基于区域分片的分布式空间数据跨边界查询优化处理研究

空间数据在生产、管理、维护、应用服务等方面的分布特征，决定了空间数据管理必然向分布式方向发展。由于地理空间的连续性及数据间很强的相关性，跨边界查询问题成为区域分片的分布式空间数据查询的固有问题，而跨边界片段连接优化是问题的核心。虽然目前对空间数据连接优化已有大量研究成果，但仍存在下列缺陷：（1）对空间拓扑连接谓词研究不够全面；（2）缺乏对空间分析谓词参与空间连接的复合查询优化研究；（3）已有基于分割数据集来进行优化的方法对于区域分片的跨边界连接不适用。随着GIS从传统查询型为主向分析型、共享服务型方向并重发展，跨边界空间片段连接优化对分布式空间数据库将更加重要。本项目结合空间拓扑关系谓词和空间分析谓词，提出可复合两种谓词的跨边界空间片段连接优化原理与方法。研究对于丰富分布式空间数据库理论，以及空间数据并行分析处理、分布式空间数据服务集成与应用深化等方面都具有重要理论与实际意义。

在三年的合同期间，课题组按计划要求开展工作，完成了合同书规定的研究任务，取得了预期的研究成果，达到了课题预期目标。本项目针对区域分片的分布式空间数据查询的固有问题（跨边界查询问题）进行了深入探讨和研究，并取得一系列研究成果，具体如下：1）深入分析了空间数据的分片方式、分片原则，结合空间拓扑关系谓词和空间分析谓词，按不同的空间片段跨边界连接方式进行组合，提出了基于区域分片的分布式空间数据跨边界片段连接优化方法，包括六类空间片段连接的去除规则和优化规则：①第一类片段拓扑相交连接；②第二类片段拓扑相离连接；③第三类片段缓冲相交连接；④第四类片段缓冲相离连接；⑤第五类距离连接；⑥第六类其它连接。2）研究了分布式异构空间数据查询处理方法，在查询处理过程中引入连接归并树等概念，针对不同类型的空间片段连接，采用不同的去除规则和过滤方法，通过减少网络数据的传输量和减少空间几何计算的数据量两个方面来达到优化效果，提出分布式异构空间数据跨边界查询优化策略。3）将本课题提出的跨边界空间片段连接优化方法与传统的空间片段连接优化方法进行了效率对比分析，在ArcGIS、Oracle Spatial、MapGIS等平台上进行的大量试验，结果表明本课题提出的基于区域分片的空间片段跨边界连接优化策略比半连接、全连接策略具有明显优势。课题研究成果已在国内外核心期刊上已发表论文4篇，已录用1篇，发表会议论文2篇，参加了两次国际学术交流会议均进行了口头报告，已完成了专著《分布式空间数据库集成与查询优化》的初稿，待进一步完善后出版，通过该项目培养硕士研究生5名，博士研究生3名。