[发明专利]一种基于文件系统的三维空间数据存储管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维空间数据存储技术领域，尤其涉及一种基于文件系统的三维空间数据存储管理方法。

背景技术

随着空间技术的迅速发展，三维GIS的发展越来越受到人们的广泛关注。三维空间数据除了具有一股空间数据的特点，还体现在空间目标的语义、几何与纹理等属性多样、相互关系复杂、数据量庞大等方面。而地理空间数据又具有多源、多类、多维、多量、多时态、多主题及多细节层次表达等特征，使得地理空间数据的存储、管理和更新能力，成为决定三维GIS应用成功的关键。因此研究一种三维空间数据的存储管理方法成为亟须突破的难点。

基于文件系统的管理模式是空间数据管理的主要模式之一，常见的基于文件系统的GIS数据格式有：MapInfo(*.TAB、*.MIF)数据格式，MicroStation(*.DGN、*.FCl、*.POS等)数据格式，ESRI(*.SHP、*.EOD、*.ADF等)数据格式，此外，美国国家空间数据协会(NSDI)制定了统一的空间数据格式规范SDTS，中国制定了国家标准地球空间数据交换格式，用来作为不同空间数据格式的转换标准。但是，随着GML(含CityGML)、KML越来越广泛的被用来存储GIS数据，用GML实现GIS数据的表达与交换已成为一种趋势。2008年OGC推出的CityGML1.0已经对地表以上的城市三维空间对象进行了比较系统的归纳总结，提出了一系列的三维地表空间数据结构模型。然而已有的多数空间数据结构模型都是针对地表或面向专题的，没有地上、地下一体化统一的结构模型，因此如何在前人研究的基础上，扩展实现基于文件系统的地上下三维空间数据存储模型，使之能够满足地上下一体化统一存储与管理，是实现三维GIS的关键问题之一。

由于外存设备的容量要远远的高于内存设备的容量，而空间数据又以爆炸式的速度增长，同时由于操作系统的限制(如Windows XP系统最大仅支持4G内存空间)，因此外部存储设备和内存之间存在着巨大的矛盾。另外，由于各种历史原因，已有的空间数据管理系统(如MapGIS、AutoCAD等)采用的是将空间数据一次性调入内存的方式，因此这类软件无法进行海量空间数据的管理。尽管目前的3G通信技术取得了巨大的进步，但空间数据分布式和移动式的应用日益普及，如车载导航系统要求对沿途路线加以逼真实时的显示、野外勘查设备要加载大量已有的基础数据，使得在当前情况下无线传输技术在经济上和技术上都无法满足实时加载海量空间数据的要求，因此研究基于文件系统的三维空间数据存储模型并使之能够支持高效的管理和动态调度，成为行业和社会发展的必然需求。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种基于文件系统的三维空间数据存储管理方法，以扩展实现基于文件系统的地上地下三维空间数据存储，使之能够满足地上地下、室内室外一体化统一存储与管理。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

采用文件系统设计模式，将三维空间对象实体的空间数据和属性数据统一存储在文件中；

概念模型设计中，将地上、地下三维空间数据表示成统一的数据模型进行存储与管理；

逻辑模型设计中，将空间对象的存储级别划分为不同的粒度与类别，并将每个类别进行单独存储，对三维空间数据进行分类存储、增量追加、索引管理、实时调度；

物理模型设计中，采用空间分区、属性分层的方法，将整个三维空间范围建立多个可管理的分块，并在每一个分块内部建立基于对象类型的分层组织与分类管理。

所述逻辑模型设计中，将空间对象的存储级别划分为不同的粒度与类别，分别为：要素集、要素对象、空间数据和属性数据。

所述分类存储为将空间对象按其语义划分为不同的要素类，每个要素类进行单独存储；

所述增量追加为对某一空间对象进行编辑时，在其所在要素类文件的末尾写入编辑后的对象，不进行整个要素类文件的重写；

所述索引管理为对空间对象建立索引，以便于查找和更新；

所述实时调度为在需要空间对象时才调度其空间数据。

所述增量追加包括以下步骤：

①根据更新对象的ID，获取其对应的IndexItem信息；

②将该对象的包围盒及相关信息分别从空间索引和根据ID构建的索引中移除，同时更新这两种索引结构；

③将IndexItem信息添加到更新索引结构中；

④将更新后的对象序列化成的数据块写入*.FS文件，并新建一个IndexItem对象实现相关信息的记录；

⑤将更新后的对象的IndexItem信息分别添加到空间索引和根据ID构建的索引中移除，同时更新这两种索引结构。