基于文檔型NoSQL數(shù)據(jù)庫的海量DEM數(shù)據(jù)組織與調(diào)度方法.pdf

1、數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)，是一個(gè)用數(shù)值矩陣表示地面高程的實(shí)體地面模型，是重要的地形數(shù)據(jù)之一。
　　現(xiàn)有DEM數(shù)據(jù)組織方法大多是建立DEM金字塔，將DEM金字塔分層分塊，基于文件或者關(guān)系表以塊為單位按層存儲(chǔ)。金字塔每增加一層，數(shù)據(jù)塊數(shù)量急劇增加，數(shù)據(jù)訪問效率急劇降低。金字塔層級(jí)較高時(shí)難以滿足大規(guī)模地形實(shí)時(shí)漫游的要求。較高的數(shù)據(jù)調(diào)度效率可以提高大規(guī)模地形實(shí)時(shí)漫游的速度。在地形漫游過程中，每

2、次需求的數(shù)據(jù)在空間中都是鄰近的。如果空間中鄰近的數(shù)據(jù)塊在數(shù)據(jù)庫中的存儲(chǔ)位置也是鄰近的，就可以大大提高數(shù)據(jù)的訪問效率。因此，數(shù)據(jù)塊在數(shù)據(jù)庫中的存儲(chǔ)位置要保持空間中的鄰近關(guān)系。面對(duì)大規(guī)模地形場(chǎng)景漫游，數(shù)據(jù)預(yù)取也是提高漫游速度的有效手段之一。現(xiàn)有針對(duì)DEM數(shù)據(jù)的預(yù)取方法主要是根據(jù)視點(diǎn)移動(dòng)的速度和方向預(yù)測(cè)下一時(shí)刻視點(diǎn)的位置。視點(diǎn)沒有速度和方向時(shí)，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)取，因此難以滿足用戶自由操作時(shí)的數(shù)據(jù)預(yù)取要求。
　　本文針對(duì)DEM金字塔存儲(chǔ)模型

3、、DEM金字塔編碼方法和DEM數(shù)據(jù)預(yù)取方法展開了研究。
　　本文主要的研究?jī)?nèi)容和研究成果如下:
　　(1)提出了一種基于嵌套文檔結(jié)構(gòu)的金字塔整體存儲(chǔ)模型。本文將金字塔模型分解為多個(gè)小金字塔，利用文檔型NoSQL數(shù)據(jù)庫的嵌套文檔結(jié)構(gòu)，將小金字塔存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)據(jù)庫文檔中。能夠映射金字塔的層級(jí)結(jié)構(gòu)，保存小金字塔內(nèi)部的嵌套關(guān)系。各個(gè)小金字塔內(nèi)部數(shù)據(jù)塊在數(shù)據(jù)庫中相互鄰近，提高數(shù)據(jù)訪問效率，有利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模地形場(chǎng)景的實(shí)時(shí)漫游。
　　

4、(2)提出了一種兼顧金字塔層級(jí)結(jié)構(gòu)和同層數(shù)據(jù)塊之間鄰近關(guān)系的DEM金字塔編碼方法。本文利用Hilbert曲線對(duì)金字塔的每一層進(jìn)行編碼，將Hilbert編碼與數(shù)據(jù)塊的層級(jí)編碼組合成為數(shù)據(jù)塊編碼。該編碼能夠保存金字塔層級(jí)關(guān)系和金字塔同層數(shù)據(jù)塊之間的空間鄰近關(guān)系，提高數(shù)據(jù)訪問效率，有利于提高地形場(chǎng)景實(shí)時(shí)漫游時(shí)的數(shù)據(jù)調(diào)度速度。
　　(3)提出了一種基于移動(dòng)方向轉(zhuǎn)移矩陣的數(shù)據(jù)預(yù)取方法。本文首先將漫游場(chǎng)景的移動(dòng)映射為數(shù)據(jù)塊集合的移動(dòng)，將數(shù)據(jù)塊

5、集合的移動(dòng)記錄為一個(gè)三維向量。再用一個(gè)六階矩陣記錄相鄰兩次移動(dòng)方向之間的轉(zhuǎn)換情況，將該矩陣作為移動(dòng)方向的預(yù)測(cè)矩陣?；谇耙淮蜠EM數(shù)據(jù)塊的移動(dòng)向量，結(jié)合六階預(yù)測(cè)矩陣，預(yù)測(cè)下一次移動(dòng)的方向和距離。然后，根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)塊集合的范圍預(yù)取DEM數(shù)據(jù)?？梢詫?shí)現(xiàn)用戶自由漫游時(shí)的數(shù)據(jù)預(yù)取，有利于提高地形場(chǎng)景實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
　　(4)原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)。本文建立了原型系統(tǒng)，驗(yàn)證本文提出的DEM金字塔存儲(chǔ)模型、DEM金字塔編碼方法和DEM數(shù)