[发明专利]面向Cassandra的分布式可扩展四叉树索引方法

说明书

本发明公开了面向Cassandra的分布式可扩展四叉树索引方法及基于该方法的查询方法，属于空间数据存储与管理技术领域。本发明提出了在使用Cassandra存储空间数据时建立索引和实现空间查询的方法，提出了从结合象限、索引域和四叉树的可扩展四叉树索引编码方法、基于Cassandra的空间对象与索引编码映射关系的存储方法和在该索引下执行空间查询的方法。本发明充分利用了Cassandra数据模型和读写特点，构建多层空间索引，可针对空间实体的大小在不同层级进行索引，适用于分布式存环境下空间索引的实现，有助于空间查询的并行执行，解决Cassandra在存储空间数据时不支持空间索引和空间查询的问题。

技术领域

本发明涉及使用Cassandra存储空间数据时建立空间索引和执行空间查询的方法，属于空间数据存储与管理技术领域。更特定言之，本发明涉及对矢量、栅格等类型空间数据的空间位置映射到一维的字符串型空间索引编码，使得Cassandra能够支持空间索引和空间查询。

背景技术

随着对地观测技术、智能移动终端和传感器技术的飞速发展，空间数据获取手段日益丰富，空间数据的数据量呈几何倍数增长。对兼具数据密集型和计算密集型特点的空间数据来说，爆炸性增长空间数据的存储成为极具挑战的课题。

使用非关系型数据库解决空间数据存储难题成为研究的热点。近年来，已有许多的研究和应用使用HBase、MongoDB和Cassandra等非关系型数据库构建可扩展、大规模的分布式空间数据存储方案。Cassandra是对等集群结构的分布式非关系型数据库，拥有非常灵活的数据模型和弹性集群扩展能力。

海量空间数据的空间索引往往会由于存储空间开销或索引空间重叠等剧增而导致性能下降。索引空间范围等的变化往往会导致索引重建。然而，在空间数据快速增长的情况下，索引范围极有可能发生变化。对大量数据重新构建索引，将造成严重的资源浪费。

现有的空间索引技术大多使用格网、四叉树或者R树及它们的变种构建。这些索引技术也大多在关系数据存储环境下构建集中式空间索引。

不同于关系数据库，Cassandra依据行键值读写数据，对复杂查询支持较差，特别是未提供对空间索引的支持。因而使用Cassandra存储空间数据就要在Cassandra数据模型下实现空间索引和空间查询。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明结合Cassandra的数据模型和读写特点，提出了面向Cassandra的分布式可扩展四叉树索引方法和空间查询方法，旨在解决Cassandra在存储空间数据时不支持空间索引和空间查询的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

面向Cassandra的分布式可扩展四叉树索引方法和空间查询方法，用于Cassandra存储空矢量、栅格等类型空间数据时构建空间索引和空间查询，包括：

提供可扩展四叉树索引的构建方法，用于构建可扩展四叉树索引以及使用索引结点记录矢量、栅格等类型的空间数据。

提供空间索引编码方法，用于编码可扩展四叉树索引的各个结点。

提供Cassandra存储环境下的空间索引存储结构，用于实现在Cassandra集群中存储空间索引编码与空间对象标识的映射关系；

提供空间查询方法，用于在所建立的空间索引之上实现空间查询中的区域查询和点查询。

面向Cassandra的分布式可扩展四叉树索引方法，其特征在于，当需要为空间数据建立空间索引时，包括步骤：

步骤1：设计空间索引存储结构，建立索引列族；

步骤2：指定基点以及四叉树最小网格间距、深度，建立可扩展四叉树索引，具体包括以下子步骤：