矢量数据动态多尺度网络传输研究

发布时间：2017-04-28 19:14

  本文关键词：矢量数据动态多尺度网络传输研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着空间信息服务的发展,空间数据在网络上的传输日益频繁,而海量的空间数据和复杂的网络传输环境常导致数据传输时间过长,成为制约空间信息服务发展的一个技术瓶颈。多尺度传输(也称为渐进传输)技术是提高空间数据网络传输效率、减少客户端数据等待时间的有效途径之一。目前,基于GRID/TIN结构的空间数据多尺度网络传输已取得较丰富的研究成果,应用较为深入。Berto lotto首先提出矢量地图数据多尺度传输的概念,国内外学者在该领域做了大量研究并取得了一定的研究成果。但由于矢量数据结构的复杂性,矢量地图数据的多尺度网络传输技术仍存在诸多待解决的问题。目前,矢量结构空间数据多尺度传输的几种主要技术方案仍存在着不足：基于在线动态生成多尺度数据的方案灵活性有余,但时间性能不够理想；基于事先存贮若干个固定尺度数据的方案时间性能较理想,但数据冗余度大且灵活性不足。针对当前技术的不足,本文提出一种面向矢量地图数据的动态多尺度传输模型,并通过实验验证了该模型的可行性与优越性。该模型具体包括：在传输前对地图要素进行动态分层并建立层次Hilbert R树索引结构,通过层次Hilbert R树索引实现对不同尺度要素的快速检索与提取；计算并存贮要素结点偏离量和单调性等信息并生成多尺度地图结构,通过该结构支持对地图的快速简化和拓扑一致性维护；通过地图拓扑异常检测与消除的快速算法维护地图拓扑一致性。本文主要研究内容包括：(1)矢量数据多尺度组织方法。服务器端的空间数据访问涉及数据检索、读取、简化等过程,通过矢量数据多尺度组织方法可实现服务器端数据的快速生成。研究从空间索引和多尺度地图结构两方面进行组织。首先提出一种层次Hibert R树索引结构,该结构通过将不同层次的要素存贮在R树的不同高度上,支持基于位置和尺度信息的联合检索。层次Hibert R树索引通过动态设置叶结点的记录数,使叶结点所指向要素簇的数据容量接近于磁盘数据块的大小,优化了数据I/O的粒度,该索引支持对大批量地图要素的快速检索与读取。然后将地图分解为链集,计算并存贮结点偏离量和单调性,从而建立多尺度地图结构。实验结果表明,该组织方法支持对多尺度矢量数据的动态快速生成和拓扑一致性维护,同时又能实现最小冗余的数据存贮。(2)地图拓扑一致性维护快速算法。多尺度地图生成过程中会出现拓扑不一致,现有的地图拓扑一致性维护方法存在着时间复杂度较高,不适合大数据量的实时拓扑维护等不足。研究从优化时间性能角度提出地图拓扑一致性维护的快速算法。算法通过提取并保留约束点避免第一类拓扑异常的发生,基于优化的单调链求交法检测并消除第二、三类拓扑异常。结果表明,与当前已有的算法相比,本算法的优点有两个：一是能系统保证平面与非平面拓扑关系的一致性；二是具有更低的时间复杂度。(3)多尺度空间数据相似性度量模型。多尺度空间数据相似性度量模型可用于评估多尺度传输环境下客户端的矢量图形质量。本文提出一种适用于多尺度空间数据图形质量评价的相似性度量模型,该模型基于要素的几何形状相似性与拓扑相似性计算个体相似度,通过个体相似度推求整体相似度。模型包括整体相似度、相似中误差、相似度分布曲线等度量因子。其中,整体相似度表示要素集经过选取、概括、拓扑关系变化后的整体相似程度,而相似中误差、相似度分布曲线可表示要素集内各要素间的相似差异大小及其分布规律。实验验证了该相似性度量模型的有效性。基于矢量数据动态多尺度传输模型开发了实验系统。实验结果表明：①本模型能在满足动态性、实时性和拓扑一致性的前提下实现矢量地图数据的多尺度网络传输；②多尺度传输模式能有效减少客户端数据等待时间,改善用户体验；③本相似性度量模型可从个体间相似差异及整体相似程度两方面综合评价要素集的图形质量。
【关键词】：空间数据 多尺度传输 矢量地图 层次Hilbert R树 拓扑一致性
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P208
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-21
• 第一章 绪论21-39
• 1.1 研究背景与意义21-25
• 1.1.1 研究背景21-24
• 1.1.2 研究意义24-25
• 1.2 国内外研究现状25-36
• 1.2.1 GRID/TIN结构空间数据的多尺度网络传输25-27
• 1.2.2 矢量地图数据的多尺度网络传输27-36
• 1.3 研究目标36
• 1.4 主要研究内容36-37
• 1.5 论文组织结构37-39
• 第二章 矢量数据动态多尺度传输模型39-57
• 2.1 矢量数据多尺度传输原理39-41
• 2.2 已有模型分析41-53
• 2.2.1 基于传统制图综合的模型41-44
• 2.2.2 基于傅立叶或小波变换的模型44-47
• 2.2.3 基于地图化简的模型47-52
• 2.2.4 模型分析52-53
• 2.3 本文的动态多尺度传输模型53-56
• 2.3.1 模型要求53-55
• 2.3.2 模型描述55-56
• 2.4 本章小结56-57
• 第三章 服务器端矢量数据多尺度组织方法57-77
• 3.1 方法流程57-59
• 3.1.1 服务器端数据访问过程分析57-58
• 3.1.2 本方法流程58-59
• 3.2 层次HILBERT R树索引59-67
• 3.2.1 层次Hilbert R树的定义59-63
• 3.2.2 要素动态分层63-65
• 3.2.3 要素Hilbert值的计算65-66
• 3.2.4 层次Hilbert R树索引的构建66-67
• 3.3 多尺度地图结构67-73
• 3.3.1 地图到链集的分解67-70
• 3.3.2 结点偏离量的计算70-73
• 3.4 多尺度地图数据的生成流程73-75
• 3.5 本章小结75-77
• 第四章 基于单调链的地图拓扑一致性维护方法77-97
• 4.1 方法流程77-81
• 4.1.1 已有方法分析77-81
• 4.1.2 本方法流程81
• 4.2 拓扑异常分类81-85
• 4.3 约束点的提取85-87
• 4.4 独立单调链与重叠单调链的划分87-90
• 4.5 拓扑一致性维护90-93
• 4.5.1 拓扑不一致的检测与消除90-92
• 4.5.2 算法时间复杂度分析92-93
• 4.6 实验分析93-96
• 4.6.1 实验方案94-95
• 4.6.2 结果分析95-96
• 4.7 本章小结96-97
• 第五章 多尺度空间数据图形质量评价方法97-113
• 5.1 方法流程97-100
• 5.1.1 图形质量影响因素分析97-100
• 5.1.2 本方法流程100
• 5.2 相似因子的选取100-103
• 5.3 单要素的相似性度量103-106
• 5.4 要素集的相似性度量106-108
• 5.5 图形质量评价实验108-112
• 5.5.1 实验方案108-109
• 5.5.2 结果分析109-112
• 5.6 本章小结112-113
• 第六章 实验及分析113-127
• 6.1 系统实现113-116
• 6.1.1 系统总体架构113-114
• 6.1.2 系统功能描述114-115
• 6.1.3 传输时间衡量方法115-116
• 6.2 实验分析116-125
• 6.2.1 实验数据与网络环境116-117
• 6.2.2 实验一分析117-122
• 6.2.3 实验二分析122-125
• 6.3 本章小结125-127
• 第七章 结论与展望127-129
• 7.1 主要结论127
• 7.2 创新点127-128
• 7.3 研究展望128-129
• 参考文献129-141
• 攻读博士期间发表的论文141-143
• 致谢143-144

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张传明;潘懋;吴焕萍;徐绘宏;;保持拓扑一致性的等高线化简算法研究[J];北京大学学报(自然科学版);2007年02期

2 王继周,李成名;万维网地理信息系统中矢量空间数据的多线程传输实现技术[J];测绘通报;2003年02期

3 吴纪桃,王桥;小波分析在GIS线状数据图形简化中的应用研究[J];测绘学报;2000年01期

4 史文中,郭薇,彭奕彰;一种面向地理信息系统的空间索引方法[J];测绘学报;2001年02期

5 张青年;;顾及密度差异的河系简化[J];测绘学报;2006年02期

6 陈轶;彭认灿;郑义东;董箭;李宁;;基于Douglas双侧多叉树的曲线综合算法研究[J];测绘学报;2010年03期

7 刘鹏程;艾廷华;杨敏;;基于傅里叶级数的等高线网络渐进式传输模型[J];测绘学报;2012年02期

8 张茂震,宋铁英,唐小明,刘鹏举;基于ORDBMS的GIS空间数据管理模式及其应用[J];地球信息科学;2004年04期

9 梅承力,周源华;高维数据空间索引的研究[J];红外与激光工程;2002年01期

10 董鹏,杨崇俊,芮小平,高积粮;一种基于改进四叉树的GIS空间选择查询算法——以ESRI SHAPE格式文件为例[J];计算机工程与应用;2003年13期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 张锦;多分辨率空间数据模型理论与实现技术研究[D];中国科学院研究生院（测量与地球物理研究所）;2002年

2 陈飞翔;移动空间信息服务关键技术研究[D];中国科学院研究生院（遥感应用研究所）;2006年

  本文关键词：矢量数据动态多尺度网络传输研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：333414