基于Oracle XML DB的GML存储、查询及索引研究

摘要

从20世纪60年代至今,GIS(Geographic Information System,地理信息系统)作为信息技术的重要组成部分,经过40多年的发展,已经得到了广泛的应用。地理信息系统是一种采集、存储、管理、分析、显示和应用空间数据的计算机系统。而空间数据是地理信息系统的重要组成部分,占据了整个GIS的70％甚至更多,空间数据管理一直是地理信息系统的重要研究方向之一。如何有效的存储、管理和应用空间数据,是直接关系到整个GIS系统的性能和有效性的关键性问题。
　　随着GIS被广泛应用以及其自身的发展,相继出现了各种GIS软件,诸如ArcInfo、MGE、MapInfo、MapGIS、GeoStar、SuperMap等专业GIS软件,与此同时,也就积累了大量的空间数据。然而,由于各个GIS软件厂商采用的数据模型的差异,导致不同GIS软件无法相互利用对方的空间数据,这样就形成了一个个的“信息孤岛”,使得宝贵的空间数据无法达到共享。同时,随着Internet等技术的发展,不同行业、不同部门之间迫切需要实现空间数据共享。为了实现GIS空间数据共享以及互操作,开放式地理信息系统协会(OpenGIS Consortium,OGC)顺应时代的要求,推出了地理标记语言(Geography Markup Language,GML)实施规范。GML是基于XML的地理信息编码规范,它中立于任何厂商、任何平台,为地理信息包括地理要素的空间与非空间特性信息的建模、传输和存储提供了统一的框架。它的出现为空间数据建模、空间数据的共享和和操作提供了很好的解决方案,同时也为WebGIS的发展提供了新的途径。由于GML自身的完善,以及其独有的优势,GML已经成为空间数据编码、交换的国际标准。伴随着GML的发展,出现了大量的GML格式数据,这也给我们带来了新的挑战,即如何有效的存储管理和操作这些GML数据,如何建立适用于GML的良好的空间索引机制以及如何对GML空间数据进行查询操作等问题亟待于解决。那么,本文就是基于以上问题,提出了利用Oracle XML DB技术来存储管理GML空间数据,借助R-树空间索引技术设计了一种数据库外部索引方案,用以提高空间查询以及相关操作的效率,然后结合Oracle XQuery对XML查询的支持,借助NTS开源软件扩展Oracle XQuery,使其支持对GML空间数据的查询。
　　本文所做的主要研究工作包括以下内容:
　　(1)首先简要介绍了GML以及其发展历史,然后分析了GML空间数据模型,对于GML核心模式中的诸如:要素模式、几何模式、坐标参考系统模式、拓扑模式、时态模式以及Coverage模式进行了详细阐述。接着介绍了与GML相关的XML技术,以及如何借助GML提供的核心模式,来进行空间数据建模。
　　(2)由于GML基于XML编码,因此研究当前XML数据存储管理方式,进而结合XML数据的存储管理方式。然后介绍Oracle XML DB的对XML存储管理方式,提出利用Oracle公司推出的XMLDB技术来存储管理GML数据。
　　(3)借助Oracle XQuery对XML查询的支持,结合开源软件NTS设计并实现了一种扩展Oracle XQuery,使其支持对GML的空间查询。
　　(4)由于Oracle XML DB并不支持GML的空间索引,因此,根据GML空间数据的特点,设计并实现了基于R-树索引的空间索引机制。利用R-树索引将有效的提高基于Oracle XML DB设计的GML数据库的查询、检索等相关操作效率。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 课题研究目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 论文研究主要内容

1.5 本文组织结构

第二章 GML数据模型及其相关技术

2.1 GML基础

2.2 GML的发展历程

2.3 GML空间数据模型

2.4 GML相关技术

2.5 基于GML的空间数据建模

2.6 GML解析的设计与实现

第三章 GML空间数据存储机制

3.1 XML简介

3.2 XML数据存储管理方式

3.3 Oracle XML DB简介

3.4 基于Oracle XML DB的XML存储管理

第四章 GML空间数据查询研究

4.1 XML查询语言和技术

4.2 Oracle中的XML查询

4.3 JTS和NTS简介

4.4 扩展Oracle XQuery支持GML空间查询

第五章 GML空间数据索引机制

5.1 Oracle XML DB中的XML索引

5.2空间索引

5.3 基于R-树的空间索引设计及实现

第六章 总结和展望

6.1 论文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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