自适应协作的三维GIS数据多级主动缓存方法

High-performace management and dynamic scheduling of large-scale 3D GIS data faces the great challenges, brought by the increasing requirements of multi-user online applications in 3D GIS. Aiming at the technological difficulties in real-time visualization of large-scale 3D GIS data, such as lower data scheduling speed, more frequent network transmission delay and longer response time users have to wait, a multi-level cache model of 3D GIS based on its adaptive coordination is proposed with comprehensive consideration of 3D GIS data scheduling characteristics as well as high concurrency and individual behavior difference in multi-user applications. This project studies the multi-level-based cache data prefetching method in 3D GIS both in client side and server cluster side.To achieve multi-level active caching in 3D GIS, at the client side, this project develops a cache prefetching method based on 3D viewpoint prediction and user behavioral characteristics; at the server cluster side, this project also proposes a cache prefetching method based on spatial proximity and data correlation. This project will break the bottleneck of low hit ratio and uncertainty in traditional passive cache, make full use of the overall advantages of multi-level caches through the effective cooperation mechanism, and provide powerful support for real-time 3D GIS applications in network environment.

随着网络环境下三维GIS 多用户在线应用的需求日益增长，大规模三维GIS 数据的高效管理与快速调度能力面临着严峻的挑战。本申请针对网络环境下大规模三维GIS 数据实时可视化过程中的数据调度过慢、网络传输延迟过大、用户等待响应时间过长等难题，综合考虑三维GIS数据调度特点以及网络环境下多用户并发应用的特点，建立自适应协作的三维GIS数据多级缓存模型，通过自适应协作机制充分发挥多级缓存的整体性能优势，并基于此研究三维GIS数据多层次缓存预取方法，在客户端面向用户特点建立基于三维视点预测与用户行为特征的缓存预取，在服务器集群端面向数据特点建立基于空间临近性与数据内容相关性的缓存预取，实现三维GIS数据多级主动缓存，突破传统被动式缓存命中率低且难以保障的瓶颈，为网络环境下大规模三维GIS数据实时可视化等网络化实时应用提供有力的支撑。

网络环境下大规模三维GIS数据实时可视化性能是其能否实用的关键，多级缓存技术是提高三维GIS数据调度效率和可视化性能的关键技术之一。本项目针对当前三维GIS数据多级缓存缺乏统一协作机制、缓存命中率难以保障等问题，开展了自适应协作的三维GIS 数据多级缓存模型研究，提出了三维GIS 数据多层次预取方法，建立了三维GIS 数据多级主动式缓存来提高多级缓存命中率，主要取得了以下成果：（1）针对大规模三维GIS 的数据特点和网络环境下多用户并发的应用特点，研究提出了面向多层分布式架构的三维GIS 数据多级协作缓存模型，建立了三维GIS多级协作缓存模型的自适应协作机制，设计了各级缓存数据组织与存储结构，实现了基于多级协作缓存的三维GIS数据动态调度机制，能有效突破传统多级缓存数据冗余多、缓存利用效率低，难以发挥多级缓存整体性能的瓶颈；（2）研究提出了基于多级协作缓存的三维GIS数据多层次预取方法，通过在客户端和服务器集群端的多层次预取建立了三维 GIS 数据多级主动式缓存，能有效突破传统被动式缓存命中率低且难以保障的瓶颈；（3）研究设计了基于空间临近性的多级缓存统一替换算法，该算法以三维R树索引为基础，结合三维GIS数据的空间区域连续性访问原理，与LRU、LFU等传统缓存替换算法相比具有更好的替换效果；（4）设计研发了集成多级协作缓存的三维GIS原型系统，通过实验测试验证了多级协作缓存命中率得到明显提高，大幅提高了网络环境下三维GIS数据的调度效率，为网络环境下大规模三维GIS 数据实时可视化等网络化实时应用提供有力的支撑。依托本项目，共发表相关学术论文16篇，其中SCI检索期刊论文4篇，EI检索国际会议论文8篇；申请发明专利2项，其中已授权1项；获得地理信息科技进步奖一等奖1项；培养博士后2名，硕士研究生2名。