[发明专利]三维自适应网格R+树混合索引构建、维护、查询方法

说明书

本发明公开了一种三维自适应网格R+树混合索引构建、维护、查询方法，属于软件安全和计算机技术领域，构建方法包括采用基于正态分布的多级网格自动划分算法处理数据集，构建多级网格，达到快速分割整个数据空间的目的，然后建立R+树，构建混合索引结构；维护方法包括插入、删除和修改操作，保证索引结构的健壮性；查询方法包括精确点查询和k近邻查询。本发明首先利用基于正态分布的多级网格自动划分算法处理数据集，得到网格划分的长宽高，然后利用R+树兄弟结点零相交的优势，进行高效的空间索引，使得面对海量三维数据分布布均匀的情况下，无论是在索引结构的构建，还是查询方面都具有良好的性能。

技术领域

本发明涉及软件安全和计算机技术领域，尤其是三维自适应网格R+树混合索引构建、维护、查询方法。

背景技术

随着地理信息系统(Geographic Information System，GIS)的广泛应用，空间索引技术作为提升海量数据检索和各种空间数据索引的主要手段，在一定程度上影响着空间数据查询和地理信息系统(GIS)检索的效率。一个合理的空间索引结构，能有效提高了空间数据库的存储效率和查询性能。尤其当面对大量的空间数据时，如果没有一个合理高效的索引结构，查找将花费较长时间。所以，建立一种高效的索引结构，对于空间数据的检索而言至关重要。

生活中，存在许多以下类似的情况，某些区域可能数据比较密集，而其他区域则比较稀疏，即数据量较大且数据分布不均匀。比如现实生活中，共享单车的分布，在一些城市中心地带，共享单车的投入量比较大，单车分布就比较密集，而在偏远的山区，共享单车则十分罕见，分布较少。再比如许多中心城市的高楼分布情况、大气污染物PM2.5的分布情况、植被覆盖情况、人口密度、降水分布等等。若采用单一的空间索引结构来存储管理这些数据，就会出现存储空间浪费和查询效率低下的情况。

为了解决这一问题，《基于三维网格-R树的混合索引方法研究》(刘永山，龚翔，孔德瀚，单磊敬.基于三维网格-R树的混合索引方法研究[J].燕山大学学报.2020,44(2)：138-149.)提出一种基于三维网格-R树的混合索引结构，并基于该结构给出的空间查询算法与分析，在快速管理存储大规模数据的同时达到了较好的查询效果。

然而，基于三维网格-R树的混合索引结构存下以下问题：

1、单一网格划分技术由于采用均匀划分空间的方式，结构简单，查询效率较高，然而，对服务器的要求较高，且由于划分次数频繁，容易出现内存溢出的问题，算法也具有较大的空间复杂度。

2、R树兄弟结点有相交，索引时存在多路径问题，降低了索引的效率。

为了解决基于三维网格-R树的混合索引结构的数据溢出问题并提高索引的效率，需要对本发明人提出的基于三维网格-R树的混合索引结构进行进一步优化。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种三维自适应网格R+树混合索引构建、维护、查询方法，能够解决软件工程领域中三维空间中分布不均匀的海量数据溢出问题，并且提高索引的合理性与高效性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种三维自适应网格R+树混合索引构建方法，包括以下步骤：

S1：多级网格结构的构建与划分；

S2：实际划分网格；

S3：利用基于正态分布的多级网格自动划分算法构建多级网格结构；

S4：网格划分完成后，网格结点的数量小于阈值ε，对网格中的结点构建R+树；

S5：构建整体三维自适应网格R+树混合索引结构。

本发明技术方案的进一步改进在于：S1中，多级网格结构的构建与划分，具体包括以下步骤：