含空間對象最大個數(shù))。圖2是根據(jù)空間對象增加的順序，DOQR樹二維空間劃分平面圖，圖3是與圖2對應(yīng)生成的DOQR樹結(jié)構(gòu)圖。在圖2中，rl，r2，r3. . .. rl4表示空間對象的外接矩形，也表示空間對象本身所占的空間區(qū)域，1，2，3……14表示空間對象出現(xiàn)的順序。DOQR樹的節(jié)點閾值QM = 4，表示每個四分節(jié)點所含空間對象的最大個數(shù)。如圖2所示，按照DOQR索引樹結(jié)構(gòu)的核心思想(1)如圖2所示，當(dāng)在沒有工作范圍邊界限定的全開放空間范圍內(nèi)，增加空間對象 rl,r2,r3,r4時，整個開放空間的根節(jié)點對應(yīng)1個根葉節(jié)點LNode，并且將空間對象rl，r2， r3，r4的索引記錄(0ID，MBR)存放到該葉節(jié)點的存儲桶里；(2)當(dāng)增加空間對象r5后，根葉節(jié)點LNode包含的空間對象的個數(shù)超出QM = 4，需要進(jìn)行節(jié)點分裂，以包含rl, r2，r3，r4，r5空間對象集的MBR中心點PO為分割點，將空間區(qū)域劃分為四個子空間，整個空間的根節(jié)點由1個葉節(jié)點LNode變?yōu)橐粋€中間節(jié)點(或稱四分節(jié)點)0Root0，四個子空間對應(yīng)由根節(jié)點ORootO分裂出的四個子葉節(jié)點(西北O(jiān)NWl， 東北0NE2，西南0SW3，東南0SE4)，如圖2、圖3所示，且四個子空間的MBR也是動態(tài)開放的；(3)然后將(1步驟)中葉節(jié)點LNode(0ROOt0轉(zhuǎn)為四分節(jié)點之前)存儲桶中空間對象集中的空間對象(rl，r2，r3，r4，r5)重新進(jìn)行分配，分配規(guī)則是利用每一個空間對象的MBR，判斷每一個空間對象是否與中心分割線相交；如相交，如圖2中的r2，r4和r5，則將r2，r4，r5空間對象的索引記錄(0ID，MBR)保存到屬于中間節(jié)點ORootO的R樹結(jié)構(gòu)RtO 的存儲桶中；如不相交，如圖3中的rl、r3，先判斷每一個空間對象位于四個子空間(0NW1， 0NE2, OSff3, 0SE4)中的哪一個空間區(qū)域中，如rl位于子空間ONWl中，r3位于0SW3子空間中，然后把rl空間對象的索引記錄保存到子空間ONWl葉節(jié)點存儲桶中，把r3空間對象的索引記錄保存到子空間0SW3葉節(jié)點存儲桶中；(4)執(zhí)行完( 步驟后，在根節(jié)點ORootO包含的R樹結(jié)構(gòu)RtO存儲桶中已存有3 個索引記錄(r2，r4，r5)，在四個子空間葉節(jié)點ONWl已存1個索引記錄(rl)，子葉節(jié)點0NE2 中已存O個，子葉節(jié)點0SW3中已存1個(r3)，子葉節(jié)點0SE4中已存O個；(5)按照空間對象的添加順序，當(dāng)增加空間對象r6后，需要將r6的索引記錄進(jìn)行分配，按照第(3)步的分配規(guī)則，如圖2所示，r6位于子空間0NE2中，把r6的索引記錄存儲到子葉節(jié)點0NE2存儲桶中。同理，按照空間對象增加的順序，rl, r8也都位于子空間0NE2 中，因此把r7、r8的索引記錄也分別存儲到子葉節(jié)點0NE2存儲桶中；(6)繼續(xù)增加空間對象r9后，根據(jù)第(3)步的分配規(guī)則，r9與根節(jié)點ORootO的中心點PO分割線(通過PO中心點的水平與垂直線)相交，如圖3所示，把r9的索引記錄存儲到根節(jié)點ORootO所含的R數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)RtO存儲桶中。這時，根據(jù)R樹結(jié)構(gòu)的構(gòu)建條件(Rm =2，RM= 3)，現(xiàn)在根節(jié)點ORootO所含的R數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)根節(jié)點RtO存儲桶中已存儲4個索引記錄(r2，r4，r5，r9)，超出RM = 3閾值，需要進(jìn)行R樹的節(jié)點分裂，按照R樹結(jié)構(gòu)的節(jié)點分裂規(guī)則，R樹根節(jié)點RtO分裂為兩個子節(jié)點Rl和R2，并且把存儲在R樹根節(jié)點RtO存儲桶中的r2，r4，r5，r9索引記錄，分配到RtO根結(jié)點的兩個子節(jié)點Rl和R2中，根據(jù)R樹結(jié)構(gòu)分配規(guī)則，r2和r9存儲到R樹字節(jié)點Rl中，r4和r5存儲到R樹字節(jié)點R2中；(7)繼續(xù)增加空間對象rlO后，根據(jù)第(3)步的分配規(guī)則，如圖2所示，rlO位于子空間ONE2中，把rlO的索引記錄存儲到子葉節(jié)點0N&存儲桶中，這時，子空間0N&中已存儲 r6，r7, r8, rlO ；(8)繼續(xù)增加空間對象rll后，如圖2所示，rll位于子空間0N&中，把rll的索引記錄存儲到子葉節(jié)點0服2存儲桶中，這時，子空間葉節(jié)點0服2中已存儲5個索引記錄(r6， r7，r8，rl0，rll)，子空間葉節(jié)點ONE2包含的空間對象的個數(shù)超出QM = 4，需要進(jìn)行節(jié)點分裂(原理同第2步)，以包含r6，r7，r8，rl0，rll空間對象集的MBR中心點Pl為分割點，將 ONE2節(jié)點空間區(qū)域再劃分為四個子空間，ONE2節(jié)點空間的根節(jié)點由1個葉節(jié)點ONE2變?yōu)橐粋€中間節(jié)點(或稱四分節(jié)點)0NE2，四個子空間對應(yīng)由節(jié)點0服2分裂出的四個子葉節(jié)點(西北O(jiān)NW5,東北O(jiān)NE6,西南OSW7,東南OSE8)，如圖2、圖3所示，且四個子空間的MBR也是動態(tài)開放的；(9)然后將四分節(jié)點ONE2原存儲桶(ONE2轉(zhuǎn)為四分節(jié)點之前為葉節(jié)點)中的索引記錄(r6，rl, r8，rlO, rll)進(jìn)行重新分配(原理同第3步)，按照第3步分配規(guī)則，r6位于四分節(jié)點ONE2的再四分子葉節(jié)點ONW5空間區(qū)域中，把r6索引記錄存儲到子葉節(jié)點ONW5 存儲桶中，同理，r7位于ONE6中，把r7索引記錄存儲到子葉節(jié)點ONW6存儲桶中，r8、rl0和 rll位于OSE8中，把r8、rl0和rll索引記錄存儲到子葉節(jié)點OSE8存儲桶中；(10)繼續(xù)增加空間對象rl2后，按照第3步分配規(guī)則，rl2與四分節(jié)點0服2的中心點Pl分割線相交，如圖2所示，把rl2的索引記錄存儲到四分節(jié)點ONE2所含的R數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Rt1存儲桶中；(11)繼續(xù)增加空間對象rl3后，按照第3步分配規(guī)則，rl3位于子葉節(jié)點OSE8空間區(qū)域，把rl3索引記錄存儲到子葉節(jié)點0S&存儲桶中，這時，子空間0服8中已存儲r8，rl0， rll,rl3 ；(12)繼續(xù)增加空間對象rl4后，按照第3步分配規(guī)則，rl4位于子節(jié)點0S&空間區(qū)域，把rl4索引記錄存儲到子葉節(jié)點OSE8存儲桶中，這時，子空間ONE8中已存儲5個索引記錄(r8，rlO, rll, rl3，rl4)，子空間葉節(jié)點ONE8包含的空間對象的個數(shù)超出QM = 4，需要進(jìn)行節(jié)點分裂(原理同第2步)，以包含r8，rl0，rll，rl3，rl4空間對象集的MBR中心點 P2為分割點，將ONE8節(jié)點空間區(qū)域再劃分為四個子空間，ONE8節(jié)點空間的根節(jié)點由1個葉節(jié)點ONE8變?yōu)橐粋€中間節(jié)點(或稱四分節(jié)點)0ΝΕ8，四個子空間對應(yīng)由節(jié)點ONE8分裂出的四個子葉節(jié)點(西北O(jiān)NW9,東北O(jiān)NE10,西南OSff11,東南OSE12)，如圖2、圖3所示，且四個子空間的MBR也是動態(tài)開放的；(13)然后將四分節(jié)點(^仏原存儲桶(0N&轉(zhuǎn)為四分節(jié)點之前為葉節(jié)點)中的索引記錄(r8，rl0，rll，rl3，rl4)進(jìn)行重新分配(原理同第3步)，按照第3步分配規(guī)則，r8位于四分節(jié)點ONE8的再四分子葉節(jié)點ONW9空間區(qū)域中，把r8索引記錄存儲到子葉節(jié)點ONW9 存儲桶中，同理，r 10位于ONEltl中，把rlO索引記錄存儲到子葉節(jié)點ONWltl存儲桶中，rll和 rl4都與四分節(jié)點ONE8的中心點P2分割線相交，如圖2所示，把rll和rl4的索引記錄存儲到四分節(jié)點ONE8所含的R樹結(jié)構(gòu)Rt2存儲桶中。至此，圖2、圖3所示的rl，r2，r3….rl4供14個元素的DOQR樹索引區(qū)域劃分與索引結(jié)構(gòu)的建立完成。( 二)DOQR樹的索引結(jié)構(gòu)在以上DOQR索引方法核心思想中分別用到了以下DOQR樹索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)DOQR樹是由兩類節(jié)點組成，即葉節(jié)點和四分節(jié)點(也稱中間節(jié)點)組成，其基本結(jié)構(gòu)分別如下葉節(jié)點(NUM，DMBR，E1,E2, -,En)四分節(jié)點(NUM，CENTER, DMBR, RTREE，CP0, CP1, CP2, CP3)葉節(jié)點保存一組索引記錄項E (OID, MBR), DMBR是該節(jié)點中所有索引記錄的MBR的最小外界矩，在插入更新中，是動態(tài)變化的。中間節(jié)點中，CENTER是開放空間區(qū)域的中心分割點，RTREE是與該節(jié)點相關(guān)聯(lián)的指向R樹結(jié)構(gòu)的一個指針，CPi是中間節(jié)點對應(yīng)的子節(jié)點。DMBR是包含R樹和四個子節(jié)點的動態(tài)空間。NUM表示當(dāng)前節(jié)點中已保存的索引記錄項的個數(shù)。DOQR樹內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系可以用圖4中UML表示。三、移動地理信息空間索引方法的設(shè)計與應(yīng)用(一 )移動地理信息空間索引DOQR樹算法設(shè)計對空間索引的維護(hù)與對存儲在數(shù)據(jù)庫中的空間數(shù)據(jù)維護(hù)是一致的。在一張建有空間索引的表中，若進(jìn)行空間數(shù)據(jù)插入、刪除、或修改，那么在索引中也要插入，刪除、或修改相應(yīng)的索引記錄項。(1)插入算法當(dāng)把一個新增的空間實體加入到建有空間索引的實體集時，需要把該實體生成的索引記錄項加入到相應(yīng)的空間索引DOQR樹中。如果開放空間節(jié)點未“滿”，則直接將新索引記錄項添加到節(jié)點相應(yīng)數(shù)組中；如果已“滿”，則需四分開放節(jié)點，并將數(shù)組中的索引記錄項同新增條目一起依次添加到新的子開放節(jié)點和R樹中。具體算法如下D0QR_Insert(ORoot，E)輸入設(shè)ORoot為DOQR樹的開放節(jié)點ONodeE為索引記錄項(ID，MBR)輸出插入新索引記錄項的開放節(jié)點ONodeDI1設(shè)ORoot為DOQR樹根節(jié)點DI2 如果 ORoot 是 LNode (葉節(jié)點)如果ORoot索引記錄項數(shù)小于QM時，插入索引記錄項E ；否則，調(diào)用節(jié)點分裂算法SplitNode (見后)，并重新分配E和ORoot中的所有記錄，得到四分節(jié)點ORoot = SplitNode(ORoot)；DI3 如果 ORoot 是 QNode (中間節(jié)點)調(diào)用location = ChooseLocation (見后)，找出放置E的適當(dāng)位置，執(zhí)行DI4 ；DI4如果location =-1，將E插入到節(jié)點R樹中；否貝lj，獲取ORoot 子節(jié)點 childNode [location]調(diào)用 D0QR_ Insert (childNode[location], Ε)。分配索引記錄項位置方法ChooseLocation (MBR, CX, CY)
輸入MBR為索引記錄項最小外界矩形CX, CY是QNode節(jié)點的中心分割點輸出MBR相對中心點的位置判斷規(guī)則以(CX，CY)為原點，建立坐標(biāo)軸，將空間劃分為四個象限；判斷MBR坐落的具體象限象限“ζ”字型標(biāo)識為0 3，當(dāng)MBR與坐標(biāo)軸相交時，返回-1 ；否則返回象限編號。當(dāng)遇到點類對象這種特殊情況，如果其MBR與中心軸完全重合，則以Z字形順序優(yōu)先取值。節(jié)點分裂算法規(guī)則如下D0QR_SpIitNode(L)輸入L為指向葉子節(jié)點LNode輸出分裂生成后的中間節(jié)點QNodeSm確定L存儲個數(shù)大于QM值；SN2新建中間節(jié)點N，將L葉節(jié)點MBR和中心點初始化N ；SN3通過ChooseLocation方法，將L中的索引記錄重新插入到新節(jié)點N中；SN4刪除L，釋放L占有內(nèi)存，返回N。⑵刪除算法當(dāng)從空間實體集中刪除了一個空間實體時，需要將相應(yīng)的DOQR樹中指向該實體的索引記錄項也一同刪除，即刪除對象前先獲取其索引記錄項，然后利用索引記錄的MBR 來判斷其所在的開放節(jié)點，最后進(jìn)行OID匹配，匹配成功，則刪除該索引項。同樣地，在刪除后為了維護(hù)DOQR樹的性質(zhì)，需要對DOQR樹進(jìn)行調(diào)整。具體算法如下DOQR_Delete(ref ORoot，E)ORoot為DOQR樹的開放節(jié)點ONode，E為索引記錄項，結(jié)果返回TRUE或FALSEDDI設(shè)ORoot為根節(jié)點；DD2如果ORoot是葉節(jié)點，判斷ORoot是否記錄在E，包含則刪除記錄項E，執(zhí)行 DD7 ；DD3如果ORoot是中間節(jié)點，則通過ORoot中心分割點判斷E的位置，執(zhí)行DD4 DD7 ；DD4如果E在中間節(jié)點關(guān)聯(lián)的R樹中，則調(diào)用R樹刪除算法；刪除成功，跳到DD6節(jié)點壓縮；DD5如果E在ORoot的子節(jié)點Ni中，則調(diào)用遞歸算法DOQR_Delete (ref Ni, Ε)；刪除成功，執(zhí)行DD6節(jié)點壓縮；DD6壓縮ORoot 如果ORoot內(nèi)索引記錄項個數(shù)小于等于閾值QM時，即滿足DOQR 樹葉節(jié)點要求，則將ORoot中的所有索引記錄添加到新的葉子節(jié)點L中，釋放ORoot占有的內(nèi)存，并且使ORoot指向L，最終中間節(jié)點壓縮為葉節(jié)點，更新完畢返回TRUE ；當(dāng)大于QM時， 轉(zhuǎn)到DD7進(jìn)行DOQR樹動態(tài)空間調(diào)整；DD7動態(tài)空間調(diào)整規(guī)則ORoot與E兩者的MBR有邊界共享，則重新計算ORoot的動態(tài)空間DMBR ；(3)查詢算法空間查詢又稱空間檢索、空間查找，是指從空間數(shù)據(jù)庫或空間數(shù)據(jù)集合中查找出滿足某一條件的空間目標(biāo)的過程。根據(jù)查找的條件的不同，一般空間查詢可以分為點查詢和區(qū)域查詢兩種。點查詢與區(qū)域查詢過程基本相同，不同點在于，點查詢結(jié)果為0或1條記錄，而區(qū)域查詢結(jié)果則是多條記錄。在DOQR樹中，空間查詢是先通過查詢條件篩選出候選集合，再對候選集合進(jìn)行精確幾何判斷，從而得到查詢結(jié)果。下面以矩形查詢?yōu)槔?，介紹 DOQR樹空間檢索算法。D0QR_Search(0Root, SR, ref IDS)輸入0Root為DOQR樹的開放根節(jié)點，SR為搜索矩形窗口矩形窗口輸出IDS為查詢結(jié)果集，保存索引記錄項的OIDDSl如果ORoot的DMBR與SR不相交，則返回；否則執(zhí)行DS2 ；DS2如果SR完全覆蓋ORoot的DMBR，則直接將ORoot內(nèi)所有記錄集OID存 Λ IDS ；否則執(zhí)行DS3 ；DS3如果ORoot是葉節(jié)點，則將其所有記錄集與SR進(jìn)行相交判斷，相交者存入IDS ；如果ORoot是中間節(jié)點，先查詢ORoot關(guān)聯(lián)R ；再循環(huán)對其子節(jié)點Ni調(diào)用D0QR_ Search (Ni, SR, ref IDS)。(4)更新策略算法，當(dāng)空間實體的形狀發(fā)生改變時，如果這種改變沒有影響其 MBR，那么對于空間索引來說，這個實體在索引中的位置不變。如果空間實體的形狀變化導(dǎo)致其MBR的變化，那么該實體的索引記錄在空間索引的位置也需要做相應(yīng)的調(diào)整。一般空間索引更新方法都采用先刪除舊的索引記錄項，然后插入更新后的索引記錄項。DOQR樹刪除操作是局部定位調(diào)整更新，不會影響整個索引結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。( 二)移動地理信息空間索引DOQR樹算法應(yīng)用實驗1)實驗環(huán)境設(shè)計選擇合適的開發(fā)環(huán)境，不僅可以大大縮短軟件開發(fā)周期，而且方便程序的移植。表 1中詳細(xì)介紹了開發(fā)環(huán)境配置。
權(quán)利要求
1.一種移動地理信息空間索引方法，其特征在于，所述的方法主要分三個步驟(1)移動地理信息空間數(shù)據(jù)的存儲主要包括圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的存儲，圖形數(shù)據(jù)采用本地文件的方式進(jìn)行存儲，采用用戶系統(tǒng)定制的序列化二進(jìn)制文件，所述序列化二進(jìn)制文件在進(jìn)行讀存時的必須按照相同的步驟，存入的數(shù)據(jù)的類型、順序必須與讀取的該數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型、順序相同，屬性數(shù)據(jù)采用嵌入式數(shù)據(jù)系統(tǒng)存儲，本地文件中的圖形數(shù)據(jù)通過唯一標(biāo)識ID與嵌入式數(shù)據(jù)庫中的圖形文件對應(yīng)的屬性表ID進(jìn)行管理；(2)移動地理信息空間索引結(jié)構(gòu)的建立D0QR索引樹核心利用空間對象的外接矩形 MBR代表空間對象的本身所占區(qū)域范圍，按照空間區(qū)域和空間區(qū)域存儲空間對象的個數(shù)進(jìn)行組織存儲，利用空間區(qū)域的索引，可以在進(jìn)行空間信息查詢、顯示、分析時，從大量空間分布不均勻的空間對象中檢索出某一特定區(qū)域的空間對象；(3)移動地理信息空間索引方法的設(shè)計在一張建有空間索引的表中，若進(jìn)行空間數(shù)據(jù)插入、刪除、或修改，那么在索引中也要插入，刪除、或修改相應(yīng)的索引記錄項。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動地理信息空間索引方法，其特征在于，在步驟O)中 DOQR核心包括四個步驟A、在沒有工作范圍邊界限定的全開放空間范圍(簡稱開放空間)上，將空間對象聚集到一個開放的空間區(qū)域中，整個開放空間的根節(jié)點對應(yīng)1個葉節(jié)點LNode (Leaf Node)，并且將空間對象的索引記錄(0ID，MBR)存放到該葉節(jié)點的存儲桶里即存放索引記錄(0ID， MBR)集合的地方；B、當(dāng)空間對象聚集到一定數(shù)量時，當(dāng)再增加1個空間對象，假定四分節(jié)點閾值QM= 4， 總空間對象個數(shù)增加到5個時，以包含當(dāng)前空間對象集的MBR中心為分割點，將空間區(qū)域劃分為四個子空間，整個空間的根節(jié)點變?yōu)橐粋€中間節(jié)點，或稱四分節(jié)點，四個子空間對應(yīng)四個子節(jié)點，且四個子空間也是動態(tài)開放的；C、然后將步驟A存儲桶中空間對象集中的空間對象重新進(jìn)行分配，分配規(guī)則是利用每一個空間對象的MBR，判斷每一個空間對象是否與中心分割線相交；如相交，則將空間對象索引記錄(0ID，MBR)保存到屬于中間節(jié)點的R樹結(jié)構(gòu)中存儲桶中；如不相交，先判斷每一個空間對象位于四個子空間的哪一個空間區(qū)域中，然后把每一個空間對象索引記錄保存到該子空間區(qū)域?qū)?yīng)的子節(jié)點存儲桶中，以此類推，分配所有的空間對象；D、根據(jù)空間對象分配規(guī)則，當(dāng)四個子節(jié)點的任何一節(jié)點中的空間對象聚集到一定數(shù)量時，把子節(jié)點空間區(qū)域再劃分為四個子空間，按照B、C、D步驟以此類推。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動地理信息空間索引方法，其特征在于，在步驟(3)中包括以下算法插入算法當(dāng)把一個新增的空間實體加入到建有空間索引的實體集時，需要把該實體生成的索引記錄項加入到相應(yīng)的空間索引DOQR樹中，如果開放空間節(jié)點未“滿”，則直接將新索引記錄項添加到節(jié)點相應(yīng)數(shù)組中；如果已“滿”，則需四分開放節(jié)點，并將數(shù)組中的索引記錄項同新增條目一起依次添加到新的子開放節(jié)點和R樹中；刪除算法當(dāng)從空間實體集中刪除了一個空間實體時，需要將相應(yīng)的DOQR樹中指向該實體的索引記錄項也一同刪除，即刪除對象前先獲取其索引記錄項，然后利用索引記錄的 MBR來判斷其所在的開放節(jié)點，最后進(jìn)行OID匹配，匹配成功，則刪除該索引項，同樣地，在刪除后為了維護(hù)DOQR樹的性質(zhì)，需要對DOQR樹進(jìn)行調(diào)整；查詢算法空間查詢又稱空間檢索、空間查找，是指從空間數(shù)據(jù)庫或空間數(shù)據(jù)集合中查找出滿足某一條件的空間目標(biāo)的過程。根據(jù)查找的條件的不同，一般空間查詢可以分為點查詢和區(qū)域查詢兩種，點查詢與區(qū)域查詢過程基本相同，不同點在于，點查詢結(jié)果為0或1 條記錄，而區(qū)域查詢結(jié)果則是多條記錄，在DOQR樹中，空間查詢是先通過查詢條件篩選出候選集合，再對候選集合進(jìn)行精確幾何判斷，從而得到查詢結(jié)果；更新策略算法當(dāng)空間實體的形狀發(fā)生改變時，如果這種改變沒有影響其MBR，那么對于空間索引來說，這個實體在索引中的位置不變，如果空間實體的形狀變化導(dǎo)致其MBR的變化，那么該實體的索引記錄在空間索引的位置也需要做相應(yīng)的調(diào)整，一般空間索引更新方法都采用先刪除舊的索引記錄項，然后插入更新后的索引記錄項，DOQR樹刪除操作是局部定位調(diào)整更新，不會影響整個索引結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種移動地理信息空間索引方法，其特征在于，所述的方法主要分三個步驟(1)移動地理信息空間數(shù)據(jù)的存儲；(2)移動地理信息空間索引結(jié)構(gòu)的建立；(3)移動地理信息空間索引方法的設(shè)計。該方法具有使用簡便、存儲效率高的特點能，廣泛適用于電信增值業(yè)務(wù)和計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號G06F17/30GK102306166SQ20111024107
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者李二芳, 李建, 李晉芳, 王芳, 田根 申請人:河南理工大學(xué)