中文摘要：

多重近似空间索引是申请者基于以空间换时间的策略而提出的建立面空间数据索引的新方法。在其支持下空间查询操作由传统的两步处理扩展成三步处理，能有效地降低查询I/O次数，提高检索效率。申请者在已完成的基金课题中研究了与之有关的若干关键问题，建立了简单空间查询和空间连接运算的定量性能评价模型，研究了在其支持下的空间查询和空间拓扑连接算法，取得了一定的研究成果。然而，在以GIS为代表的空间数据库应用中，还存在着大量复杂空间检索问题。研究它们在多重近似空间索引下的实现方法及定量性能评价模型，对于多重近似空间索引方法的进一步完善和实用化具有重要的意义。本课题拟从理论上深入分析和揭示采用多重近似空间索引对以方向检索、距离检索、多路空间连接、距离方向半连接为代表的复杂空间检索运算在时间和空间性能上的影响机制，探求如何利用多重近似空间索引来提高复杂空间检索的效率，研究并实现一系列关键技术问题的解决方法。

结论摘要：

多重近似空间索引是申请者基于以空间换时间的策略而提出的建立面空间数据索引的新方法。在其支持下空间查询操作由传统的两步处理扩展成三步处理，能有效地降低查询I/O次数，提高检索效率。申请者在已完成的基金课题中研究了与之有关的若干关键问题，建立了简单空间查询和空间连接运算的定量性能评价模型，研究了在其支持下的空间查询和空间拓扑连接算法，取得了一定的研究成果。然而，在以GIS为代表的空间数据库应用中，还存在着大量复杂空间检索问题。研究它们在多重近似空间索引下的实现方法及定量性能评价模型，对于多重近似空间索引方法的进一步完善和实用化具有重要的意义。本课题从理论上深入分析和揭示采用多重近似空间索引对以方向检索、距离检索、多路空间连接、距离方向半连接为代表的复杂空间检索运算在时间和空间性能上的影响机制，探求如何利用多重近似空间索引来提高复杂空间检索的效率，研究并实现一系列关键技术问题的解决方法。针对方向关系检索，在方向关系矩阵模型、开域方向模型的基础上，研究并实现了多重近似索引支持下的方向检索算法，并将其与外部近似索引算法进行了实验对比分析。实验结果表明，多重近似索引能够很好的提高方向关系检索的效率。针对距离关系检索，以定量距离关系的度量为出发点，分析空间对象的多重近似对距离度量的影响，研究基于多重近似索引下的点、线、面的最邻近查询和反最邻近检索方法算法，实现了其优化算法，并将其与外部近似索引下最邻近查询和反最邻近查询的性能与效率进行实验比较分析。实验结果表明，多重近似索引能够很好的提高距离关系检索的性能。针对多路空间连接，将基于广度优先遍历的层内分组扫描连接算法与多路成对连接方法结合，研究了在多重近似空间索引支持下的空间多路连接运算性能的定量表达方法，并将其与外部近似索引结构进行了实验对比分析。实验结果表明，在相同算法下，多重近似索引在索引的总执行时间上虽然长于外部索引，但可以有效降低连接候选结果的项数，从而减少数据访问的I/O时间。针对距离方向半连接，通过分析距离连接和方向连接的各自特点，探讨在多重近似空间索引支持下距离、方向及空间对象数量等约束条件的建立机制，研究通用的距离方向半连接算法，并将其与外部近似索引进行比较分析。实验结果表明，多重近似索引具有更多的计算次数，更少的I/O访问，从总体性能上优于外部近似索引。