地理空间数据交互式可视化与空间分析等是GIS应用的重要功能,然而现有的地理空间数据库与地理数据服务标准(WFS、WMS、WMTS、WCS)及其实现难以满足在线实时数据可视化及空间分析的要求。根源在于空间数据库中查询地理要素的结果是精确、唯一的;查询处理时间和结果数据量只与要素本身相关;地理要素无法在查询时根据条件动态生成。而实际应用中的要求是地理要素可以是近似、变化的;查询处理时间和结果数据量可以作为查询约束条件;地理要素可以根据查询条件动态生成。本文提出以空间近似查询结果来表达地理要素,即以顶点采样实时生成要素并报告近似误差,以实现对查询处理时间和结果数据量的灵活控制。基于此,本文提出了海量空间数据集的多分辨率表达模型,设计了以分布式内存计算、顶点树型层次结构、加权广度遍历算法为基础的空间近似查询处理方法,实现了基于关系数据库的空间近似查询引擎,形成了基于空间近似查询的网络GIS架构,解决了网络GIS的交互式可视化与空间分析的功能与性能问题。利用上述框架,针对OpenStreetMap全球海岸线数据,建立了地理数据在线交互式可视化应用,验证了本文所提出的网络GIS架构的可行性及空间近似查询处理方法的实用性。具体研究内容如下:(1)基于分布式内存计算的空间近似查询理论总结了近似查询与分布式计算基础理论,根据地理要素数据特点,围绕地理数据交互式可视化与在线空间分析需求,针对空间查询结果数据量难以有效控制的问题,定义了面向交互式可视化的空间近似查询,提出了多分辨率表达模型。该模型主要通过递归细分、数据采样、应用处理、误差计算等算法步骤建立。上述步骤中计算密集型任务的分布特点,将任务分布化,提供了实现误差与数据量可控的空间近似查询基础算法与数据结构。(2)地理要素近似误差计算与顶点层次结构构建方法基于递归细分与误差计算的多分辨率表达模型,进行地理要素数据分布式内存计算处理,建立顶点树型层次结构,形成地理要素的多分辨率表达。研究面向数据可视化,地理要素数据递归细分系数为2,地理要素顶点层次结构的构建方法与存储模型,顾及误差条件的空间索引建立等。(3)地理要素近似查询算法研究以加权广度优先算法为基础的时间/数据量约束与误差约束的地理要素数据窗口近似查询处理算法,包括时间/规模约束条件下树型层次结构的加权广度优先遍历,在查询过程中组合使用近似查询约束条件与空间范围约束条件进行联合剪枝以提高效率的方法;研究关系模型的基础上查询条件与空间连接的特点运用多维索引以提高效率的方法。(4)地理要素顶点层次结构动态更新算法研究根据地理要素连续更新的特点,研究基于最小化代价函数的顶点层次更新算法。以关系模型下顶点层次结构为基础,研究代价最小的顶点层次结构局部更新方法,分析顶点序列的插入、删除、修改等操作的计算复杂度及I/O复杂度,研究不同的顶点层次结构构建参数对于动态化更新算法的影响。(5)海岸线数据实证研究提出基于空间近似查询引擎的网络GIS架构,实现了地理数据交互式可视化原型系统,针对OpenStreetMap海岸线数据,建立了海岸线数据的顶点层次化数据库,完成了地理要素的交互式可视化,并对实验结果进行了对比分析,验证了本文方法的高效性。