[发明专利]一种适应显示导向型可视化分析的快速的空间索引方法

说明书

本发明属于地理矢量数据技术领域，具体为一种适应显示导向型可视化分析的快速的空间索引方法，包括步骤一：首先参考瓦片地图技术，基于四叉树剖分方法对全球地理范围进行递归划分设计了TQ‑tree结构，TQ‑tree中每个节点代表特定且规律的空间范围，并对节点进行编码，实现节点与空间范围间的映射关系；步骤二：接着提出TQ‑tree generation算法(TQTG)，将矢量要素索引项按要求插入树节点中构建TQ‑tree，该算法构建索引的速度快并且索引结构简单，其结构合理，在使用的过程中，生成的索引结构简单、构建速度快、内存占用少，并且能大幅提升显示导向型可视化分析的效率，可作为亿级以上大规模地理矢量数据实时可视化分析的数据组织支撑。

技术领域

本发明涉及地理矢量数据技术领域，具体为一种适应显示导向型可视化分析的快速的空间索引方法。

背景技术

地理矢量数据在城市规划、土地利用、环境因素分析等诸多领域都发挥着重要的作用，可视化分析是一种理解和分析矢量数据的重要手段，通过可视化分析对矢量数据进行理解和分析，将矢量数据的分析结果以可视化的形式呈现出来，让用户以易于理解的方式获取分析结果(Keim D et al.,2008)。在我们的前期工作中，提出显示导向型地理矢量数据可视化分析方法，对大规模地理矢量数据的可视化分析可实现实时响应的性能(Ma etal.,2018,2020)。该方法以屏幕显示效果为计算目标，其核心在于以屏幕显示像素为计算单元，对像素对应的一定地理空间范围进行检索从而生成像素值，检索效率决定了可视化分析的效率。为了提升检索效率需要对矢量数据进行组织，当矢量数据规模急剧增长时，如何对大规模地理矢量数据进行高效的组织管理并适应快速检索的需求是显示导向型方法亟需解决的问题。

空间索引技术是解决海量数据快速检索、查询和访问的重要手段，索引技术的效率是决定数据服务的关键因素。传统常用的空间索引方法有格网索引(J.Nievergelt etal.,1984；K.Y.Whang et al.,1991)、KD-树索引(Bentley,1975)、四叉树索引(Finkel RAet al.,1974)和R-树索引(Guttman,1984)以及上述索引的改进、联合和变种等，这些索引方法在点、线、面的索引中各自有着自己的应用特点，在实际应用中也对应这不同的场景(F.C.Com et al.,2008)。随着计算机硬件和分布式技术的发展，分布式存储系统被广泛应用于空间数据的组织与管理(H.Tan et al.,2012；A.Aji et al.,2013；A.Eldawy et al.,2015；J.Yu et al.,2016)。分布式索引可以认为是传统索引理论在分布式环境下的重新实现，其显著提高了数据的检索效率，通过并行数据划分和并行空间查询，格网索引(A.Ajiet al.,2013)、四叉树索引(J.Feng et al.,2014)、R-树索引(P.Lu et al.,2014)等传统的串行空间索引算法在并行环境中得到了实现。

然而当前空间索引技术主要侧重于实现特定的场景应用：平衡树索引结构保证了查询性能却带来了较大的构建与更新代价，非平衡树结构保证了构建与更新效率，却难以处理聚集分布模式下产生的数据倾斜问题。采用分布式技术虽然提升了索引的检索效率，但是增加了集群内部节点之间的通信协议和通信开销，索引结构更加复杂(Weng et al.,2016)，同时分布式存储系统的索引机制必须充分考虑分布式系统的整体框架和数据的组织存储方式，使得索引构建的开销较大，无法在数据组织和可视化分析两方面同时达到较高的效率。

为了解决以上问题，兼顾数据组织效率和可视化分析效率，本文提出了一种适应显示导向型可视化分析的快速的空间索引方法。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于现有空间索引技术中存在的问题，提出了本发明。