空间索引理念研究及在电力gis之应用

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1、空间索引理念研究及在电力GIS之应用第一章引言1.1课题研究背景随着地理信息系统、虚拟城市、虚拟现实语言设计和医学影象等应用领域的发展，空间数据库已成为数据库研究领域的热点。与传统的数据库管理系统相比，空间数据库所管理的是客观世界中存在的空间实体对象，空间数据的存储和管理远复杂于传统的数据，因为空间数据之间存在着复杂的关系，例如拓扑关系，关系数据库无法对空间数据进行描述，所以不能利用成熟的关系数据库来对空间数据进行存储；空间数据库需要管理海量的空间数据，如何实现空间数据高效的动态操作，尤其是对空间数据的快速、准确的查找，这是空间数据库研究的重点，空间索引技术

2、就是一项为了提高空间数据库管理空间数据性能的技术，通过空间索引可以在空间数据库中快速定位空间数据，提高数据库的性能。因此，空间索引技术是空间数据库研究的热点。空间索引是对存储在介质上的空间数据位置信息的描述，用来提供快速、有选择性的存取空间数据的一种机制，达到系统对数据获取效率提高的目的。通过国内外专家学者多年的研究，提出了很多经典的空间索引机制。如空间网格类索引，R-树类索引等等，由于这些索引在实际的应用中体现出了索引所特有的优点，后来的学者又在其基础之上进行了改进，对于R-树[1]的改进有R+-树[2]、R*-树[3]等，对网格索引[4]的改进就有固定网

3、格索引[5][9]、层次网格索引[6][10]、自适应网格索引[7][8]等，也有学者根据多种索引在索引过程中体现出来的性能优势，将多种索引结合在一起形成具有更高索引性能的混合索引，如空间网格与R-树类结合的混合索引机制，然而所有的这些索引机制都是有其应用的范围，当前还不存在一种空间索引能够对各类空间数据类型都能很好的进行索引的空间索引结构，即目前的索引机制都多多少少存在缺点，如网格类的空间索引对于点对象的索引有很大的优势，对于大对象来说网格索引就不再适合，一是为大对象建立索引，需要通过多个网格来进行描述，存储的空间增大，而且在对大对象的查找上，需要进行转换

4、为点对象来操作，要进行多次查找，才能得到最后结果；而且对于网格类索引而言，网格的划分标准没有一个统一的标准，这既是该索引的优点，也是其缺点，因为网格划分的好坏直接影响到索引的性能。对于R-树类的索引虽然后来有学者对其进行改进，比如对索引目录重叠问题的改进，但是在随着数据量的快速增加，树的深度也随着增加导致的索引性能下降，对于R-树类索引来说是无法解决的。考虑树的深度问题，有人提出了将空间网格与R-树结合的索引结构，对网格中的空间对象建立R-树，这样就可以降低单棵树的高度从而不会因高度问题而影响索引，而且根据网格还可以减小索引的范围。通过学者们的研究，空间索引

5、技术已经有了长足的发展，改进的索引在性能上有了大的提高，但是随着信息技术的发展，对空间数据库的性能的要求也在不断的提高，因此，空间索引技术的研究依然是空间数据库研究领域的重点.1.2国内外研究现状空间索引技术是针对空间数据库中对空间数据的高效率的操作而提出的一项技术，这类技术国外研究的相对较早，而且投入研究的力度也比较大，先后提出了多种经典的索引技术，但是，这些技术都存在一定的弊端，如R-树类的索引，在当空间数据急剧增加的情况下，由于所建立的索引的树的深度增加，且树的深度每增加一层，访问数据就必须多访问一次外存，既而索引的性能也随着大幅度的降低，还有一类就是

6、目前应用的比较广泛的网格索引，这类索引的优点就是结构简单，实现容易，空间数据的查找速度快，但是网格索引在对于大对象的索引的性能就相对较低了，而且在对大对象建立索引的时候的存储开销很大，对于点对象网格索引的性能好。因此，可以知道各类索引都有其优点，也存在不少的缺点，在不同的应用领域应该选择不同的索引，目前还不存在一种放之四海而皆准的索引技术；对于国内来说，对空间索引技术的研究起步很晚，而且投入的研究也很少，主要是对现有索引技术的应用，以及将各类成熟的索引技术进行组合来提高部分的性能，尤其是在地理信息系统中的应用，国内对空间索引技术也有相应的投入，但是也没有能研

7、究出通用的空间索引，只能通过实践进行索引的较为合适的选择与优化。因此，随着信息社会的快速发展，各个领域都会向数字化发展，空间索引技术的研究还需要进一步的深入。第二章空间数据库相关理论2.1空间数据的特征空间数据是用来表示现实世界中的地理对象的数据，其除了具有一般数据的特征之外，还具有一些其他数据所不具备的特性。构成空间数据的特征主要有[11]：空间性、抽象性、多尺度与多态性、多时空性和空间关系特征。下面对各个特征作简单的描述如下：1．空间性空间数据的空间性是空间数据最主要的特性，也是区别于其他常规数据的标志性特征。空间数据不仅描述空间物体的地理位置、形状和在

8、某个时刻的状态，还描述空间物体间的空间拓扑关系，空间