8.1　总结

本书针对地理数据的空间近似空间查询在跨网络的地理数据交互式可视化及交互式分析等应用,分析了全球规模精细化地理要素数据实时化应用中出现的瓶颈问题,利用近似查询方法来改造空间数据库,从而增强其数据处理能力。对相关理论基础、顾及查询误差的顶点层次化表达、顾及多种约束条件的空间近似查询以及面向局部要素更新的顶点层次结构重构进行深入研究,并以全球OpenStreet Map数据的交互式可视化为例对本书中的方法进行实验分析与讨论。本书的主要内容如下。

(1)分析了近似查询、空间近似查询、层次化模型与分布式内存计算理论。本书对近似查询、层次化模型与分布式内存计算理论进行深入分析,将近似查询理论及分布式技术扩展到地理空间领域,发展了空间近似查询的一般性理论与技术,给出了分布式内存计算的预处理方案,并针对地理要素数据,总结了包含表示模型、目标操作、数据采样、误差定义等在内的空间近似查询理论与技术框架。

(2)基于分布式内存计算的地理空间数据层次化建模方法。面向大规模地理数据的交互式可视化需求,利用分布式内存计算框架实现了常规单机无法处理的海量空间数据并行化集群处理,实现了基于现存简化算法及其扩展的地理要素顶点层次结构表达与存储方法,以及面向不同采样方法的数据可视化的误差定义与分析。采用VW算法与扩展的DP算法构建顶点层次结构,分别针对线对象二叉树误差计算时间、组合对象二叉树误差计算时间与层次结构索引构建时间进行对比分析。(https://www.daowen.com)

(3)顾及多种约束条件的空间近似查询处理方法。为实现跨越网络的地理数据在线交互式可视化与探索性空间分析,设计实现了以顶点层次结构与加权广度优化算法为基础,顾及时间、数量与误差约束的空间近似查询处理方法。在此基础上设计实现了基于内存模型与关系模型的空间近似查询处理。该方法扩展了地理信息基础源数据库的功能,使其能够代替从基础源数据中派生的应用数据库,从根本上解决了包含大规模地理要素的数据库的更新问题以及地理空间数据的一致性问题。

(4)面向局部要素更新的顶点层次结构局部重构方法。为适应地理要素集的连续更新模式,实现了顶点层次结构的更新算法,包括数据更新代价计算、更新域确定、二叉树局部重建以及子树重平衡算法,并基于关系模型实现了顶点序列插入、删除、修改的算法。

(5)原型开发与应用。自主开发了面向大规模地理数据交互式可视化的地图服务的软件原型,利用该软件对OpenStreet Map数据进行顶点层次结构的构建与存储、实现顾及多种约束条件的空间近似查询以及顶点层次结构重构。实验基于Spark的分布式内存框架,分别针对500万到4 000万个顶点、0.2万到1.6万个组合对象,依次在1～8个计算节点上实现VW算法与B-DP算法的误差与索引构建,对比分析了两者在预处理阶段的处理效率,验证了B-DP算法的高效性。在预处理结果的基础上,分别针对误差约束和数量约束两种约束条件的查询时间进行对比,表明了空间近似查询处理方法的有效性与实用性。