原生模式GML空間數據管理機制研究.pdf

1、空間數據管理是地理信息科學的重要研究內容，也是空間信息系統相關廠商重點研發(fā)的部分?？臻g數據管理的高效與否，直接關乎空間信息系統的成敗、關乎空間數據的有效利用、關乎空間信息技術的發(fā)展與應用，意義重要。 GML作為Internet環(huán)境下空間信息的全新、簡潔、統一的編碼標準，為空間數據建模、柵/矢一體化GIS體系研究、WebGIS研發(fā)、空間數據共享與互操作研究等提供了新的方法和途徑。作為基于XML的地理標記語言，鑒于GML的文本性、自

2、描述性、可擴展性、內容與表現分離性、開放性、互操作等特性，使得GML被廣泛關注、研究與實踐，大量甚至海量的GML空間數據正不斷產生。如何對其進行有效管理，從而實現GML空間數據的高效存儲、索引、查詢、傳輸與交換等，是GML相關研究者、GML空間數據使用者所必須面對的重要問題；也是當前和未來以GML為核心的空間信息系統、GML空間信息集成系統、GML空間信息共享與互操作體系等能否有效實現、實施、運行所必須面對的關鍵問題。針對GML空間數據

3、的管理，存在基于關系型數據庫管理和基于原生模式XML數據庫管理兩大類；由于GML數據的層次嵌套模型特點，采用關系模型對文檔型GML空間數據進行存儲管理并不理想。由于GML數據XML格式的特點，采用原生XML數據庫對GML空間數據進行管理具有與生俱來的優(yōu)勢，但是由于GML數據的空間特性，原生XML數據庫無法直接對GML數據進行存儲管理，必須對其進行擴展研究。而從國內外研究進展來看，GML空間數據管理機制的研究，尤其是原生XML數據庫環(huán)境下

4、GML空間數據管理機制的研究還處于非系統化、非全面化、非應用化的部分內容研究、初始研究階段。 論文著力對原生模式環(huán)境下GML空間數據的存儲、索引、查詢、傳輸與交換，以及與應用的集成等進行了較為全面的研究。主要表現為：(1)簡述XML與地理空間數據，分析GML特征、GML核心模式與GML應用模式，根據GML規(guī)范與建模思想，給出一個二維校園平面建模示例。(2)研究原生GML空間數據庫系統架構體系，包括：概念、內容、體系結構等；同時研

5、究給出GML空間數據原生模式存儲模型，其中涉及GML實例文檔與GML應用模式的相關性與獨立性。(3)研究GML空間數據原生模式存儲索引機制與算法。結合XML索引編碼方案、XML查詢的結構連接算法與傳統空間數據索引算法，提出基于Ex-Dewey前綴編碼與R樹的GML空間數據索引機制。(4)研究原生GML空間數據查詢機制與查詢語言，集成原生GML空間數據索引機制，深化研究并拓展基于XQuery的GML空間數據查詢語言。(5)研究GML空間數

6、據的高效壓縮傳輸方案、GML空間數據與KML、SVG格式數據的交換方法。(6)研究原生GML，空間數據庫系統與數字地球原型系統的應用集成。提出一種原生GGEarth空間數據應用服務系統架構體系;設計其原型系統以實現以原生GML空間數據庫為標準數據中心，以數字地球平臺原型系統客戶端為前端的數據顯示、查詢、更新、分析為一體的空間數據應用服務體系。 論文主要研究成果與創(chuàng)新點表現為：(1)提出了一種原生GML空間數據庫系統架構體系。給出

7、了原生GML空間數據庫系統定義、系統架構與研究內容。同時研究確立了以元素為粒度的原生GML空間數據存儲模型。(2)提出了一種針對XML/GML非空間數據索引構建的Ex-Dewey前綴編碼方案。Ex-Dewey前綴編碼方案在消除Dewey編碼方案中節(jié)點的插入、刪除影響其后趨同胞節(jié)點及其子孫節(jié)點編碼變更等缺點的同時，提出了節(jié)點插入、刪除對已有節(jié)點編碼值串無影響的更新策略，并保留了Dewey前綴編碼的優(yōu)點。同時提出了一種針對Ex-Dewey編

8、碼方案的XML/GML非空間數據查詢的結構連接算法—ED-XQ-SJ。給出了算法思想、描述與驗證。算法能夠根據XML/GML非空間數據索引信息直接判斷潛在先輩、子孫節(jié)點集中節(jié)點間的先輩—子孫(或父—子)關系，而無需訪問實際存儲的節(jié)點。算法在降低復雜度的同時，也明顯減少了I/O開銷。(3)提出了一種基于Ex-Dewey前綴編碼與R樹的GML空間數據索引機制。GML實例文檔中的GML空間數據采用R樹構建索引，而非空間數據則基于Ex-Dewe

9、y前綴編碼方案進行索引構建，二者獨立又緊密關聯，共同實現GML空間數據的索引。(4)深化研究并拓展了基于XQuery的GML空間數據查詢語言，并命名其為：GXQuery。在前人研究的基礎上，全面從擴展XQuery的原因、GML空間數據查詢語言的特征、XQuery空間擴展的內容、GXQuery查詢語言系統結構、GXQuery查詢語言實現方法、GXQuery查詢語言查詢實例等方面進行了深化研究，拓展了GML空間數據查詢語言的組成、內容與應用