Phát triển các mô hình và thuật toán biểu diễn, xử lý, khai thác dữ liệu không gian và ứng dụng giải một số bài toán GIS

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG .xi Chương TỔNG QUAN .1 1.1 Động lực 1.2 Phạm vi luận án .6 1.3 Hướng tiếp cận .7 1.4 Tổ chức luận án .9 Chương XỬ LÝ DỮ LIỆU KHÔNG GIAN 11 2.1 Giới thiệu 11 2.2 Cấu trúc mục không gian .11 2.2.1 R-tree 12 2.2.2 Kd-Tree .14 Tìm kiếm lân cận gần nhất dựa theo Kd-tree 15 2.3 Lưới tam giác Delaunay 16 2.3.1 Các khái niệm định nghĩa 17 2.3.2 Mô hình biểu diễn liệu 18 2.3.3 Tối ưu cục 25 2.3.4 Kiểm tra điều kiện Delaunay 26 2.4 Các thuật toán xây dựng lưới tam giác Delaunay .27 2.4.1 Phương pháp chèn đỉnh 27 2.4.2 Phương pháp chia để trị 37 2.4.3 Thuật toán song song xây dựng lưới tam giác Delaunay .40 2.5 Thuật toán xây dựng lưới tam giác Delaunay ràng buộc 45 2.5.1 Loại bỏ tam giác giao .46 i 2.5.2 2.6 Tạo lưới tam giác cho đa giác giả 47 Một số đặc thù cài đặt thuật toán xây dựng lưới tam giác Delaunay lưới tam giác Delaunay ràng buộc 50 2.7 Các kết thử nghiệm .53 2.8 Kết luận .58 Chương XÂY DỰNG HỆ QUẢN TRỊ CƠ SỞ DỮ LIỆU KHAI THÁC DỮ LIỆU KHÔNG GIAN .60 3.1 Giới thiệu 60 3.2 Hệ sở liệu không gian 62 3.2.1 Mô hình hóa 63 3.2.2 Cấu trúc mục 67 3.2.3 Kiến trúc hệ thống sở liệu không gian 69 3.3 Hệ quản trị sở liệu GeoBase 71 3.3.1 Tiêu chí thiết kế GeoBase 71 3.3.2 Các tính GeoBase 71 3.4 Tổng quan khai thác liệu không gian 76 3.4.1 Giới thiệu 77 3.4.2 Khai thác dữ liệu 77 3.4.3 Khai thác liệu không gian 78 3.4.4 Các quan hệ không gian lân cận 78 3.5 Một số thuật toán khai thác liệu không gian 79 3.5.1 Bài toán lân cận gần (nearest neighbor search – NNS) 79 3.5.2 Bài toán tìm đối tượng quan tâm xung quanh tuyến đường hoạch định 87 3.6 Kết luận .94 Chương ỨNG DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC BÀI TOÁN GIS 96 ii 4.1 Giới thiệu 96 4.2 Một số thuật toán cho toán GIS 97 4.2.1 Bài toán tạo vùng từ lưới tam giác 97 4.2.2 Bài toán tạo vùng đệm 98 4.2.3 Bài toán hiệu chỉnh liệu không gian từ nhiều nguồn khác 102 4.3 Các toán ứng dụng mạng giao thông 105 4.3.1 Giới thiệu 105 4.3.2 Mô hình biểu diễn mạng giao thông 107 4.3.3 Thuật toán xây dựng mạng giao thông .114 4.3.4 Bài toán tìm đường ngắn 118 4.4 Mô hình cao độ số (DEM) .131 4.4.1 Khái niệm mô hình cao độ số 131 4.4.2 Thuật toán tạo liệu cho mô hình DEM 132 4.5 Kết luận .135 Chương KẾT LUẬN .137 5.1 Các đóng góp luận án .137 5.2 Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG ANH 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG NGA 146 Tổng quan thư viện GEOLIB .147 1.1 Mô hình biểu diễn 147 1.2 Các phép toán không gian .147 1.3 Quan hệ không gian .148 1.4 Các thuật toán không gian .148 1.5 Các cấu trúc liệu không gian 148 iii 1.6 Nhập/xuất liệu 148 1.7 Các cấu trúc liệu phi không gian 148 Tổng quan hệ GEOBASE 151 2.1 Sơ đồ thiết kế liệu 151 2.2 Quản lý nhớ .154 Một số ứng dụng 156 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT GIS Geographic Information System TIN Triangulated Irregular Network DT Delaunay Triangulation CDT Constraint Delaunay Triangulation SDT Spatial Data Type VLSI Very-Large-Scale Integration OGC Open Geospatial Consortium CAD Computer Aided Design DBMS Database Management System SDBMS Spatial Database Management System POI Point Of Interest GA Genetic Algorithm TSP Travelling Salesman Problem VRP Vehicle Routing Problem AI Artificial Intelligence KDD Knowledge-Discovery in Databases SDM Spatial Datamining BTS Base Transceiver Station GPS Global Positioning System v DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 (a) R-Tree cho tập đoạn thẳng (b) vùng không gian khung chữ nhật bao 13 Hình 2.2.Kd-Tree 14 Hình 2.3 Kết phân rã tập điểm theo Kd-Tree với thông tin chứa nút 15 Hình 2.4.Thể vị trí tập điểm Kd-Tree 15 Hình 2.5 Lưới tam giác Delaunay lược đồ Voronoi .17 Hình 2.6.(a) Một tập ràng buộc S gồm tam giác, đường gấp khúc vùng phức tạp (b) Lưới tam giác Delaunay ràng buộc S - CDT(S) 18 Hình 2.7.Cấu trúc Winged-Edge .20 Hình 2.8.Lưới tam giác biểu diễn cấu trúc Winged-Edge 20 Hình 2.9.Cấu trúc Quad-Edge 21 Hình 2.10 Lưới tam giác biểu diễn cấu trúc Quad-Edge .22 Hình 2.11 Cấu trúc Winged-Edge mở rộng .23 Hình 2.12 Lưới tam giác biểu diễn cấu trúc Winged-Edge thu gọn .23 Hình 2.13 Cấu trúc tam giác lân cận 24 Hình 2.14 Đảo cạnh (flip edge) 25 Hình 2.15 Phương án phát sinh đỉnh nhân tạo tạo thành siêu tam giác 28 Hình 2.16 Các trường hợp phân rã thành tam giác .29 Hình 2.17 Cách xác định đỉnh thuộc tam giác 31 Hình 2.18 Quá trình tìm theo đường xoắn ốc dựa khung lưới 32 Hình 2.19 Cấu trúc liệu biểu diễn lưới tam giác theo Winged-Edge rút gọn dựa danh sách liên kết .35 Hình 2.20 Cấu trúc liệu biểu diễn lưới tam giác theo Winged-Edge rút gọn dựa mảng 35 Hình 2.21 Cấu trúc liệu biểu diễn lưới tam giác theo cấu trúc tam giác lân cận dựa danh sách liên kết 36 Hình 2.22 Cấu trúc liệu biểu diễn lưới tam giác theo cấu trúc tam giác lân cận dựa mảng 36 vi Hình 2.23 Sơ đồ phân rã tập đỉnh thuật toán chia để trị 37 Hình 2.24 Sơ đồ ghép lưới tam giác thuật toán chia để trị .38 Hình 2.25 Ghép hai lưới tam giác thuật toán chia để trị .39 Hình 2.26 Phương pháp phân rã cho nguyên lý “chia để trị” 42 Hình 2.27 Phương pháp gộp thành lưới tam giác tổng thể 42 Hình 2.28 Nguyên lý thuật toán xây dựng lưới tam giác Delaunay song song (a)Thực lần cắt liên tục để tạo thành mảnh nhỏ (b) Xây dựng lưới tam giác Delaunay cho mảnh (c) Xác định tam giác không bị hiệu chỉnh ghép (d) Xác định đỉnh độc lập xóa tam giác có tiềm bị hiệu chỉnh (e) Quá trình ghép mảnh lưới thành lưới tam giác tổng thể .44 Hình 2.29 Hiện trạng trước thêm cạnh ab (a), loại bỏ tam giác giao với cạnh (b) hình thành hai đa giác giả PU PL(c) lưới tam giác PU PL (d) 46 Hình 2.30 Duyệt tam giác bao quanh đến tam giác t1 tìm thấy .47 Hình 2.31 Di chuyển qua tam giác theo chiều mũi tên 47 Hình 2.32 Tạo lưới tam giác cho đa giác giả: Tam giác abc thỏa điều kiện Delaunay, nên đỉnh c chia đa giác thành PE PL 48 Hình 2.33.Các bước trình thêm cạnh ràng buộc vào lưới tam giác 50 Hình 2.34 Một số tình sử lý sai số dựa r-epsilon 52 Hình 2.35 Biểu đồ thời gian xây dựng lưới tam giác Delaunay thuật toán.54 Hình 2.36 10000 điểm với loại phân bố khác 55 Hình 2.37 Biểu đồ tốc độ thuật toán theo loại phân bố điểm 55 Hình 2.38 Biểu đồ so sánh hiệu thuật toán song song theo số lượng tiểu trình 56 Hình 2.39 Sơ đồ thời gian thực thi lưới tam giác Delaunay ràng buộc số liệu thực tế .57 Hình 3.1 Ba trừu tượng không gian điểm, đường vùng 64 Hình 3.2 Phân hoạch mạng 64 Hình 3.3 Mô hình phân cấp lớp hình học 65 Hình 3.4.Kiến trúc đối ngẫu 69 Hình 3.5 Sơ đồ lưu trữ GeoBase .72 vii Hình 3.6 Sơ đồ truy xuất liệu không gian thuộc tính 73 Hình 3.7 Sơ đồ hoạt động GeoBase 73 Hình 3.8 Sơ đồ tương tác kiểu liệu thao tác 74 Hình 3.9 Biểu đồ tốc độ thực thi thao tác sở liệu .75 Hình 3.10 Mô kết trình tìm k - lân cận gần (k = 5, d = 2) Các điểm tròn tập điểm đầu vào, điểm hình q điểm tìm kiếm Đường tròn với bán kính khoảng cách từ q đến điểm gần thứ 80 Hình 3.11.Minh họa thuật toán k - lân cận gần dựa lưới tam giác 82 Hình 3.12 Biểu đồ thời gian thực thi thuật toán tìm k-lân cận gần 83 Hình 3.13 Tìm 1000 điểm lân cận 85 Hình 3.14 Tìm 1000 cạnh lân cận 85 Hình 3.15.Các trường hợp đoạn thẳng quan hệ với đường tròn .89 Hình 3.16 Mô thuật toán R-PRQ xác định điểm thuộc vùng đệm P90 Hình 3.17 Khung bao mở rộng quanh đoạn thẳng chứa hầu hết tập điểm đầu vào 91 Hình 3.18 Mô thuật toán T-PRQ 92 Hình 3.19 Biểu đồ thời gian thực thi thuật toán tìm kiếm đối tượng xung quanh tuyến đường hoạch định 93 Hình 3.20 Mô thuật toán tìm đối tượng xung quanh tuyến đường hoạch định 94 Hình 3.21 Kết quả tìm các cửa hàng dọc đường Đồng Khởi với bán kính 100 mét 94 Hình 4.1.Quá trình tạo vùng từ lưới tam giác (a) lưới tam giác phân lớp (b) Lọc cạnh biên (c) Nối cạnh biên thành đường bao 97 Hình 4.2 Mô vùng đệm điểm, đường vùng .98 Hình 4.3 Mô xấp xỉ cung tròn đa giác .99 Hình 4.4 Quá trình lấy vùng đệm đối tượng polyline với khoảng cách d 99 Hình 4.5 Minh họa kết thuật toán lấy vùng đệm loại đối tượng điểm, đường, vùng 100 Hình 4.6 Biểu đồ thời gian thực thi thuật toán lấy vùng đệm liệu nước Anh 101 Hình 4.7 Lấy vùng đệm đường 102 Hình 4.8 Lấy vùng đệm vùng 102 viii Hình 4.9 Nắn trực tuyến ảnh vệ tinh thành phố Hà nội 105 Hình 4.10 Nắn trực tuyến ảnh vệ tinh thành phố Hồ Chí Minh 105 Hình 4.11 Yêu cầu mô hình mô mạng giao thông 107 Hình 4.12 Minh họa mô hình winged-edge 108 Hình 4.13 Ví dụ mạng giao thông thực tế, ni là các nút thể hiện giao lộ của mạng giao thông, oi là các đối tượng mạng giao thông 109 Hình 4.14 Biểu diễn chiều đường/đường cấm .110 Hình 4.15 Biểu diễn mạng mở rộng .111 Hình 4.16 Biểu diễn mạng dựa liên kết 111 Hình 4.17 Biểu diễn đồ thị đường 112 Hình 4.18 Tình cần phải tách nút sử dụng đồ thị đường 112 Hình 4.19 Biểu diễn đồ thị đường*đường .113 Hình 4.20 Phân bố các đối tượng cạnh 114 Hình 4.21.Cấu trúc B+-tree quản lý các đối tượng dựa khoảng cách di 114 Hình 4.22 Gom nút 115 Hình 4.23 Cách tìm LE, RE FE .116 Hình 4.24.Minh họa tạo quan hệ topology cho mạng giao thông Vietnam 118 Hình 4.25 Không gian tìm kiếm trường hợp theo hướng song hướng sử dụng thuật toán Dijkstra 120 Hình 4.26 Ví dụ mạng phân cấp giao thông 121 Hình 4.27 Vùng lân cận (Neighborhood - Local area) 123 Hình 4.28 Tìm đoạn cao tốc 123 Hình 4.29 Chọn nút cần loại bỏ .123 Hình 4.30 Điều kiện dừng đường ngắn đồ thị 124 Hình 4.31 Mô thuật toán tìm đường mạng phân cấp .126 Hình 4.32 Ví dụ minh họa đồ thị phân cấp 128 Hình 4.33 Cấu trúc mảng kề lớp mở rộng trạng thái mức nút 129 Hình 4.34.Cấu trúc cạnh mở rộng 130 Hình 4.35 Biểu diễn 3D liệu lưới .132 Hình 4.36 Biểu Dạng TIN 132 Hình 4.37 Cách xác định độ cao x điểm (x,y) bên tam giác 133 ix Hình 4.38 Ảnh vệ tinh thành phố Hồ Chí Minh phủ lưới địa hình 3D 135 Hình Phụ lục 1: Mô hình phân cấp đối tượng không gian GEOLIB 149 Hình Phụ lục 2: Phân cấp cài đặt thư viện lưới tam giác Delaunay GEOLIB 150 Hình Phụ lục 3: Định dạng tập tin GEOBASE 151 Hình Phụ lục 4: Cấu trúc mô tả trường liệu GEOBASE 152 Hình Phụ lục 5: Cấu trúc mô tả ghi GEOBASE .152 Hình Phụ lục 6: Cấu trúc mô tả bảng GEOBASE 153 Hình Phụ lục 7: Truy cập khối liệu thông qua đệm 153 Hình Phụ lục 8: Các lớp hỗ trợ thao tác liệu GEOBASE .155 Hình Phụ lục DolGis 8.0 156 Hình Phụ lục 10 Hiển thị 3D 156 Hình Phụ lục 11 www.vietbando.com 156 Hình Phụ lục 12 Bản đồ TP HCM 156 Hình Phụ lục 13 Tracking Web 157 Hình Phụ lục 14 Tracking ứng dụng .157 x [61] T Brinkhoff, H.-P Kriegel, R Schneider, and B Seeger Multistep Processing of Spatial Joins In Proc 1994 ACM-SIGMOD Conf Management of Data, Minneapolis, Minnesota, 1994, pp 197-208 [62] S Brin, R Motwani, and C Silverstein Beyond Market Basket: Generalizing Association Rules to Correlations In Proc 1997 ACM-SIGMOD Int Conf Management of Data, Tucson, AZ, 1997, pp 265-276 [63] J Han, Y Cai, and N Cercone Data-driven Discovery of Quantitative Rules in Relational Databases In IEEE Trans Knowledge and Data Engineering, Vol 5, pp 29-40, 1993 [64] H.K Ng, H W Leong and Ngai Lam Ho, 2004, “Efficient Algorithm for Path-based Range Query in Spatial Databases”, Proceedings of International Database Engineering and Applications Symposium (IDEAS-2004), IEEE, 7-9 July 2004, Coimbra, Portugal [65] A rapid algorithm for topology construction from a set of line segments, Sebastian Krivograd, Mladen Trlep, Borut Zalik, 2000 [66] Hash sort: alinear time complexity multiple-demensional sort algorithm originall entitled “Making a hash sorts”, William F Gilreath [67] E W Dijkstra A note on two problems in connexion with graphs Numerische Mathematik, 1:269-271, 1959 [68] M L Fredman and R E Tarjan Fibonacci heaps and their uses in improved network optimization algorithms Journal of the ACM, 34(3):596-615, July 1987 [69] M Holzer, F Schulz, and D Wagner Engineering multi-level overlay graphs for shortest-path queries In SIAM, volume 129 of Lecture Notes in Computer Science, pages 156-170 Springer, 2006 [70] P Sanders and D Schultes Engineering highway hierarchies In ESA 2006, volume 4168 of Lecture Notes in Computer Science, pages 804-816 Springer, 2006 150 [71] P Sanders and D Schultes Dynamic highway-node routing In Demetrescu [10], pages 66-79 [72] Jiang J., Han H and Chel J Modeling turning restrictions in traffic network for verhicle navigation system IAPRS, Vol XXXIV, part 4, 2002 [73] Caldwell T On finding minimum routes in a network with turn penalties Communications of the ACM 4(2), p 107-108, 1961 [74] Winter S Modeling Costs in Turns of Routing Planing GeoInformatica 6(4), p.345-360, 2002 [75] Kirby R F and Potts R B The minimum route problem for network with turn penalties an prohibitions Transport Research 3, p 397-409, 1969 [76] M de Berg, M van Kreveld, M Overmars, and O Schwarzkopf, Computational Geometry, Springer-Verlag, 1997 [77] Birn, M., Holtgrewe, M., Sanders, P., Singler, J.: Simple and Fast Nearest Neighbor Search In: 2010 Proceedings of the Twelfth Workshop on Algorithm Engineering and Experiments, January 16, pp 43–54 (2010) [78] Michael Connor, Piyush Kumar Practical Nearest Neighbor Search in the Plane 9th International Symposium, SEA 2010, Ischia Island, Naples, Italy, May 20-22, 2010 Proceedings [79] http://www.cs.umd.edu/~mount/ANN/ [80] http://trac.osgeo.org/geos/ [81] http://www.cs.cmu.edu/~quake/triangle.html [82] http://gemma.uni-mb.si/search.phtml?LNG=SLO 151 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG NGA [83] Б Н Дeлohe, А.Д Александров, Н Падуровым Математические основы структурного анализа кристаллов, Москва, Матем литература, 1934 [84] Скворцов А.В., Костюк Ю.Л Эффективные алгоритмы построения триангуляции Делоне // Геоинформатика Теория и практика Вып Томск: Изд-во Том ун-та, 1998 С.22-47 [85] Скворцов А.В Особенности реализации алгоритмов построения триангуляции Делоне с ограничениями // Вестник Томского гос ун-та 2002 Т 275, С 90-94 152 PHỤ LỤC: MỘT SỐ ỨNG DỤNG Tổng quan thư viện GEOLIB GEOLIB thư viện hỗ trợ biểu diễn đối tượng 2D kèm theo các chức thao tác đối tượng Chúng thiết kế cho mục tiêu sau: - GEOLIB phù hợp với chuẩn Simple Features Specification for SQL công bố bới Open GIS Consortium (OGC) - GEOLIB cung cấp cài đặt đầy đủ, phù hợp, mạnh mẽ cho thuật toán không gian 2D - GEOLIB thực thi nhanh để ứng dụng sản phẩm thực tế - GEOLIB thư viện viết hoàn toàn C++ Các đặc tính thư viện GEOLIB sau: 1.1 Mô hình biểu diễn Hỗ trợ kiểu liệu không gian định nghĩa OGC Simple Features for SQL specification, bao gồm:  Đối tượng điểm đa điểm  Đối tượng đường đa đường  Đối tượng vùng đa vùng  Đối tượng hỗn hợp không gian không đồng 1.2 Các phép toán không gian  Kiểm tra tính hợp lệ quan hệ topology đối tượng không gian  Tính độ dài/diện tích  Kiểm tra quan hệ đối tượng không gian gồm  chứa, bên (contains, within) 153  phủ(covers)  giao, tách rời (intersects, disjoint)  cắt qua (crosses)  trùng lắp (overlaps)  chạm (touches)  (equals)  Các chức chồng lớp thông tin gồm  Giao (intersection)  Khác biệt (difference)  Hội (union)  Khác biệt đối xứng (symmetric difference)  Lấy vùng đệm  Xác định bao lồi  Lược đối tượng 1.3 Quan hệ không gian  Lướitam giác Delaunay lưới tam giác Delaunay ràng buộc  Lược đồ Voronoi 1.4 Các thuật toán không gian  Phân đoạn tập đoạn thẳng  Hút xuống đối tượng lân cận (snap)  Xác định nhanh điểm nằm hay vùng 1.5 Các cấu trúc liệu không gian  Các cấu trúc mục không gian gồm  Quadtree 154  KD-tree  R-tree  Đồ thị phẳng thao tác 1.6 Nhập/xuất liệu  Đọc ghi từ chuẩn WKT (Well-Known Text)  Đọc ghi từ chuẩn WKB (Well-Known Binary)  Đọc ghi từ chuẩn KML(Keyhole Markup Language) 1.7 Các cấu trúc liệu phi không gian  B-tree  B+tree  B-treeX  B+treeX  Piority queue  Bit set 155 Hình Phụ lục 1: Mô hình phân cấp đối tượng không gian GEOLIB 156 Hình Phụ lục 2: Phân cấp cài đặt thư viện lưới tam giác Delaunay GEOLIB 157 Tổng quan hệ GEOBASE 2.1 Sơ đồ thiết kế liệu Header 8K K Block 8K Index Zone K Block 8K K Bitmap Zone K …… Block 8K Block 8K K Data Zone Table …… MetaTable Record Table Record Hình Phụ lục 3: Định dạng tập tin GEOBASE GEOBASE quản lý liệu thông qua khối liệu với kích thước cố định … Các khối thường hay sử dụng nạp thường trực vào nhớ Ở phiên hành, khối liệu có kích thước 8K Tất cảc loại liệu truy 158 cập thông qua khối liệu thông qua đệm nạp lên nhớ (xem Hình Phụ lục 7) Vùng Index Zone chứa mảng địa tham chiếu tới ghi toàn tập tin Bitmap Zone bảng ánh xạ bit đến phân đoạn tập tin Các mô tả chi tiết giải thích mục 2.2 Phần Meta Table chứa danh sách mô tả cấu trúc bảng lưu tập tin Các ghi ép chứa gọn vào khối để truy cập nhanh cần thiết Name Table Name Offset Size Type Btree Hình Phụ lục 4: Cấu trúc mô tả trường liệu GEOBASE 12 Next Prev Dynamic Header Size Record Data Hình Phụ lục 5: Cấu trúc mô tả ghi GEOBASE Mô tả cấu trúc ghi tương tự mô hình danh sách liên kết kép nên cho phép duyệt theo hai chiều Về nguyên tắc số lượng ghi bảng không giới hạn Cấu trúc mô tả bảng mở rộng cấu trúc ghi số lượng bảng tập tin GEOBASE không giới hạn Các cấu trúc mô tả bảng 159 chứa phần Meta Data nạp phần hay toàn lên nhớ mở tập tin tùy thuộc theo kích thước định nghĩa trước vùng nhớ làm việc Table Detail Info FixedSize 12 Columns Count FirstRow 12 LastRow Rows Hình Phụ lục 6: Cấu trúc mô tả bảng GEOBASE Các khối liệu hay sử dụng lưu thường trực vùng nhớ làm việc để tăng hiệu suất truy cập liệu Vùng nhớ làm việc thường trực khối có kích thước cố định tương ứng khối liệu tập tin móc nối với theo danh sách liên kết kép xác định khối liệu cần thiết thông qua bảng băm Cơ cấu hoạt động xem Hình Phụ lục bl1 bl2 bl3 blk-2 blk-1 blk id id id id id id Hash table bl1 bl2 … … … … … … bln-1 bln Hình Phụ lục 7: Truy cập khối liệu thông qua đệm B-Tree cấu trúc mục cho đối tượng liệu thuộc tính R-Tree cấu trúc mục cho đối tượng không gian Các cấu trúc mục giảm thiểu số lượng truy cập đĩa cần thiết để xác định vị trí liệu theo khóa Theo truy cập ổ đĩa hoạt động tốn nhất, giảm thiểu đĩa đọc làm giảm thời 160 gian thực truy vấn Các nút cấu trúc mục (B-Tree R-Tree) khớp vào khối liệu tập tin để tận dụng chế làm việc vùng nhớ thường trực 2.2 Quản lý nhớ Việc cấp phát nhớ thực bitmap GEOBASE Bộ nhớ cấp phát thành khúc gọi phân đoạn cấp phát Trong phiên GEOBASE kích thước phân đoạn cấp phát 32 byte Điều có nghĩa kích thước tất đối tượng cấp phát canh theo giới hạn 32 byte Mỗi 32 byte nhớ sở liệu đại diện bit bitmap Để xác định ô trống có kích thước cần thiết bitmap, GEOBASE tìm số bit trống liên tục tương ứng khối bitmap GEOBASE thực quét định kỳ khối bitmap Nó giữ định danh khối bitmap vị trí khối Mỗi có yêu cầu cấp phát, việc quét bitmap vị trí Khi quét khối bitmap cấp phát cuối, quét tiếp từ đầu (từ khối bitmap đầu tiên) vị trí Khi không chỗ trống tìm thấy sau vòng quét qua tất khối bitmap, khối nhớ cấp phát Kích thước mở rộng giá trị tối đa kích thước ghi cấp phát phân đoạn mở rộng Phân đoạn mở rộng tham số sở liệu, xác định phần khởi tạo Bitmap mở rộng để ánh xạ thêm không gian Bộ nhớ cấp phát sử dụng bitmap tạo nên tính cục cao cho tham chiếu (đối tượng chủ yếu cấp phát tuần tự) giảm thiểu số lượng khối sửa đổi Một bitmap mở rộng, ghi cấp phát đến phân đoạn mở rộng dùng hết Chỉ sau chạm đến cuối bitmap, thao tác quét bắt đầu lại từ đầu để tìm ô trống nhớ cấp phát trước Để giảm số lần quét khối bitmap, GEOBASE gắn mô tả cho khối, dùng để ghi nhớ kích thước tối đa ô trống khối Việc tính toán kích thước ô trống tối đa thực sau: ghi có kích thước M cấp phát từ khối bitmap này, kích thước ô trống tối đa bé M, M lưu mô tả khối giá trị trước mô tả lớn M Với lần cấp phát kế 161 tiếp cho đối tượng có kích thước lớn M, ta bỏ qua khối bitmap Mô tả khối Reset ghi giải phóng khối bitmap Một số ghi sở liệu (như khối bảng băm) nên canh sát biên khối để truy xuất hiệu Trình cấp phát nhớ GEOBASE kiểm tra kích thước cần thiết canh theo biên khối, địa đoạn nhớ cấp phát canh theo biên khối Việc tìm kiếm ô trống nhanh trường hợp này, GEOBASE dịch chuyển vị trí lên theo giá trị canh chỉnh Để giải phóng nhớ ghi dùng, GEOBASE cần giữ thông tin kích thước ghi Trình cấp phát nhớ GEOBASE xử lý hai loại đối tượng - ghi bảng thông thường ghi khối Tất ghi có Header đầu, chứa kích thước ghi trỏ danh sách liên kết kép tất ghi bảng Cho nên kích thước ghi rút từ Header Các ghi khối chiếm toàn khối sở liệu cấp phát vị trí canh theo biên khối Bản ghi khối phần Header GEOBASE phân biệt ghi khối với ghi bình thường cách sử dụng nhãn đặc biệt mục ghi 162 Hình Phụ lục 8: Các lớp hỗ trợ thao tác liệu GEOBASE Một số ứng dụng Các kết nghiên cứu tác giả sử dụng www.vietbando.com số ứng dụng cho tracking công cụ biên tập đồ Hình Phụ lục 10 Hiển thị 3D Hình Phụ lục DolGis 8.0 163 Hình Phụ lục 11 www.vietbando.com Hình Phụ lục 13 Tracking Web Hình Phụ lục 12 Bản đồ TP HCM Hình Phụ lục 14 Tracking ứng dụng 164 [...]... khai thác dữ liệu không gian tích hợp trong một số lĩnh vực bao gồm cơ sở dữ liệu không gian, trực quan hóa dữ liệu không gian, các cấu trúc chỉ mục không gian Những vấn đề liên quan cần giải quyết khi xây dựng và phát triển các công cụ xử lý và khai thác dữ liệu không gian trong một hệ thống nhất bao gồm:  Biểu diễn và lưu trữ dữ liệu không gian bao gồm việc nghiên cứu và phát triển cơ sở dữ liệu không. .. gian và cơ sở dữ liệu không gian cho phép truy vấn cơ sở dữ liệu lớn hiệu quả không gian được đề cập trong [59] [60] [61] Số lượng lớn các dữ liệu không gian và sự phức tạp của các loại dữ liệu không gian 5 cũng như các phương thức truy cập không gian làm cho bài toán khai thác dữ liệu không gian trở thành bài toán đầy thách thức Một bài toán khác thường được quan tâm trong GIS là bài toán tìm lân... bài toán tìm kiếm đối tượng không gian theo một tuyến đường hoạch định  Chương 4 Ứng dụng để giải quyết các bài toán GIS giới thiệu khả năng ứng dụng để giải quyết nhóm bài toán GIS cơ bản và nhóm bài toán GIS nâng cao (các bài toán ứng dụng trên mạng lưới giao thông) Đối với nhóm bài toán GIS cơ bản, bài toán lấy vùng đệm đối tượng là một trong các bài toán thông dụng và có độ phức tạp rất cao Tác... áp dụng mang tính cục bộ Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, đề tài đặt ra mục tiêu phát triển một số mô hình thuật toán giải quyết các vấn đề nền tảng trong GIS Về mặt lý thuyết, đây là mục tiêu rất rộng và liên quan đến nhiều vấn đề cần giải quyết trong lãnh vực khai thác dữ liệu nói chung và khai thác dữ liệu không gian nói riêng Một loạt các thuật toán xử lý không gian cần được giải quyết với thời gian. .. giữ các chức năng DBMS khác như các kỹ thuật phục hồi và tối ưu hóa truy vấn GeoBase cho phép người dùng định nghĩa thuộc tính của bảng cũng như các kiểu dữ liệu không gian, để lấy các quan hệ topology giữa các đối tượng không gian sử dụng các toán tử không gian và các hàm không gian, để tăng tốc các truy vấn không gian sử dụng các chỉ mục không gian Sự hỗ trợ này giúp dễ dàng phát triển các ứng dụng. .. sử dụng tự giải quyết một loạt bài toán chuyên biệt phức tạp  Phát triển các thuật toán xử lý và khai thác bao gồm việc nghiên cứu và phát triển các thuật toán khai thác như:  Tìm một hoặc nhiều các đối tượng gần với đối tượng truy vấn nhất  Tìm các đối tượng dọc theo tuyến  Tìm đường tối ưu giữa hai điểm  Hiệu chỉnh dữ liệu, lấy vùng đệm đối tượng…  Xây dựng các ứng dụng GIS trên môi trường ứng. .. gồm việc nghiên cứu và phát triển cơ sở dữ liệu không gian cho phép lưu trữ dữ liệu vector, raster và mạng lưới (network) lớn và khai thác hiệu quả các dữ liệu này  Mô hình dữ liệu nền tảng cho các thuật toán khai thác bao gồm việc nghiên cứu, đánh giá, cải tiến và phát triển các thuật toán xây dựng mô hình dữ liệu được chọn  Các cấu chỉ mục không gian bao gồm việc chọn lựa cấu trúc chỉ mục phù hợp... một cấu trúc hỗ trợ tiền xử lý dữ liệu (tạo mạng dữ liệu giao thông, xây dựng vùng đệm đối tượng, nắn chỉnh dữ liệu, tạo lưới dữ liệu địa hình ) và khai thác dữ liệu không gian (tìm kiếm k-lân cận gần nhất, tìm kiếm các đối tượng không gian trong vùng đệm của tuyến đường xác định…) Tác giả cũng đề xuất một số cải tiến cho thuật toán xây dựng lưới tam giác [2] [3] [4] và ứng dụng để phát triển các bài. .. lượng và bản chất đa dạng của dữ liệu địa lý dễ dàng làm quá tải những kỹ thuật được thiết kế để lưu trữ, truy vấn và xử lý trên những cơ sở dữ liệu nhỏ, có mẫu khoa học và đồng nhất Vì vậy, nhu cầu về các kỹ thuật xử lý và khai thác hiệu quả các kho dữ liệu này là cần thiết Các cơ sở dữ liệu không gian đã được sử dụng trong nhiều thập niên để lưu trữ và khai thác dữ liệu không gian Chúng cho phép mô. .. định các điểm giao của các cạnh ràng buộc rồi mới thực hiện chèn cạnh và cập nhật các thông tin quan hệ liên quan Bài toán khai thác dữ liệu không gian, hay khám phá tri thức trong cơ sở dữ liệu không gian là đề cập đến trích chọn kiến thức tiềm ẩn, quan hệ không gian, hoặc các mẫu khác không xác đĩnh rõ được lưu trong cơ sở dữ liệu không gian [58] Các nghiên cứu về cấu trúc dữ liệu không gian và cơ ... sử dụng toán tử không gian hàm không gian, để tăng tốc truy vấn không gian sử dụng mục không gian Sự hỗ trợ giúp dễ dàng phát triển ứng dụng dùng liệu không gian liệu không gian lưu trữ với liệu. .. 3.4.2 Khai thác dữ liệu 77 3.4.3 Khai thác liệu không gian 78 3.4.4 Các quan hệ không gian lân cận 78 3.5 Một số thuật toán khai thác liệu không gian 79 3.5.1 Bài toán. .. mại (GIS) Kiến trúc sử dụng mô hình liệu không đồng để biểu diễn liệu không gian phi không gian Dữ liệu không gian thường biểu diễn thông qua cấu trúc liệu riêng ẩn chứa khó khăn việc mô hình,