一种加快WebGIS服务器响应速度的空间索引叶常春+,罗金平,周兴铭(国防科学技术大学计算机学院,湖南长沙410073)ASpatialIndextoImprovetheResponseSpeedofWebGISServersYEChang-Chun+,LUO激n-Ping,ZHOUXing-Ming(InstituteofComputerScienceandTechnology,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)+Correspondingauthor:Phn:+86-731-4573664,E-mail:iamdouble@163,wwnudt.eduReceived2003-12-11;Accepted2004-09-07YeCC,LuoJP,ZhouXM.AspatialindextoimprovetheresponsespeedofWebGISservers.JournalofSoftware,2005,16(5):819826.DOI:10.1360/jos160819Abstract:WebGISserverssenddigitalmapstousers.Foreachrequest-responseround,theserversaccessmapdatainbatches.Theaccesshasafeaturecalledmultiscale,thatis,themapscalesselectedbyusersdeterminethemapdetaillevels.TheaccessmethodbasedonR-treeisnotadaptivetothemultiscaleandbatchfeature.Ithastwoproblems:(1)thedatarecordsoffeaturesofthesamelevelarenotclusteredindisks;(2)thegranularityofdataI/Oistoosmall.Soaccessingmapdatafordisplayisunefficient.ThispaperpresentsanovelspatialindexcalledMultilevelR-tree,whichcansolvethetwoproblems.Thestatisticsfromexperimentsshowthatforrangequeries,theaccessmethodbasedonmultilevelR-treeismuchmoreefficientthantheonebasedonR-treeandcanimprovetheresponsespeedofWebGISServers.Keywords:WebGISservice;spatialdatabase;accessmethod;spatialindex;multilevelR-tree摘要:WebGIS服务器向用户提供电子地图浏览服务.每一个请求/响应回合,服务器端都进行着具有多尺度特性的成批式数据访问.多尺度特性是指地图比例尺决定着地图显示内容的详略.基于R-tree的数据访问方法与多尺度性和成批性不相适应,存在“同级要素弱簇聚”和“I/O粒度偏小”两大问题,绘图数据访问效率不高.提出的多级R-tree能够解决上述两个问题.来自实验的统计数据表明,对于区域查询,基于多级R-tree的访问方法的效率明显高于基于R-tree索引的访问方法.使用多级R-tree能够有效地提高WebGIS服务器的响应速度.关键词:WebGIS服务;空间数据库;访问方法;空间索引;多级R-tree中图法分类号:TP391文献标识码:A现今,基于WebGIS,越来越多的Internet用户通过Web浏览器阅读电子地图.WebGIS服务器管理着大型地图数据库,响应用户请求,向浏览器传送背景地图和文字或符号标注.其中,背景地图的数据量占大比重.由于每一个请求/响应回合都有可能传送新的背景地图,所以背景地图发布效率是WebGIS应用的关键指标.本文提出一种能够有效提高WebGIS服务器发布地图速度的方法.作者简介:叶常春(1974－),男,浙江东阳人,博士,讲师,主要研究领域为空间数据库技术;罗金平(1970－),男,博士,副研究员,主要研究领域为计算机体系结构,GIS应用;周兴铭(1938－),男,教授,博士生导师,中国科学院院士,主要研究领域为计算机体系结构,并行与分布数据库,移动计算.每次地图发布,服务器执行区域查询Q(w,s),数据访问过程分两步:第1步是索引检索,得到出现于比例尺s的地图上并与查询窗口w相交的一批要素(即空间对象).第2步是数据I/O,把这些要素的数据记录从处在二级存储系统内的地图数据库取出并发布给浏览器.很明显,区域查询Q(w,s)的效率决定着WebGIS服务器的响应速度.使用空间索引是提高空间查询效率的必要手段.各种各样的空间索引已被用来组织地图数据库.它们基于以下假设:由于拥有有限的可用内存,软件系统不能够把空间索引完整地装载入内存.也就是说,只有索引树的一部分能够始终驻留内存.由于索引检索涉及磁盘I/O,使得检索过程的时间开销在数据访问的总时间开销中占较大比重,所以以往提出的空间索引技术的核心目标是减少索引检索的时间开销.但技术的发展使得内存价格低廉.服务器乃至PC机能够配备大容量物理内存.因此,空间索引在应用系统运行期间完整地驻留内存是可行的.我们的实验数据(见第4节)表明,R-tree索引树常驻内存时,查询检索时间开销不到数据I/O时间开销的二十分之一.我们估计,对于其他空间索引种类,查询...
