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1、长江大学学报(自然科学版)2009年3月第6卷第1期:理工·82·JournalofYangtzeUniversity(NatSciEdit)Mar12009,Vol16No11:Sci&Eng基于嵌入式数据库的移动GIS系统设计研究白凯,李敏,王华兵(长江大学计算机科学学院,湖北荆州434023)[摘要]针对移动GIS平台的特点,设计并构建了一种基于嵌入式数据库的移动GIS系统。该系统的核心框架采用访问者设计模式设计空间索引接口,基于PackedR2tree的数据结构与算法实现空间索引,基于适配器设计模式实现对空间
2、数据的一体化存储。实际应用表明,该系统可提高移动GIS的空间查询效率与存储能力,且具有较好的可扩展性和灵活性。[关键词]移动GIS;嵌入式数据库;空间索引策略;PackedR2tree[中图分类号]TP393[文献标识码]A[文章编号]1673-1409(2009)01-N082-03随着嵌入式技术和GIS技术的成熟和发展,两者相结合的产物———移动GIS(也称嵌入式GIS)的应用也逐步扩大并迅猛发展。移动GIS就是在嵌入式系统中实现的地理信息系统。与桌面计算机平台的GIS相比,移动GIS具有体积小、功能简单、数据量
3、不大、携带方便等特点。针对移动GIS的特点和嵌入式系统不足(如CPU运算速度慢、存储空间小等),笔者设计并构建了一种基于嵌入式数据库的移动GIS系统。1移动GIS的特点图1是一种典型移动GIS的主要组成结构图。图1移动GIS的典型组成结构图移动GIS的数据除了具有GIS数据的数据量大和复杂的特点外,还必须符合嵌入式系统存储空间小和计算检索简单快捷的特点。这就产生了移动GIS数据处理中必须要解决的2大矛盾:①大数据量与小存储空间的矛盾。复杂的空间数据相对于传统的关系型数据库的数据来说数据量大,而且数据分布很不均匀。但是
4、在嵌入式系统上,存储空间非常宝贵,这就要求用更有效的结构和方式使得GIS数据的存储空间更小,使用时所占内存更小。②复杂的空间检索需求与嵌入式系统的计算速度的矛盾。对于移动GIS数据库来说,其查询条件与空间位置相关而不是属性数据,因此必须采用比桌面操作系统更[1]为灵活的机制来满足嵌入式系统的要求。[收稿日期]2008-12-18[基金项目]湖北省教育厅基金资助项目(B200612012)。[作者简介]白凯(1980-),男,2002年大学毕业,讲师,硕士生,现主要从事嵌入式系统方面的教学与研究工作。第6卷第1期:理工
5、白凯等:基于嵌入式数据库的移动GIS系统设计研究·83·2移动GIS数据库的空间索引策略解决上述2大矛盾,可以从2个方面来考虑:①采用合适的数据压缩技术;②定制合适的数据索引机制。由于嵌入式系统本身存储和速度的特点使得索引机制不能像在桌面操作系统上一样大而全,对于数据的管理和需求也不像桌面操作系统一样全面,通常它只是运用桌面GIS数据库的一部分功能。因[2]此针对该数据特点需要定制特定的数据索引机制。常用的索引策略有:①基于B树的索引技术。其范例有R树及其改进,如PackedR树,R3树,R+树,HilbertR树等
6、;②基于Hashing的网格文件索引技术;③基于二叉树的索引技术,如KD树,KDB树,SKD树等;④空间填充曲线及四叉树类。如果R树、四叉树、Buddy树作为只描述线型数据的主存索引,则四叉树空间占用量最小,Buddy树空间占用量最大。对于点查询,Buddy树速度最快,电量消耗最少,R树与四叉树在速度与耗电量上都差不多。对于范围查询,Buddy树与R树性能比较接近,速度差不多,耗电量也差不多,四叉树的速度慢,耗电量也大。对于最邻近查询,R树索引速度最快,耗电量最大,四叉树的速度一般,耗电量最小。可见,没有哪种索引结构
7、有绝优势,应根据具体的系统实际应用来确定相应索引策略。影响检索速度的一个重要因素就是检索树的深度。采用静态批量建树,这时R树的存储利用率最大,几乎达到100%,索引所占的空间最小,深度也最小。PackedR树的一个最大的缺点就是在插入方面存在缺陷。当需要插入一个数据的时候,基本上是对每一层的结点都需要进行分裂。由于在电子地图中不存在结点的插入操作,因此地图数据库对于用户来说是只读的、静态的。所以笔者在建树时采用PackedR树。3系统总体设计方案图2是系统总体设计方案。在核心框架中采用一个抽象几何体类,该类与其他几何
8、对象的基本拓扑关系进行比较,这样上层移动GIS空间对象的所有复杂形状可以通过统一封装成抽象几何体类的形式,实现对具体形状的解释,并以统一方式传递给索引框架进行空间查询、存储;索引结构的搜索、查询结果也封装成抽象几何体类返回给上层移动GIS。图2系统总体设计方案图311空间索引框架移动GIS对于空间索引框架的操作主要包括以下2种:①索引建立和修改
