【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种时空索引方法，尤其涉及一种基于地理格网和图数据库的时空索引方法。
技术介绍
1、随着移动互联网和物联网的快速发展，时空数据呈现爆发式增长，如何更加快速地实现时空数据的存储与检索，对于时空数据的使用与管理有重要的意义，时空索引是空间数据管理和检索中的重要方法之一。
2、传统时空索引方法，不能满足时空数据快速增长和复杂性的应用需求，主要问题如下：
3、1.难以支撑大规模数据的时空索引计算：传统索引计算方式是一次性计算，在处理大规模地理空间数据时，不仅存在计算性能不高、查询效率低等问题，而且无法支持复杂的空间查询操作，如范围查询、相交查询等。这些问题限制了传统时空索引方法在应对快速增长和复杂性的时空数据应用需求方面的能力。
4、2.时空索引全量创建，存在耗时耗资源问题：普通的时空索引方法需要全量创建索引，这个过程需要耗费大量的时间和计算资源，且计算量很大，导致创建索引的速度很慢。当数据量过大时，无法及时更新索引，因此难以支持实时数据分析和处理。
5、3.难以支持三维时空索引创建：传统的时空索引方法主要基于二维地理信息，无法支持三维时空索引的创建，难以处理三维空间数据信息，这限制了时空数据应用的范围。
6、4.时空检索和空间分析效率不高：传统空间分析系统数据的存储方式是一种图层的叠置，其数据储存形式如图1所示，这种多图层存储架构导致空间数据的查询需要跨图层和大量运算，这是阻碍传统空间分析系统效率提升的重要原因。
技术实现思路
1、为了解决上述技术所存在的不足之处，本专利技术提供了一种基于地理格网和图数据库的时空索引方法，旨在实现更加灵活和高效的时空数据管理和查询。该方法利用地理格网的特点，将空间数据按照多个级别进行划分，从而支持多级别的空间数据管理。同时，该方法利用图数据库的特点，可以更好地管理和查询时空数据，并支持复杂的空间和时间查询操作。
2、为了解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于地理格网和图数据库的时空索引方法，包括以下步骤：
3、步骤s1、地理格网建模和编码：通过基于算法模型的地理格网建模，将地球表面划分为多层级的四边形格网，且每个格网都有唯一的编码；
4、步骤s2、图数据库构建和管理：图数据库采用算法模型作为其空间索引的实现方式，图数据库作为底层存储引擎，支持大规模的图数据存储和查询；
5、步骤s3、时空数据的索引和查询：将cell id和时间信息结合构建时空索引，时空索引将地理空间数据按照时间和位置信息组织成索引，以便快速查询和过滤；
6、步骤s4、时空索引应用。
7、优选的，步骤s1包括以下步骤：
8、s11、地理格网算法模型：算法模型将地球表面的点映射到希尔伯特曲线上，并将每个曲线上的点表示为一维的uint64整数，即将地球表面任意点的经度和纬度，经过变换和投影，最终转为希尔伯特曲线上的cell id；
9、s12、地理格网编码：将空间格网层中的每个格网映射到一个唯一的编码，称为cell id。
10、优选的，步骤s11的算法模型通过以下步骤实现：
11、第一步、将经纬度转换为弧度，角度到弧度的转换公式为：
12、弧度＝角度 × π/180° 公式(1)
13、第二步、球面直角坐标转换：将球面上的经纬度坐标s(lat,lng)转换为球面直角坐标系的三维坐标(x,y,z)，球面上的任一点，在直角坐标系中，如公式2所示：
14、
15、其中，x，y，z的值域都被限定在[-1,1]这个区间之内；
16、第三步、球面变平面：把三维空间进行降维，转换为二维平面上的坐标点，从球心向外切正方体六个面分别投影，即三维球面投影到二维平面上，球面坐标转换公式为f(x,y,z)→g(face,u,v)，其中face是正方形六个面的序号，u，v对应的是六个面中的x，y坐标；
17、第四步、球面矩形投影修正g(face,u,v)→h(face,s,t)，选取“二次变换”修正函数，修正后，u和v变成s和t，对应的，它们的范围也从-1到1变成了0到1；
18、第五步、坐标轴点转换为希尔伯特曲线上的cell id，h(face,s,t)→cellid(uint64)，将面的二维坐标(face,s,t)转换为一个uint64的整数，这个整数被称为cellid。
19、优选的，希尔伯特曲线通过递归算法实现，每次将面分成四个子面，并对每个子面进行相同的操作，直到达到所需的层面；在每个子面上，将二维坐标(s,t)转换为一个整数，然后将这个整数与面的编号(face)组合成一个uint64的整数，得到最终的cell id。
20、优选的，步骤s12中，每一个level的格网都拥有一个唯一cell id，每个cell id都由一个64位二进制数组成，用uint64存储，其中前三位数字表示面，对应于投影在正方体上的六个面，从第四位数字开始到第64位数字为相应level的编码，如果编码长度没有64位，则在其后面补0直到最后一位编码。
21、优选的，步骤s2包括以下步骤：
22、s21、构建分布式数据库：构建基于图模型的分布式数据库，采用图数据库存储地理空间数据；
23、s22、图数据库存储管理：在图数据库中，图形包括节点和边，节点代表实体，边代表实体之间的关系，每个节点有一个唯一的标识符id；
24、s23、大规模空间数据的存储和查询：图数据库采用分布式架构和横向扩展，在查询时，通过地理格网的格网单元快速定位到相应的节点，进而遍历图形结构，获取所需的时空数据和它们之间的关系；
25、s24、空间计算：图数据库提供图形算法，对空间数据进行分析计算，即采用地理格网算法将地球表面上的位置转化为地理格网中的位置，然后基于格网位置进行空间计算。
26、优选的，步骤s3中，时空数据检索，需要确定查询的时间范围和空间范围，具体过程为：
27、s31、查询时间范围：根据查询条件中的时间范围，找到对应的时间对象；
28、s32、查询空间范围：根据查询条件中的空间范围，使用地理格网，在索引中找到对应的格网编号；
29、s33、根据查询条件中的时间范围和空间范围，在时空索引中快速查询到对应的时空数据。
30、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
31、1、缓存和分步计算，提升空间检索及空间分析的性能：本专利技术在建立索引时，采用缓存和分步计算的方式。首先将计算结果缓存下来，以便在后续的检索和分析操作中直接使用，提高计算效率；然后分步计算，对缓存的计算结果进行检索，从而提高空间检索及空间分析的性能。
32、2、时空索引增量创建：本专利技术对时空数据进行增量创建索引，将长耗时性计算拆解为多个碎片计算，并在空闲时对本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于地理格网和图数据库的时空索引方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于地理格网和图数据库的时空索引方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于地理格网和图数据库的时空索引方法，其特征在于：所述步骤S11的算法模型通过以下步骤实现：
4.根据权利要求3所述的基于地理格网和图数据库的时空索引方法，其特征在于：所述希尔伯特曲线通过递归算法实现，每次将面分成四个子面，并对每个子面进行相同的操作，直到达到所需的层面；在每个子面上，将二维坐标(s,t)转换为一个整数，然后将这个整数与面的编号(face)组合成一个UINT64的整数，得到最终的Cell ID。
5.根据权利要求2所述的基于地理格网和图数据库的时空索引方法，其特征在于：所述步骤S12中，每一个level的格网都拥有一个唯一Cell ID，每个Cell ID都由一个64位二进制数组成，用UINT64存储，其中前三位数字表示面，对应于投影在正方体上的六个面，从第四位数字开始到第64位数字为相应Level的编码，如果编码长度没
6.根据权利要求1所述的基于地理格网和图数据库的时空索引方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下步骤：
7.根据权利要求1所述的基于地理格网和图数据库的时空索引方法，其特征在于：所述步骤S3中，时空数据检索，需要确定查询的时间范围和空间范围，具体过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于地理格网和图数据库的时空索引方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于地理格网和图数据库的时空索引方法，其特征在于：所述步骤s1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的基于地理格网和图数据库的时空索引方法，其特征在于：所述步骤s11的算法模型通过以下步骤实现：
4.根据权利要求3所述的基于地理格网和图数据库的时空索引方法，其特征在于：所述希尔伯特曲线通过递归算法实现，每次将面分成四个子面，并对每个子面进行相同的操作，直到达到所需的层面；在每个子面上，将二维坐标(s,t)转换为一个整数，然后将这个整数与面的编号(face)组合成一个uint64的整数，得到最终的cell id。
...【专利技术属性】
技术研发人员：李绍俊，李少杰，刘小娟，徐颖，王玖纯，
申请(专利权)人：长春嘉诚信息技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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