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时空数据库数据模型和查询语言的研究与实现

作　者: 段海亮
导　师: 秦小麟
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 时空数据库 数据模型 复合数据类型 查询语言 NHSTDB
分类号: TP311.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


时空数据库是在空间数据库、时态数据库基础上形成的研究热点。时空数据库主要用于处理随时间离散或者连续变化的空间对象,其核心内容为时空对象数据建模、存储结构和拓扑分析操作,目的在于为空间信息尤其是时空信息提供一个高可靠、高效率的基础软件平台用于分析和决策。本文主要针对时空数据库研究中的一些关键性问题进行有益和深入的讨论,主要工作包括以下几个部分:(1)在讨论时空数据库核心问题的基础上,通过使用基于数据类型的时空数据建模思想,按照从抽象到离散的建模思路,给出了完整的时空数据类型系统定义,并提出两类新的时空数据类型,丰富了原来类型系统的表达能力。第一类是可以支持描述历史-将来运动的时空对象的数据类型,这种类型可以很好的支持全时间域内的查询,解决了之前的数据类型不能很好的同时支持过去和将来运动的缺点。第二类是可以支持时空对象在运动周期内可能发生分形(拓扑结构发生变化)的时空复合类型,这种类型可以表示更复杂的时空对象,解决了之前一种数据类型只能描述一种拓扑结构时空对象的缺点。(2)根据提出的时空数据类型系统,给出时空代数系统实现时的核心数据结构,为了同时高效的支持不同类型的查询,对时空对象的快照元素采用顺序和二级平衡二叉树AVL两种存储结构,实现时采用STL中的Vector和Set数据结构。在此基础上,共设计实现了5大类92个时空操作,时空数据类型和这些操作结合在一起形成了一个完整的时空代数系统。最后给出了一个典型时空操作算法的具体实现。(3)基于O-RDBMS AMOSII扩充实现了时空数据库管理系统NHSTDB。详细讨论了扩充的技术路线及查询语言的设计,给出NHSTDB中时空类型体系和相应的操作函数,设计实现了9个NHSTDB时空类型数据信息到时空代数系统的操作结构转换算法。最后通过一个实际的应用实例,详细说明了NHSTDB的使用方法,证实NHSTDB的易用性和高效性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
图清单  8-9
表清单  9-10
注释表  10-11
第一章 绪论  11-15
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 时空数据库核心问题  12-13
  1.3 课题研究的目标  13
  1.4 本文的研究工作和组织  13-15
    1.4.1 主要研究工作  13-14
    1.4.2 本文的组织和安排  14-15
第二章 时空数据库概述  15-21
  2.1 时空数据模型  15-17
  2.2 时空数据库查询语言  17-18
  2.3 时空数据库索引技术  18
  2.4 时空数据库实现结构  18-20
  2.5 本章小结  20-21
第三章 基于数据类型的时空数据模型  21-32
  3.1 引言  21
  3.2 类型系统  21-22
  3.3 抽象数据类型  22-25
    3.3.1 基本数据类型  22
    3.3.2 时间数据类型  22-23
    3.3.3 空间数据类型  23-24
    3.3.4 范围数据类型  24
    3.3.5 时态和时空数据类型  24-25
  3.4 时空数据的离散模型  25-26
    3.4.1 基本类型和时间类型  25
    3.4.2 空间类型  25-26
    3.4.3 范围类型  26
    3.4.4 时态和时空类型  26
  3.5 复合时空数据类型  26-29
    3.5.1 支持历史和将来运动的数据类型  27-28
    3.5.2 支持运动中发生分形的数据类型  28-29
  3.6 时空数据操作的描述  29-31
  3.7 本章小结  31-32
第四章 时空数据库的查询语言  32-43
  4.1 引言  32
  4.2 核心时空数据类型实现  32-41
    4.2.1 空间数据类型  32-35
    4.2.2 区间集类型  35-37
    4.2.3 单元类型  37-38
    4.2.4 时空类型  38-41
  4.3 典型时空操作算法的实现  41-42
  4.4 本章小结  42-43
第五章 时空数据库管理系统NHSTDB 设计与实现  43-62
  5.1 AMOSII 简介  43-45
    5.1.1 AMOSII 的数据模型  43-44
    5.1.2 AMOSII 的C 接口  44-45
  5.2 NHSTDB 体系结构  45-50
    5.2.1 系统结构  45-46
    5.2.2 时空对象的存储技术  46-47
    5.2.3 活动序列调度器  47-50
  5.3 NHSTDB 时空类型系统  50-57
    5.3.1 基本空间元素point 和segment  50-51
    5.3.2 空间类型体系设计  51-53
    5.3.3 时空类型体系设计  53-57
  5.4 NHSTDB 查询语言  57-58
  5.5 系统使用示例  58-61
    5.5.1 示例数据库逻辑设计  58-59
    5.5.2 示例数据库查询  59-61
  5.6 本章小结  61-62
第六章 总结和展望  62-64
  6.1 论文总结  62
  6.2 进一步研究与展望  62-63
  6.3 对时空数据库的一点思考  63-64
参考文献  64-68
致谢  68-69
在学期间的研究成果及发表的学术论文  69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机软件 > 程序设计、软件工程 > 程序设计 > 数据库理论与系统
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