空间连接及最近邻变体查询研究

【摘要】随着空间数据库在地理信息系统(GIS)、卫星图像数据处理系统、计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)、多媒体系统等领域的广泛应用，作为空间数据库中的核心问题的空间查询已成为空间数据库的重点研究问题。查询效率是衡量空间数据库性能的重要指标，在许多实际应用中对各种空间查询提出了迫切的要求，空间查询的性能是这些应用成功的关键。空间连接查询和最近邻查询是空间查询中的重要查询，研究新的算法用以提高这两种查询的效率对空间查询具有重要意义。本文对空间连接查询和最近邻的变体查询进行研究，主要的工作可概括为以下5点：1.针对限定范围内的空间连接查询问题进行研究，提出受限空间连接查询的概念，分析该查询的特征，给出两个直接处理方法，并给出基于R-tree的受限空间连接算法。利用混合索引结构QR-tree的优良特性，提出基于QR-tree的受限空间连接查询算法，该方法既能避免R-tree的节点重复，又能克服四叉树较大的存储代价，解决了空间连接查询代价昂贵的问题。对算法的查询代价进行分析和比较，理论和实验证明算法具有较高的查询效率。2.针对障碍物环境中的反向最近邻查询进行研究，提出基于障碍距离的反向最近邻查询的新变体，即障碍反向最近邻查询，给定查询数据集及障碍集和查询点，障碍反向最近邻查询找到查询数据集中以查询点为障碍最近邻的点，给出障碍反向最近邻查询的过滤-精炼算法，通过实验证明所提的算法具有较高效率。3.针对障碍物环境中的组最近邻查询进行研究，提出基于障碍距离的组最近邻查询的新变体，即组障碍最近邻查询，即查找数据集中距离一组对象的障碍距离之和最小的点。根据点与查询点集的MBR之间的位置关系，构造各种情况下的剪枝区域。利用剪枝区域对障碍集进行剪枝，给出点与查询点集之间的障碍距离计算算法。定义组障碍最近邻查询的剪枝规则，结合障碍距离计算算法给出组障碍最近邻查询算法。通过实验证明所提的算法具有较高效率。4.针对动态环境中的连续反向最近邻查询进行研究，按照单色和双色两种情况，分别给出基于Voronoi图的连续单色和连续双色反向最近邻查询算法，算法按照移动点Voronoi图的拓扑结构是否改变分为两种情况，分别给出每种情况对应的解决方法。提出障碍环境中连续反向最近邻查询的新变体，即连续可视反向最近邻查询，找到数据集中将查询线段作为可视最近邻的点，利用线段的可视性判断和相应的剪枝规则，提出连续可视反向最近邻查询的算法及相关定理和证明。实验证明，算法具有较高的查询效率。5.针对平面线段的空间查询进行研究，提出线段最近对查询，即查找两个线段集中距离最小的线段对，提出基于Voronoi图的线段最近对查询算法，算法分别建立两个线段集的Voronoi图，利用Voronoi图的优良特性找到结果。对平面线段的反向最近邻查询进行研究，提出基于Voronoi图的线段反向最近邻查询算法，根据查询线段与线段集是否相交两种情况进行研究，分别给出相应的处理方法。实验证明所提的算法具有较高效率。
【作者】杨泽雪；
【导师】郝忠孝；
【作者基本信息】哈尔滨理工大学，计算机应用技术，2014，博士
【关键词】空间连接查询；最近邻查询；反向最近邻查询；最近对查询；组最近邻查询；

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