地球剖分時空數(shù)據(jù)庫導論

錄
前言
第1章　概述　1
1.1　大數(shù)據(jù)與時空大數(shù)據(jù)　1
1.2　時空數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢　2
1.3　時空數(shù)據(jù)庫　4
1.4　地球剖分時空數(shù)據(jù)庫　6
1.5　本章小結(jié)　7
第2章　地球空間剖分編碼　8
2.1　GeoSOT地球剖分網(wǎng)格的提出　8
2.2　GeoSOT地球剖分網(wǎng)格的設(shè)計規(guī)約　8
2.3　GeoSOT地球剖分網(wǎng)格的平面剖分　12
2.4　GeoSOT地球剖分網(wǎng)格的立體剖分　17
2.5　GeoSOT地球剖分網(wǎng)格編碼　34
2.6　本章小結(jié)　39
第3章　時間剖分編碼　40
3.1　時間剖分編碼的提出　40
3.2　單尺度時間剖分編碼模型　43
3.3　多尺度時間剖分編碼模型　45
3.4　時間跨度編碼　57
3.5　時間剖分編碼計算方法　59
3.6　時間剖分編碼應(yīng)用方法　60
3.7　本章小結(jié)　64
第4章　時空四維剖分編碼與數(shù)據(jù)建?！?5
4.1　時空對象　65
4.2　時空剖分網(wǎng)格與編碼　69
4.3　時空對象建模　82
4.4　時空剖分編碼生成與解碼試驗　85
4.5　本章小結(jié)　89
第5章　地球剖分時空數(shù)據(jù)庫體系架構(gòu)　90
5.1　經(jīng)典數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)　90
5.2　分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)　91
5.3　云數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)　95
5.4　地球剖分時空數(shù)據(jù)庫架構(gòu)　97
5.5　本章小結(jié)　100
第6章　地球剖分時空數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)　101
6.1　典型數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)　101
6.2　地球剖分時空數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)　107
6.3　基于時空網(wǎng)格的數(shù)據(jù)重分布機制　111
6.4　本章小結(jié)　113
第7章　地球剖分時空數(shù)據(jù)庫索引模型　114
7.1　空間數(shù)據(jù)庫索引　114
7.2　時空數(shù)據(jù)庫索引　120
7.3　地球剖分時空索引模型　122
7.4　地球剖分時空索引構(gòu)建與維護　126
7.5　本章小結(jié)　128
第8章　地球剖分時空數(shù)據(jù)庫時空關(guān)系計算　129
8.1　空間關(guān)系計算　129
8.2　時間關(guān)系計算　141
8.3　空間分析計算　144
8.4　時空網(wǎng)格體元關(guān)系計算　152
8.5　時空網(wǎng)格體元關(guān)系計算試驗　153
8.6　本章小結(jié)　156
第9章　地球剖分時空數(shù)據(jù)庫查詢策略　157
9.1　網(wǎng)格并行化處理策略　157
9.2　時空范圍查詢策略　158
9.3　KNN查詢　162
9.4　本章小結(jié)　167
第10章　地球剖分時空引擎原型及試驗　168
10.1　地球剖分時空引擎原型設(shè)計　168
10.2　時空數(shù)據(jù)加載試驗　174
10.3　全局數(shù)據(jù)劃分試驗　175
10.4　時空數(shù)據(jù)部署試驗　176
10.5　時空查詢與分析試驗　179
10.6　時空統(tǒng)計生成試驗　185
10.7　時空伴隨模式挖掘試驗　187
10.8　本章小結(jié)　191
參考文獻　192
圖目錄
圖2.1　GeoSOT剖分網(wǎng)格的虛擬擴展示意圖　13
圖2.2　GeoSOT剖分的第0～第3級“度”級網(wǎng)格　14
圖2.3　GeoSOT剖分的第10～第15級“分”級網(wǎng)格　15
圖2.4　GeoSOT剖分的第16～第21級“秒”級網(wǎng)格　15
圖2.5　GeoSOT兩極地區(qū)剖分示意圖　17
圖2.6　GeoSOT-3D立體網(wǎng)格剖分　18
圖2.7　地球立體空間　19
圖2.8　基于經(jīng)緯度坐標的地球立體空間　19
圖2.9　GeoSOT-3D剖分0級網(wǎng)格　20
圖2.10　GeoSOT-3D剖分1級網(wǎng)格立體視圖（a）和頂視圖（b）　20
圖2.11　GeoSOT-3D剖分1級網(wǎng)格實際形狀　21
圖2.12　GeoSOT-3D剖分2級網(wǎng)格立體視圖（a）和頂視圖（b）　22
圖2.13　GeoSOT-3D剖分2級部分網(wǎng)格實際形狀　23
圖2.14　GeoSOT-3D剖分3級網(wǎng)格立體視圖（a）和頂視圖（b）　23
圖2.15　GeoSOT-3D剖分3級部分網(wǎng)格實際形狀　24
圖2.16　GeoSOT-3D剖分4級網(wǎng)格立體視圖（a）和頂視圖（b）　25
圖2.17　GeoSOT-3D剖分4級部分網(wǎng)格實際形狀　25
圖2.18　GeoSOT-3D剖分5級網(wǎng)格立體視圖（a）和頂視圖（b）　26
圖2.19　GeoSOT-3D剖分6級網(wǎng)格立體視圖（a）和頂視圖（b）　26
圖2.20　GeoSOT-3D剖分6級部分網(wǎng)格實際形狀　27
圖2.21　GeoSOT剖分7級網(wǎng)格立體視圖（a）和頂視圖（b）　27
圖2.22　GeoSOT-3D剖分7級部分網(wǎng)格實際形狀　28
圖2.23　GeoSOT-3D9級體塊擴展示意圖　29
圖2.24　非等距高程地球立體空間及高度域網(wǎng)格粒度關(guān)系示意圖　31
圖2.25　GeoSOT剖分框架的四種編碼形式　35
圖2.26　三維填充Z序曲線及其頂視圖　35
圖2.27　二進制一維編碼方案構(gòu)成　36
圖2.28　GeoSOT-3D二進制三維編碼　36
圖2.29　GeoSOT剖分框架編碼間的轉(zhuǎn)換　37
圖2.30　GeoSOT剖分框架編碼與坐標系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系　38
圖3.1　時間剖分編碼模型總體架構(gòu)　42
圖3.2　單尺度時間剖分編碼結(jié)構(gòu)示意圖　43
圖目錄
圖2.1　GeoSOT剖分網(wǎng)格的虛擬擴展示意圖　13
圖2.2　GeoSOT剖分的第0～第3級“度”級網(wǎng)格　14
圖2.3　GeoSOT剖分的第10～第15級“分”級網(wǎng)格　15
圖2.4　GeoSOT剖分的第16～第21級“秒”級網(wǎng)格　15
圖2.5　GeoSOT兩極地區(qū)剖分示意圖　17
圖2.6　GeoSOT-3D立體網(wǎng)格剖分　18
圖2.7　地球立體空間　19
圖2.8　基于經(jīng)緯度坐標的地球立體空間　19
圖2.9　GeoSOT-3D剖分0級網(wǎng)格　20
圖2.10　GeoSOT-3D剖分1級網(wǎng)格立體視圖（a）和頂視圖（b）　20
圖2.11　GeoSOT-3D剖分1級網(wǎng)格實際形狀　21
圖2.12　GeoSOT-3D剖分2級網(wǎng)格立體視圖（a）和頂視圖（b）　22
圖2.13　GeoSOT-3D剖分2級部分網(wǎng)格實際形狀　23
圖2.14　GeoSOT-3D剖分3級網(wǎng)格立體視圖（a）和頂視圖（b）　23
圖2.15　GeoSOT-3D剖分3級部分網(wǎng)格實際形狀　24
圖2.16　GeoSOT-3D剖分4級網(wǎng)格立體視圖（a）和頂視圖（b）　25
圖2.17　GeoSOT-3D剖分4級部分網(wǎng)格實際形狀　25
圖2.18　GeoSOT-3D剖分5級網(wǎng)格立體視圖（a）和頂視圖（b）　26
圖2.19　GeoSOT-3D剖分6級網(wǎng)格立體視圖（a）和頂視圖（b）　26
圖2.20　GeoSOT-3D剖分6級部分網(wǎng)格實際形狀　27
圖2.21　GeoSOT剖分7級網(wǎng)格立體視圖（a）和頂視圖（b）　27
圖2.22　GeoSOT-3D剖分7級部分網(wǎng)格實際形狀　28
圖2.23　GeoSOT-3D9級體塊擴展示意圖　29
圖2.24　非等距高程地球立體空間及高度域網(wǎng)格粒度關(guān)系示意圖　31
圖2.25　GeoSOT剖分框架的四種編碼形式　35
圖2.26　三維填充Z序曲線及其頂視圖　35
圖2.27　二進制一維編碼方案構(gòu)成　36
圖2.28　GeoSOT-3D二進制三維編碼　36
圖2.29　GeoSOT剖分框架編碼間的轉(zhuǎn)換　37
圖2.30　GeoSOT剖分框架編碼與坐標系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系　38
圖3.1　時間剖分編碼模型總體架構(gòu)　42
圖3.2　單尺度時間剖分編碼結(jié)構(gòu)示意圖　43
圖6.1　基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的時空數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)分類　101
圖6.2　基于數(shù)據(jù)模型的NoSQL　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分類　104
圖6.3　不同子劃分單元上數(shù)據(jù)訪問頻率分布示例　109
圖7.1　R樹索引結(jié)構(gòu)　114
圖7.2　分布式存儲系統(tǒng)中名稱節(jié)點與數(shù)據(jù)節(jié)點　115
圖7.3　二維與三維Z階曲線　117
圖7.4　Geohash兩種常見的編碼形式　118
圖7.5　二維與三維Hilbert曲線　119
圖7.6　S2值生成流程　120
圖7.7　地球剖分網(wǎng)格兩級索引結(jié)構(gòu)　123
圖7.8　空間域四叉樹劃分的不均衡現(xiàn)象（θ=5）　124
圖7.9　索引鍵結(jié)構(gòu)　126
圖7.10　基于MapReduce的時空網(wǎng)格索引并行構(gòu)建　127
圖8.1　兩種不同的空間關(guān)系示意圖　129
圖8.2　網(wǎng)格膨脹結(jié)果示意圖　130
圖8.3　兩個實體的Voronoi邊界終止情形示意圖　131
圖8.4　兩個實體對象的球面Voronoi計算結(jié)果圖　132
圖8.5　含有空洞的對象Voronoi圖　133
圖8.6　實體之間相離關(guān)系的四種情形　134
圖8.7　實體之間相接關(guān)系的三種情形　135
圖8.8　實體之間相交關(guān)系的四種情形　135
圖8.9　實體之間包含關(guān)系的四種情形　136
圖8.10　膨脹路徑逆向追溯的過程圖　138
圖8.11　兩個實體形心之間的方位關(guān)系示意圖　139
圖8.12　邊界的方位分類模板示意圖　139
圖8.13　實體對象的方位關(guān)系判斷方法示意圖　140
圖8.14　實體對象的方位關(guān)系定量計算方法示意圖　140
圖8.15　Allen提出的13種時態(tài)關(guān)系　141
圖8.16　剖分體元集合緩沖區(qū)網(wǎng)格分析流程圖　144
圖8.17　剖分多路徑原理示意圖　146
圖8.18　空間疊加運算示意圖　147
圖8.19　剖分體元間并運算流程圖　147
圖8.20　剖分體元集合間交運算流程圖　148
圖8.21　剖分體元集合間并運算流程圖　148
圖8.22　地理空間與剖分空間各層級網(wǎng)格數(shù)量對比圖　149
圖8.23　空間數(shù)據(jù)的剖分表達效果圖　150
圖8.24　剖分數(shù)據(jù)的繪制過程示意圖　151
圖8.25　剖分數(shù)據(jù)繪制的屏幕分辨率轉(zhuǎn)換示意圖　152
圖8.26　基于不同形式編碼的包含關(guān)系判斷　154
圖8.27　基于不同形式編碼的鄰域關(guān)系判斷　155
圖9.1　查詢條件轉(zhuǎn)換的一般過程　159
圖9.2　時空范圍查詢條件的分解與合并示例　161
圖9.3　并行化時空范圍查詢　161
圖9.4　時空KNN查詢區(qū)域擴展　164
圖10.1　GeoSOT-STDOM系統(tǒng)架構(gòu)與功能模塊　168
圖10.2　基于GeoSOT-STDOM的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成組織　169
圖10.3　數(shù)據(jù)剖分預處理步驟　170
圖10.4　物理視圖　171
圖10.5　GeoSOT-STDOM兩層索引結(jié)構(gòu)　172
圖10.6　GeoSOT-STDOM的數(shù)據(jù)分布示例　172
圖10.7　GeoSOT-STDOM的查詢處理流程　173
圖10.8　數(shù)據(jù)入庫試驗結(jié)果示意圖　175
圖10.9　全局劃分數(shù)據(jù)分布　176
圖10.10　集群節(jié)點層數(shù)據(jù)的訪問時間分布　177
圖10.11　集群節(jié)點層數(shù)據(jù)的訪問時間分布標準差　178
圖10.12　集群節(jié)點層的數(shù)據(jù)量分布