海量3D点云数据压缩与空间索引技术

针对3D模型中海量点云数据压缩与空间索引低效问题和漫游过程中相邻两次查询窗口重叠是大概率事件问题,提出邻点差值渐进压缩和基于裁剪重叠区域进行冗余处理的R树空间索引方法。首先,利用八叉树对3D模型进行空间剖分,借助Morton码对每个叶节点管理的点云数据排序,按照R树叶节点的外接立方体大小对数据进行分块,计算块内相邻点数据差值,以块为单位渐进压缩差值,批量读取这些数据块创建R树;其次,借助上次查询窗口范围计算本次查询有效范围;最后,给出基于R树索引的点云数据查询方法。该方法使点云数据压缩率提高了26.61个百分点,并能实现流式传输,同时减少了I/O开销,使其查询性能提高了35.44%,数据冗余减少了16.49个百分点。实验结果表明,所提方法在3D虚拟旅游、数字城市等系统具中有明显优势。     

道路网络中移动对象的索引研究

为了能有效地实现网络中移动对象的过去、当前和将来轨迹的查询,提出了一种L2R索引,它由两层R树和一个链表结构组成。两层R树用以索引道路网络和移动对象过去的运动,对象当前的位置和将来的预测轨迹信息保存在链表中。L2R索引不仅可以支持网络中的移动对象的轨迹查询,尤其是可方便的在纵向链表中查询在同条路线上的所有对象。在此索引基础上文中实施了对移动对象的范围查询和点查询,最后通过实验表明L2R结构的索引和查询性能均要优越于TPR树。     

一种基于城市交通网络的移动对象全时态索引

高效地管理移动对象以支持查询是一个重要课题.为了支持在城市交通网络上的移动对象过去、现在和将来位置查询,提出了一种新的索引技术.首先提出基于模拟预测的位置表示模型来改进对移动对象将来运动轨迹的预测精度;其次根据城市交通网的特征,设计了一种全新的动态结构自适应单元(AU),将其开发为一个基于R树的索引结构(current-Au);最后在AU的基础上进行扩展(past-AU)使其支持移动对象历史轨迹查询并且避免了大量的死空间.实验证明,AU索引优于传统的TPR树和TB树索引.     

一种基于受限网络的移动对象索引

为了有效地支持城市交通网络中移动对象的过去、现在和将来的轨迹查询,在基于模拟预测的位置表示模型基础上,提出了一种两层R树加上一个表结构的复合索引结构AUC(Adaptive Unit Compounding).根据城市交通网的特征,采用了一种带有环形交叉口的元胞自动机模型模拟移动对象的将来轨迹,并用线性回归和圆弧曲线拟合分别得到对象在规则路段和交叉口的轨迹预测方程;根据移动对象的运动特性,采用了一种新的自适应单元(AU)作为索引结构的基本单位.实验表明,AUC索引的查询和更新性能都要优于TPR树和TB树.     

基于最小生成树的图数据库索引算法

对复杂数据进行图模式建模近几年越来越流行,因此,在查询执行的优化过程中图索引技术变得至关重要.研究了图模式的索引问题,并且提出了一种近似的索引方法,称为MSTA方法.MSTA方法利用最小生成树结构作为索引特征,依据最小生成树边序列的包含关系和基于最大公共子图的图距离度量,将最小生成树组织到一个称为MST树的索引结构中.MST树索引结构可以高效地支持多种查询,例如子图查询.MSTA方法具备高效的索引性能.在索引大小和索引建立时间方面,传统方法是MSTA方法的数十倍,甚至上百倍.MSTA方法虽然不能返回完整结果,但是可以返回经图距离度量排序最好的部分结果.     

提高空中交通管制GIS数据查询速度的方案研究

为了提高现有空中交通管制(ATC)地理信息系统(GIS)数据查询的速度,提出了一种基于STR packed R树索引的空管GIS数据查询方案.该方案主要是利用建立STR packed R树索引来执行数据查询,取代现有系统遍历整个模型的方法.为进一步提高R树索引的查询性能,采用图元细分和分层索引两种方式降低R树结点间的交叠面积,并且分析并选择了合适的R树结点分支因子.在空管GIS上的实验结果表明,该方案有效提高了数据查询的速度.     

虚拟旅游中海量3D点云数据的细节层次索引技术研究

虚拟旅游中的3D点云数据特别庞大,批量索引成为了当今的研究热点。许多索引树存在兄弟结点空间区域重叠、不能实现细节层次索引、索引效率低等问题。为此,将点数据反射强度和细节层次技术引入R树,在改进R树的基础上提出LODR树。建树前,将点云数据进行排序、分组、去除空间重叠等预处理。树的每层设有不同反射强度阈值,把叶结点中满足阈值条件的索引记录沿父-祖父-曾祖父的家谱关系上移,并插入对应的非叶结点,利用该方法创建细节层次索引树。利用反射强度控制数据冗余,棱锥裁剪技术实现查询优化。实验结果表明,LODR树在细节层次索引、查询效率等方面具有明显优势。     

基于区域划分与降维的高维学习型索引

在数据量与数据复杂度不断增加的时代,大数据处理与分析成为当前的热门研究内容,高维空间数据的使用越来越频繁,数据检索和访问速度成了衡量数据处理系统性能的重要指标.因此,如何设计实现一种高效的高维索引结构,提高查询访问速率、降低内存占用,变得至关重要.近年, Kraska等人提出了学习型索引的方法.实验证明该方法在真实数据集上表现良好.之后机器学习与深度学习在数据库系统中的运用越来越广泛.众多研究者尝试在高维数据上构建学习型索引,来提升高维数据的查询速度.但是目前的高维学习型索引采用的方法并不能将数据分布的信息有效利用起来,而且过于复杂的深度学习模型使得索引初始化开销过大.结合空间区域划分与降维两种技术,提出一种新颖的高维学习型索引.它能更有效地利用数据分布信息提高索引的查询效率,并利用多段线性模型在保证查找精确度的前提下尽可能减少索引初始化的开销.分别在随机生成的数据集和开源街区地图数据集上进行实验验证.结果表明,与现有的高维索引相比,其在索引构建、查询效率、以及内存占用方面都有显著提高.     

智能数据库学习型索引研究综述

建立高效的索引结构是提升数据库存取性能的关键技术之一.在数据呈爆发式增长、海量聚集、高维复杂的大数据环境下，传统索引结构（例如B+树）处理海量数据时面临空间代价高、查询效率低、存取开销大等难题.学习型索引技术通过对底层数据分布、查询负载等特征进行建模和学习，有效的提升了索引性能，并减少了访存空间开销.本文从学习型索引技术的基础模型入手，对RMI基础模型实现原理、构造和查询过程进行了分析，并总结了基础模型的优点和存在的问题；以此为基础，按照索引结构特点对学习型索引技术进行分类，从索引创建方式和更新策略两方面对学习型索引技术进行了系统梳理，并对比分析了典型学习型索引技术的优点及不足之处.另外，本文总结了学习型索引技术的扩展研究.最后，对学习型索引的未来研究方向进行了展望.     

加密XML数据结构索引方案研究

充分利用XML数据库文档的树形结构特性,结合Dewey编码原理和B+树的索引特性,提出了一种基于B+树的加密XML结构索引和查询模型.在XML文档加密过程中,将XML加密数据与基于加密数据的B+树索引一起存储在服务器端,以便在服务器端完成对加密数据的结构索引.实验结果表明,此法提高了查询的效率,无需解密无关的加密数据,有效地实现了对加密XML数据的结构索引.     

面向路网的移动对象全时态高效索引模型

针对现有索引模型的冗余搜索问题,考虑路网拓扑结构及交叉口转向约束条件,提出一种面向路网的移动对象全时态高效索引模型。采用添加临近路段信息的方法索引历史轨迹和实时位置信息,设计新型窗口查询算法,实现移动对象查找,并运用指数平滑法进行轨迹的预测。实验结果表明,该模型具有较好的更新及查询性能。     

一种使用简化预排序的k-支配Skyline查询算法

近年来,Skyline查询在多目标决策、数据挖掘、数据库可视化等方面得到广泛应用.然而在高维空间环境下,skyline查询因为返回的结果集过大而不能提供有用的信息.因此,学术界提出了七-支配skyline查询的概念.它通过弱化数据点之间的支配关系,使数据点间更容易产生支配关系,从而使结果集的大小保持在一个合适的范围内.现有七-支配skyline查询算法分为建立索引和不建立索引两种类型.其中不建立索引的算法在高维空间,反相关数据和渐近输出等方面表现比较差,而基于索引的算法花费大量时间去建立索引,整体性能都不高.本文提出一种基于简化预排序的七-支配skyline查询算法(SPA),实现用O(n)的时间复杂度对数据进行简化预排序.理论论证和实验数据都显示了SPA算法远比国内外现有的最好算法更加高效.     

ALERT:基于Radix Tree的工作负载自适应学习型索引

学习型索引通过学习数据分布可以准确地预测数据存取的位置,在保持高效稳定的查询下,显著降低索引的内存占用.现有的学习型索引主要针对只读查询进行优化,而对插入和更新支持不足.针对上述挑战,设计了一种基于Radix Tree的工作负载自适应学习型索引ALERT. ALERT使用Radix Tree来管理不定长的分段,段内采用具有最大误差界的线性插值模型进行预测.同时,ALERT使用一种高效的插入缓冲来降低数据插入更新的代价.针对点查询和范围查询提出两种自适应重组优化方法,通过对工作负载进行感知,动态地调整插入缓冲的组织结构.经实验验证,ALERT与业界流行的学习型索引相比,构建时间平均降低了81%,内存占用平均降低了75%,在保持了优秀读性能的同时,使插入延迟平均降低了50%;此外, ALERT使用自适应重组优化能有效感知查询工作负载特征,与不使用自适应重组优化相比,查询延迟平均降低了15%.     

基于Voronoi-R*的隐私保护路网k近邻查询方法

针对已有的保护位置隐私路网k近邻查询依赖可信匿名服务器造成的安全隐患,以及服务器端全局路网索引利用效率低的缺陷,提出基于路网局部索引机制的保护位置隐私路网近邻查询方法.查询客户端通过与LBS服务器的一轮通信获取局部路网信息,生成查询位置所在路段满足l-路段多样性的匿名查询序列,并将匿名查询序列提交LBS服务器,从而避免保护位置隐私查询对可信第三方服务器的依赖.在LBS服务器端,提出基于路网基本单元划分的分段式近邻查询处理策略,对频繁查询请求路网基本单元,构建基于路网泰森多边形和R^*树的局部Vor-R^*索引结构,实现基于索引的快速查找.对非频繁请求路网基本单元,采用常规路网扩张查询处理.有效降低索引存储规模和基于全局索引进行无差异近邻查询的访问代价,在保证查询结果正确的同时,提高了LBS服务器端k近邻查询处理效率.理论分析和实验结果表明,所提方法在兼顾查询准确性的同时,有效地提高了查询处理效率.     

RB+树——一种列存储数据的树型索引结构

索引技术是提高海量数据查询效率的关键技术之一.传统索引如B+树等在更新事务环境中具有较好的性能,然而在面向列存储的分析型数据仓库查询环境下,时间空间代价较大.根据列存储数据仓库查询环境的特点,提出一种新型树型索引--RB+树(reduced B+-tree).该索引对传统B+树结构进行了改进,并结合自底向上创建索引树的方法,使得索引的空间利用率、创建和查找效率得到显著的提高.进一步将RB+树应用于列存储数据仓库中,建立了行号索引、列值索引,特别地为解决星型模型中多表连接问题提出连接索引,有效地提高了列存储数据仓库中元组重构与多表连接的效率.在数据仓库基准数据集SSB上的实验验证了方法的有效性.     

路网中双色反向k近邻查询处理

目前,路网中反向最近邻查询引起了广泛关注,有很多算法被提出.在实际路网中,由于移动数据对象的种类多种多样,单色反向最近邻查询有时并不能完全满足要求.因此,研究路网双色反向最近邻查询具有重要的实际意义.考虑到这种情况,提出一种路网中双色反向最近邻查询算法.通过PMR四叉树索引路网,采用Dijkstra算法遍历路网.为了保证连续监控,为查询点和对象分别设置安全区.为了验证候选对象,为其设置验证监控区.由于双色查询中,对象的种类不同,因此分别采用两个集合来保存这两类对象.通过实验对比,证明该算法具有较好的有效性和稳定性.     

移动对象XML数据库的存储与索引

如何对移动对象的XML数据记录进行快速的查找,关键在于合理地存储模型与索引结构。为了减少时空条件索引时的文件I/O操作,提出一个移动对象XML数据存储模型（时空XML存储模型）,基于这个模型给出了通过一定时空条件对XML数据记录进行聚集的ATS（Append Track node to Spatial node）算法。针对3DR树的缺点与时态条件在移动对象索引中的重要性,提出了HSTR（Hashing-Spatio-Temporal-Rtree）与HC3DR（Hashing-Changing-3DRtree）两种复合索引结构,能够有效地支持涉及时空条件的查询。实验结果表明,时空XML存储模型与两种索引提高了查询效率。     

基于XML索引技术的有效外延连接

首先给出了XML文档树、元素外延和名字路径等的形式化定义.接着,将编码方案、路径索引和名字外延的思想相结合,提出了一种改进的XML数据的索引结构(类型索引集、名字索引集和外延索引),解决了基于传统索引技术的XML数据查询方法性能上的不足,它既可以有效地支持结构连接的计算以快速地判断任意结点之间的子孙后代关系,也可以有效地支持基于名字外延的路径连接算法以快速地判断任意结点之间的父子关系,然后还可以快速地支持对包含拥有关系的小枝查询;进而给出了基于该索引结构的外延连接算法,并着重对其处理含有父子关系和拥有关系等较复杂的XPath查询路径的不同处理过程进行了对比和分析,使得对于一条长度为n的XPath绝对路径查询,最多只需要n/z-1次外延连接,且能够根据双亲结构信息等利用外延索引尽可能跳过不需要参与连接的结点,实验结果表明,提出的新的索引结构可以有效地提高查询处理的性能.     

基于动态距离的近邻查询算法研究

移动对象轨迹数据的挖掘是移动对象数据库的一个重要研究方向,从轨迹数据中得到的信息可以应用到交通控制、气候预测以及生态研究等多个方面.基于轨迹数据形式化定义时态距离,用相对简单的近似距离替代精确距离来减少查询过程中的计算量.在关系模型和树结构模型上,实现基于动态距离的距离查询、时间点最近邻查询和时间段最近邻查询算法并对查询效率加以比较.实验结果表明,树模型的查询效率明显高于关系模型.最后在树结构模型中引入嵌入式索引进一步提高了查询效率.     

基于位置的路网Skyline查询处理研究

基于位置的路网Skyline查询可根据用户的需求及用户所处的位置,从大量数据中快速返回给用户期望的数据,但已有的道路网络技术需要计算大量的路网距离及数据点间支配关系的运算,导致查询效率较低。提出一种基于路网数据点的倒排索引查询算法DSR。通过计算少量数据点的路网距离求得最终结果,减小路网距离计算的代价,从而加快数据点间支配关系的判定,提升查询效率。在此基础上,在数据点更新情况下给出算法的动态维护,仅通过维护少量数据,DSR即可以快速地计算出Skyline集合。实验结果表明,与SSI、BSS等算法相比,该算法具有较高的查询效率,且时间性能明显提升。