空间数据库中空间连接和查询优化分析

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1、哈尔滨理工大学工学硕十学位论文1．1研究背景和意义1．1．1研究背景第1章绪论空间数据库系统是描述、存储和处理空间数据及其属性数据的数据库系统。空间数据库是随着GIS的开发和应用而发展起来的数据库新技术。它并不是独立存在的系统，它与应用紧密结合，通常是GIS的核心。经过20多年的发展，空间数据库已成为一个热点研究领域，其研究成果(如空间多维索引)开始应用于许多不同领域。正是已有应用的需求推动了空间数据库管理系统的研究，这些应用包括地理信息系统(GeographicalInformationSystem，IS)矛I计

2、算机辅助设计(Computer-aidedDesign，CAD)，以及诸如多媒体信息系统(MultimediaInformationSystem，MMIS)、数据仓库(DataWareHouse，DWH)、美国国家航天航空局(NationalAeronauticsandSpaceAdministration，NASA)的地球观测系统等潜在应用。人类在2l世纪将全面进入信息时代，在信息技术蓬勃发展的今天，有关地球科学和地理信息管理方面的问题引起了大量学者的关注，地理信息系统(GeographicInformation

3、System，GIS)的研究辅以信息科学以及高效的信息技术手段，使地理信息系统的发展达到了一种前所未有的高度。地理信息管理是与人类生存、发展、进步密切相关的一门信息科学与技术，是地球空间信息科学的重要组成部分，是信息产业发展的重要支柱，它被广泛应用于国民经济的很多部门，如城市规划与设计、资源环境管理、生态环境监测与保护、地质勘探测量、城市管网配电网、灾害监测防治等多个领域。跨入21世纪，使用数据库管理包括地图及其属性的空间数据，成为空间数据库应用系统发展的潮流。与传统文件方式相比，空间数据库技术有明显的技术优势，包

4、括海量数据管理能力、图形和属性数据一体化存储、多用户并发访问、完善的访问权限控制和数据安全机制等。空间数据库技术正在逐步取代传统文件，成为越来越多的大中型空间数据库应用系统的空间数据存储和查询的解决方案。近些年来，随着地理信息系统、计算机辅助设计、多媒体系统、医学或卫星图像数据处理等领域的发展，空间数据库以及对空间数据进行查询哈尔滨理工大学T学硕上学位论文的研究倍受关注。由于空间数据量的庞大以及空间对象、空间查询的高度复杂性，空间查询优化成为了空问数据库应用的难点和突破点。而现有的关系数据库查询优化技术不能完全适用

5、于空问数据。优化空间查询从而提高空间数据库的性能，对空间数据库的应用具有重要意义。自1984年J．Nievergelt，H．Hinterberger和K．C．Seveik最先提出网格索引技术以来，网格索引就成为了研究的热点。在此之后，各国研究人员相继提出了许多的变种：MultiLevelGF(1985年K．Whang和R．Krishnamurthy)、MultiLayerGF(1988年H．Six，P．Widmayer)、ParallelGF(1993年L．Jianzhong，D．Rotem和J．Srivastav

6、a)等。它们都在原有的基础上对网格索引进行了一定的改进，使其性能得到了很大的提高，但它们都不能避免由于数据的冗余度过大所造成的空间索引效率明显下降的缺点，特别是对于日益增长的海量空间数据。将地理区域的平面表象按一定分解力作行和列的规则划分，形成密集格网，每个网格单元称为象元。栅格数据结构实际上就是象元阵列，即象元按矩阵形式的集合，栅格中的每个象元是栅格数据中最基本的信息存储单元，其坐标位置用行号和列号确定，即实体位置关系是隐含在行号、列号之中的。网格中每个元素的代码代表了实体的属性或属性的编码，根据所表示实体的表象

7、信息差异，各象元可用不同的“灰度值”来表示。本课题主要研究了基于栅格的空间连接查询优化技术。1．1．2研究意义空间数据库中查询优化技术的研究，特别是空间连接和查询优化技术的研究在空间数据库领域具有深远的影响和巨大的作用。实际应用如地理信息系统(GIS)，CAD／CAM等对空间数据库的查询性能提出了迫切要求。同时由于空间连接运算是空间数据库中最复杂、最耗时的基本操作。因此其处理效率在很大程度上决定了空间数据库的整体性能。同时，GIS用户提出的大部分问题都可以表达为查询的形式。查询功能是GIS面向用户的窗口，是用户感觉

8、GIS台g力的最直接的具体表现。近些年来，随着GIS的迅猛发展，广大用户对空间查询提出了更高更复杂的要求，简单的图文互查已远远不能满足GIS用户的需求。虽然已有许多专家学者致力于空间查询方面的研究，并取得了一些可喜的研究成果，但距离用户的复杂查询要求还有一定的差距，还有待进一步深入和加强。对空间连接查询技术的研究已成为当前GIS研究领域需要进一步深入解决的重