分布式多尺度空間數據查詢方法及系統的製作方法
2023-05-25 18:05:21
分布式多尺度空間數據查詢方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種分布式多尺度空間數據查詢方法及系統，該分布式多尺度空間數據查詢方法包括：S1：獲取查詢請求信息，所述查詢請求信息至少包括目標數據的目標區域；S2：根據所述查詢請求信息在第一級索引中確定所述目標數據對應的索引層，在所述第一級索引中，不同索引層對應的比例尺不相同；S3：根據所述目標數據的目標區域在所述目標數據對應的索引層中查找所述目標數據的目標數據服務；S4：獲取對應所述目標數據服務的第二級索引；S5：根據所述目標數據的目標區域在所述第二級索引中查詢得到所述目標數據的網絡訪問地址。本發明可以實現快速檢索海量數據的空間實體對象。
【專利說明】分布式多尺度空間數據查詢方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及計算機領域，尤其涉及一種分布式多尺度空間數據查詢方法及系統。
【背景技術】
[0002]隨著空間信息技術理論和技術的發展，其在眾多行業中的應用越來越深入，對空間數據的依賴也越來越高，空間數據量急速增長造成了空間數據管理和訪問效率低下。
[0003]在大尺度範圍的GIS應用中，空間數據常常需要採用分布式存儲:一方面不同層次用戶對數據範圍、內容和操作的需求不同，集中存儲很大程度上會造成高性能的存儲和計算資源的浪費，另一方面海量的空間數據集中存儲對硬體設備、網絡環境和管理水平要求很高。不同層次用戶對數據的空間和屬性的尺度需求是不同的，例如縣鄉級土地管理部門要管理到具體圖斑，要查看1:1萬甚至更高比例尺的圖斑圖形及其詳細屬性，而省級管理部門一般只需要查看經過地圖綜合的小比例尺圖斑圖形和以縣鄉為單元的統計數據，但當查詢範圍很小時則也需要查看大比例尺的圖斑及其詳細屬性，因此業務系統中會管理運行著大量內容相關但比例尺不同的多級空間數據。如何組織管理好這種分布式存儲的多級比例尺的海量空間數據並構建高效的索引，是解決分布式海量空間數據高效檢索和可視化的一個關鍵技術難點。
[0004]在單個數據存儲節點的同一層空間數據上建立空間數據索引，可以有效的提高該層空間數據檢索效率。空間索引根據空間對象的位置和形狀或空間對象之間的某種空間關係按一定的順序排列的一種數據結構，介於空間操作算法和空間對象之間，它是通過篩選排除大量與特定空間操作無關的空間對象，從而提高空間操作的速度和效率。常用的空間索引方法包括B樹、Κ-D樹、四叉樹、R樹及其變種和格網索引等，然而，B樹、Κ-D樹、四叉樹、R樹及其變種和格網索引等常用的空間索引方法主要解決數據存儲節點內部空間數據索引問題，無法用於分布式多尺度空間數據存儲節點間的索引，在單個存儲節點內，如果存在同一主題多比例尺的空間數據，空間對象重疊度高，會導致常用空間索引效率下降、維護困難，另外，常用空間索引與空間實體對象的物理存儲直接相關，對於分布式環境中的單個存儲節點，需要對外提供基於網絡URL的訪問接口，常用空間索引也無法滿足直接到網絡URL的檢索結果的需求。
[0005]對於分布式空間數據的組織，目前主要通常採用元數據註冊的方式，即將分布式空間數據以標準服務的形式進行發布，並在元數據伺服器上註冊，用戶在檢索時，先查詢元數據伺服器，通過元數據匹配找到對應的數據服務資源，再通過相應的空間數據服務接口查找相關空間對象，元數據註冊方案能夠有效的組織分布空間數據，但是其數據檢索效率很低，通常需要對元數據伺服器進行遍歷後確定目標空間數據服務，然後在在空間數據服務中查找目標空間數據對象，且當元數據伺服器分布在不同的網絡中時，檢索效率會進一步降低。
【發明內容】
[0006](一)要解決的技術問題
[0007]本發明要解決的技術問題是提供一種分布式多尺度空間數據查詢方法及系統，能夠實現快速檢索海量數據的空間實體對象。
[0008]( 二)技術方案
[0009]為解決上述技術問題，本發明的技術方案提供了一種分布式多尺度空間數據查詢方法，包括:
[0010]S1:獲取查詢請求信息，所述查詢請求信息至少包括目標數據的目標區域；
[0011]S2:根據所述查詢請求信息在第一級索引中確定所述目標數據對應的索引層，在所述第一級索引中，不同索引層對應的比例尺不相同；
[0012]S3:根據所述目標數據的目標區域在所述目標數據對應的索引層中查找所述目標數據的目標數據服務；
[0013]S4:獲取對應所述目標數據服務的第二級索引；
[0014]S5:根據所述目標數據的目標區域在所述第二級索引中查詢得到所述目標數據的網絡訪問地址。
[0015]進一步地,步驟S1包括:
[0016]獲取用戶輸入的查詢範圍；
[0017]將所述查詢範圍的最小外接矩形作為所述目標數據的目標區域。
[0018]進一步地,步驟S2包括:
[0019]將所述目標區域的長和寬中的最大值作為檢索格網的邊長，所述檢索格網為正方形；
[0020]按照對應格網面積從小到大的順序將所述第一級索引中的索引層與所述檢索格網進行大小比較，若當前索引層的格網面積大於或等於所述檢索格網的面積，將所述當前索引層作為所述目標數據對應的索引層。
[0021]進一步地，步驟S5之後還包括:
[0022]將所述網絡訪問地址按照列表方式直接返給用戶。
[0023]進一步地,步驟S5之後還包括:
[0024]根據所述網絡訪問地址讀取所述目標數據並將所述目標數據進行展示。
[0025]為解決上述技術問題，本發明還提供了一種分布式多尺度空間數據查詢系統，包括查詢請求接收模塊和數據查詢模塊；
[0026]所述查詢請求接收模塊,用於獲取查詢請求信息，所述查詢請求信息至少包括目標數據的目標區域；
[0027]所述數據查詢模塊包括第一查詢子模塊、第二查詢子模塊、獲取子模塊和第三查詢子模塊；
[0028]所述第一查詢子模塊，用於根據所述查詢請求信息在第一級索引中確定所述目標數據對應的索引層，在所述第一級索引中，不同索引層對應的比例尺不相同；
[0029]所述第二查詢子模塊，用於根據所述目標數據的目標區域在所述目標數據對應的索引層中查找所述目標數據的目標數據服務；
[0030]所述獲取子模塊，用於獲取對應所述目標數據服務的第二級索引；
[0031]所述第三查詢子模塊，用於根據所述目標數據的目標區域在所述第二級索引中查詢得到所述目標數據的網絡訪問地址。
[0032]進一步地，所述查詢請求接收模塊包括:
[0033]接收子模塊，用於獲取用戶輸入的查詢範圍；
[0034]計算子模塊，用於將所述查詢範圍的最小外接矩形作為所述目標數據的目標區域。
[0035]進一步地，所述第一查詢子模塊包括:
[0036]檢索格網獲取單元，用於將所述目標區域的長和寬中的最大值作為檢索格網的邊長，所述檢索格網為正方形；
[0037]比較單元，用於按照對應格網面積從小到大的順序將所述第一級索引中的索引層與所述檢索格網進行大小比較，若當前索引層的格網面積大於或等於所述檢索格網的面積，將所述當前索引層作為所述目標數據對應的索引層。
[0038]進一步地,還包括:
[0039]第一結果輸出模塊，用於將所述網絡訪問地址按照列表方式直接返給用戶。
[0040]進一步地,還包括:
[0041]第二結果輸出模塊，用於根據所述網絡訪問地址讀取所述目標數據並將所述目標數據進行展示。
[0042](三)有益效果
[0043]本發明通過二級索引，為數據檢索請求提供直接到空間實體對象的檢索結果，通過對分布式的數據服務的緩存和索引，以及數據服務URL的索引結構的建立，可以實現快速檢索海量數據的空間實體對象，此外，由於二級索引被緩存到用於一級索引保存的空間數據檢索伺服器，因此檢索過程全部在空間數據檢索伺服器上進行，保證了檢索的速度和穩定性，只有在根據索引結果訪問實際空間數據對象時才需要訪問其他分布數據伺服器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0044]圖1是本發明實施方式提供的一種分布式多尺度空間數據查詢方法的流程圖；
[0045]圖2是本發明實施方式提供的一種分布式多尺度空間數據二級索引結構的示意圖；
[0046]圖3是本發明實施方式提供的另一種分布式多尺度空間數據查詢方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0047]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
[0048]圖1是本發明實施方式提供的一種分布式多尺度空間數據查詢方法的流程圖，包括:
[0049]S1:獲取查詢請求信息，所述查詢請求信息至少包括目標數據的目標區域；
[0050]S2:根據所述查詢請求信息在第一級索引中確定所述目標數據對應的索引層，在所述第一級索引中，不同索引層對應的比例尺不相同；
[0051]S3:根據所述目標數據的目標區域在所述目標數據對應的索引層中查找所述目標數據的目標數據服務；
[0052]S4:獲取對應所述目標數據服務的第二級索引；
[0053]S5:根據所述目標數據的目標區域在所述第二級索引中查詢得到所述目標數據的網絡訪問地址。
[0054]其中，步驟S1包括:獲取用戶輸入的查詢範圍；將所述查詢範圍的最小外接矩形作為所述目標數據的目標區域。具體地，在本發明中，查詢請求信息至少包括目標數據的目標區域，目標區域是一個矩形，如果用戶輸入的查詢範圍為通過程序界面繪製或選擇的一個矩形、多邊形或線，則可以計算其最小外界矩形(MBR)作為目標區域(Envelope)，如果用戶輸入的查詢範圍為一個點(即在程序界面點擊進行查詢)，可以以該點為中心，界面上3個像素為寬度的正方形作為目標區域。此外，查詢請求信息還可以包括比例尺參數，該比例尺參數可通過用戶輸入得到，若用戶輸入的信息只包括查詢範圍(即比例尺參數為空缺)，則可以根據查詢範圍來確定目標數據的比例尺參數。
[0055]具體地，本發明可通過使用如圖2所示的二級索引結構進行查詢，其中，第二級索引是建立在一個數據服務之上的，該數據服務的邊界會作為一個空間數據對象連同其第二級索引會被緩存至空間數據檢索伺服器上；第一級索引針對的是緩存在空間數據檢索伺服器上的空間數據對象，每一個空間數據對象與一個分布式空間數據服務對應。下面對分布式多尺度空間數據的二級索引結構和特點進行說明。
[0056]第二級索引的結構和特點如下:
[0057](11)每個第二級索引是建立在一個數據服務之上，空間數據存儲節點中一個數據集對應一個數據服務，數據服務採用rest服務方式提供對數據集內空間實體對象的URL訪問，當前主流GIS服務軟體均可滿足該數據發布需求；
[0058](12)採用常用的多級格網索引或R樹索引方式對數據集創建空間索引，索引中葉節點對應的索引地址為空間實體對象的訪問URL ；
[0059](13)第二級索引將作為該數據服務的附加信息，在空間數據檢索伺服器進行保存。
[0060]第一級索引的結構和特點如下:
[0061](21)第一級索引組織的對象是數據服務，空間數據檢索伺服器遍歷全部可用的數據服務，提取數據服務對應數據集的邊界、比例尺和二級索引信息，以邊界多邊形為圖形信息，以其比例尺和第二級索引信息為屬性信息建立空間實體對象，並將全部空間實體對象保存到一個空間數據層；
[0062](22)上述數據服務的邊界定義包括兩種方式:如果該數據集及存在明確的數據採集範圍(如一個縣或者市)，則用該範圍邊界作為外邊界；如果沒有明確的數據採集範圍，則使用該數據集中全部對象的最小包圍凸多邊形作為邊界；
[0063](23)數據服務的比例尺為原始數據的採集比例尺，通常為國家基本比例尺中定義的中大比例尺，即1:100萬、1:50萬、1:25萬、1:10萬、1:5萬、1:2.5萬、1:1萬、1:5000、1:2000、1:1000、1:500 ；
[0064](24)第二級索引信息是指地圖服務中空間實體對象的完整索引文件；
[0065](25)第一級索引採用常用的多級網格索引方式對(21)中建立的空間數據層進行索引，索引層的級別的劃分按照比例尺，即存在幾級的比例尺的數據就劃分幾個索引層，不同索引層對應的比例尺不相同；
[0066](26)空間數據層內的空間實體對象按照其比例尺屬性在對應級別的索引層內建立索引，即記錄每個格網內包含的空間實體對象，對於不存在對象的索引層可以忽略；
[0067](27)索引格網的劃分從最大比例尺的底層開始，其格網大小計算方法是空間數據層內的最大比例尺的空間實體對象的最小外接矩形的平均寬和平均高的均值的3倍；
[0068](28)設最大比例尺\索引層的格網大小為&，計算比例尺為S的索引層格網大小G的公式是:G = S0*G0/So
[0069]本發明採用二級索引結構:第一級索引定位到空間數據服務；第二級索引指向目標空間數據對象的服務訪問路徑。在第一級索引中，將每個數據服務的空間和特徵抽象為一個空間對象進行存儲，作為一級索引中的檢索對象，一級索引的葉節點對應的是一個數據服務的索引，第一級索引按照比例尺進行分層，對應不同比例尺數據源的空間實體對象放到不同索引層上建立索引，第二級索引中葉節點指針指向的不是物理存儲地址而是一個獲取該對象完整信息的URL。
[0070]其中，在分布式多尺度空間數據查詢方法中，步驟S2包括:
[0071]將所述目標區域的長和寬中的最大值作為檢索格網的邊長，所述檢索格網為正方形；
[0072]按照對應格網面積從小到大的順序將所述第一級索引中的索引層與所述檢索格網進行大小比較，若當前索引層的格網面積大於或等於所述檢索格網的面積，將所述當前索引層作為所述目標數據對應的索引層。
[0073]優選地，步驟S5之後還包括:
[0074]將所述網絡訪問地址按照列表方式直接返給用戶。
[0075]優選地，步驟S5之後還包括:
[0076]根據所述網絡訪問地址讀取所述目標數據並將所述目標數據進行展示。
[0077]具體地，參見圖3，在上述二級索引結構的基礎上，其執行查詢的流程包括，首先，根據用戶輸入的信息確定在第一級索引中的檢索層(即目標數據對應的索引層)，具體地，如果用戶輸入的信息中的比例尺參數不為空，則直接根據輸入比例尺確定對應的檢索層；如果輸入的比例尺參數為空，則按照下面方法確定檢索層:根據用戶輸入的查詢範圍確定目標區域，取目標區域的寬和高的最大值最為檢索格網(SearchGrid)的邊長；從第一級索引的底層索引層(格網最小，數據比例尺最大)逐層向上對比格網大小，如果當前索引層格網大於等於檢索格網(SearchGrid)，則使用當前索引層作為目標數據的檢索層；根據確定的索引層和目標區域在第一級索引中查找目標數據服務，具體查找方法與常用格網索引的檢索方式相同；而後，遍歷上一步中獲得的目標數據服務在空間數據檢索伺服器保存的二級索引文件，對每個索引文件採用檢索範圍Envelope查找空間實體對象，查找方式與一般格網索引或R樹索引的檢索方式相同；最後在得到所有目標空間數據對象的網絡訪問地址之後，將這些訪問地址可以按照列表方式直接返回給用戶，或者從數據服務中讀取數據內容並在結果輸出模塊進行展示，具體地，展示查詢結果的方法為:(1)根據數據訪問地址將結果分組，來源於同一數據服務的對象分為一組；(2)按照分組逐一進行異步的數據請求，在用戶界面顯示請求的數據總數和返回結果的數量；(3)根據返回的坐標或坐標序列在用戶界面繪製點、線、面等對象，通過點擊圖形對象或結果列表的方式展示圖形對象的相關的屬性。
[0078]本發明通過二級索引，為數據檢索請求提供直接到空間實體對象的檢索結果，通過對分布式的數據服務的緩存和索引，以及數據服務URL的索引結構的建立，可以實現快速檢索海量數據的空間實體對象，此外，由於二級索引被緩存到用於一級索引保存的空間數據檢索伺服器，因此檢索過程全部在空間數據檢索伺服器上進行，保證了檢索的速度和穩定性，只有在根據索引結果訪問實際空間數據對象時才需要訪問其他分布數據伺服器。
[0079]本發明實施方式還提供了一種分布式多尺度空間數據查詢系統，包括查詢請求接收模塊和數據查詢模塊；
[0080]所述查詢請求接收模塊,用於獲取查詢請求信息，所述查詢請求信息至少包括目標數據的目標區域；
[0081]所述數據查詢模塊包括第一查詢子模塊、第二查詢子模塊、獲取子模塊和第三查詢子模塊；
[0082]所述第一查詢子模塊，用於根據所述查詢請求信息在第一級索引中確定所述目標數據對應的索引層，在所述第一級索引中，不同索引層對應的比例尺不相同；
[0083]所述第二查詢子模塊，用於根據所述目標數據的目標區域在所述目標數據對應的索引層中查找所述目標數據的目標數據服務；
[0084]所述獲取子模塊，用於獲取對應所述目標數據服務的第二級索引；
[0085]所述第三查詢子模塊，用於根據所述目標數據的目標區域在所述第二級索引中查詢得到所述目標數據的網絡訪問地址。
[0086]其中，所述查詢請求接收模塊包括:
[0087]接收子模塊，用於獲取用戶輸入的查詢範圍；
[0088]計算子模塊，用於將所述查詢範圍的最小外接矩形作為所述目標數據的目標區域。
[0089]其中，所述第一查詢子模塊包括:
[0090]檢索格網獲取單元，用於將所述目標區域的長和寬中的最大值作為檢索格網的邊長，所述檢索格網為正方形；
[0091]比較單元，用於按照對應格網面積從小到大的順序將所述第一級索引中的索引層與所述檢索格網進行大小比較，若當前索引層的格網面積大於或等於所述檢索格網的面積，將所述當前索引層作為所述目標數據對應的索引層。
[0092]優選地，上述的分布式多尺度空間數據查詢系統還包括:第一結果輸出模塊，用於將所述網絡訪問地址按照列表方式直接返給用戶。
[0093]優選地，上述的分布式多尺度空間數據查詢系統還包括:第二結果輸出模塊，用於根據所述網絡訪問地址讀取所述目標數據並將所述目標數據進行展示。
[0094]以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。
【權利要求】
1.一種分布式多尺度空間數據查詢方法，其特徵在於，包括: S1:獲取查詢請求信息，所述查詢請求信息至少包括目標數據的目標區域； 52:根據所述查詢請求信息在第一級索引中確定所述目標數據對應的索引層，在所述第一級索引中，不同索引層對應的比例尺不相同； 53:根據所述目標數據的目標區域在所述目標數據對應的索引層中查找所述目標數據的目標數據服務； 54:獲取對應所述目標數據服務的第二級索引； 55:根據所述目標數據的目標區域在所述第二級索引中查詢得到所述目標數據的網絡訪問地址。
2.根據權利要求1所述的分布式多尺度空間數據查詢方法，其特徵在於，步驟SI包括: 獲取用戶輸入的查詢範圍； 將所述查詢範圍的最小外接矩形作為所述目標數據的目標區域。
3.根據權利要求2所述的分布式多尺度空間數據查詢方法，其特徵在於，步驟S2包括: 將所述目標區域的長和寬中的最大值作為檢索格網的邊長，所述檢索格網為正方形；按照對應格網面積從小到大的順序將所述第一級索引中的索引層與所述檢索格網進行大小比較，若當前索引層的格網面積大於或等於所述檢索格網的面積，將所述當前索引層作為所述目標數據對應的索引層。
4.根據權利要求1所述的分布式多尺度空間數據查詢方法，其特徵在於，步驟S5之後還包括: 將所述網絡訪問地址按照列表方式直接返給用戶。
5.根據權利要求1所述的分布式多尺度空間數據查詢方法，其特徵在於，步驟S5之後還包括: 根據所述網絡訪問地址讀取所述目標數據並將所述目標數據進行展示。
6.一種分布式多尺度空間數據查詢系統，其特徵在於，包括查詢請求接收模塊和數據查詢模塊； 所述查詢請求接收模塊,用於獲取查詢請求信息,所述查詢請求信息至少包括目標數據的目標區域； 所述數據查詢模塊包括第一查詢子模塊、第二查詢子模塊、獲取子模塊和第三查詢子模塊； 所述第一查詢子模塊，用於根據所述查詢請求信息在第一級索引中確定所述目標數據對應的索引層，在所述第一級索引中，不同索引層對應的比例尺不相同； 所述第二查詢子模塊，用於根據所述目標數據的目標區域在所述目標數據對應的索引層中查找所述目標數據的目標數據服務； 所述獲取子模塊，用於獲取對應所述目標數據服務的第二級索引； 所述第三查詢子模塊，用於根據所述目標數據的目標區域在所述第二級索引中查詢得到所述目標數據的網絡訪問地址。
7.根據權利要求6所述的分布式多尺度空間數據查詢系統，其特徵在於，所述查詢請求接收模塊包括: 接收子模塊，用於獲取用戶輸入的查詢範圍； 計算子模塊，用於將所述查詢範圍的最小外接矩形作為所述目標數據的目標區域。
8.根據權利要求7所述的分布式多尺度空間數據查詢系統，其特徵在於，所述第一查詢子模塊包括: 檢索格網獲取單元，用於將所述目標區域的長和寬中的最大值作為檢索格網的邊長，所述檢索格網為正方形； 比較單元，用於按照對應格網面積從小到大的順序將所述第一級索引中的索引層與所述檢索格網進行大小比較，若當前索引層的格網面積大於或等於所述檢索格網的面積，將所述當前索引層作為所述目標數據對應的索引層。
9.根據權利要求6所述的分布式多尺度空間數據查詢系統，其特徵在於，還包括: 第一結果輸出模塊，用於將所述網絡訪問地址按照列表方式直接返給用戶。
10.根據權利要求6所述的分布式多尺度空間數據查詢系統，其特徵在於，還包括: 第二結果輸出模塊，用於根據所述網絡訪問地址讀取所述目標數據並將所述目標數據進行展示。
【文檔編號】G06F17/30GK104281701SQ201410559530
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月20日 優先權日:2014年10月20日
【發明者】郝星耀, 潘瑜春, 高秉博, 周豔兵, 郜允兵, 單東方, 李淑華, 劉玉, 唐秀美, 任豔敏 申請人:北京農業信息技術研究中心