面向WFS服务的多路空间连接查询优化理论研究

The Web Feature Service Implementation Specification has introduced a new way to interoperate spatial data between the heterogeneous geographical information systems. It is regarded as a promising technique as it has been implemented in a lot of well-known GIS softwares. However processing a multi-way-spatial-join query from some WFSs is really a time-consuming task for it usually engages a high transmission cost. Our works are focused on the following aspects:.(1)Based on partitioning and spatial semi-jion strategy, a strategy employing quadtree or KD-tree partitioning method is proposed to reduce transmission cost of a 2-way query..(2)The selectivity of the two datasets to be joined is estimated before they are downloaded. Two grid partitioning based techniques, i.e., Geometric histogram and the method of power laws, are modified according to the specification of the WFS. .(3) A multi-way spatial join is reduced to the sequences of 2-way joins. We present the following rules to determine the order of the 2-way joins, to ensure the total performance : (1) to run the join with highest filtering rate firstly; (2) the query graph can be broken into several sub-graphs at the joins with high repeation rate and those "broken" joins are run after those sub-graphs that have been concurrently excuted.

网络要素服务（WFS）规范支持异构地理信息系统之间矢量空间数据互操作，目前得到多个GIS基础软件平台的支持，应用前景好。在面向WFS服务进行多路空间连接查询时，网络数据传输代价较高且常占主导作用，本项目结合WFS服务规范的特点，借鉴国内外在空间连接处理方面的研究成果，进行以下创新性探讨：.（1）提出空间半连接-区域划分的非候选空间对象过滤策略，采用四叉树划分、KD-Tree区域划分方法，降低面向WFS服务的二路空间连接查询网络传输代价。.（2）在几何直方图法和幂指数法的基础上，提出适合于WFS服务规范的格网-几何直方图法和格网-幂指数法，在数据下载之前评估WFS服务的二路空间连接选择率、过滤率。.（3）针对多路空间连接，提出优先执行过滤率高的连接、把重复率高的连接"断开"将查询图分解成为多个子图并行执行等准则，确定各数据集的下载（或连接）次序，从整体上降低网络传输代价。

开放式地理信息联盟制定的网络要素服务规范定义了基于HTTP协议访问和更新矢量地理要素的接口，解决异构GIS之间矢量空间数据互操作与共享问题。在服务集成应用过程中，用户的需求往往不能通过单一地调用某一个服务完成，而是需要调用多个服务并且将服务的结果综合后得到结果。在WFS服务器端生成XML文档、网络间传输、客户端解析会产生较大的执行代价，本项目提出研究面向WFS服务的多路空间连接查询优化处理理论与方法。.在空间连接查询处理时，多数情况会有大量的空间对象不会出现在最终的结果集合中，本项目的研究目的是尽量剔除这些对象，使得服务器端XML编码、网络传输和服务端解码工作量降低。项目组参照OGC提出的WFS规范，利用ArcGIS Engine开发平台模拟设计适合本项目测试的WFS服务端软件；针对WFS服务规范，采用数据分布探测，提出适合于WFS服务规范的二路空间连接查询选择率、过滤率评估方法，并采用KD树、四叉树、规则格网区域划分方法，设计基于区域划分和空间半连接相结合的空间连接查询非候选空间对象下载策略，并做实验进行比较分析；针对面向WFS服务的多路空间连接查询，提出了二路连接执行次序的优先准则，设计查询计划生成算法。设计和开发面向WFS服务的二路和多路空间连接查询优化客户端程序，并做了相关实验。实验结果表明，在大多数情况下，优化方法取得了较好的效果。