[01504302]一种基于文件系统的三维空间数据存储管理方法

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般空间数据的特点,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、*.FC1、*.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。 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。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,对三维空间数据进行分类存储、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。 1)本发明实现了三维空间数据的分类存储、增量追加、索引管理、实时调度等功能,满足了三维空间数据管理的应用需求; 2)本发明设计的文件系统数据模型,实现地上数据和地下数据的一体化组织与高效管理,为三维空间数据库高效管理与应用提供底层支撑; 3)本发明基于文件系统的三维空间数据存储管理,并可方便、无损地与数据库系统进行数据交换,有很好的兼容特性; 4)本发明提出的高效的三维空间数据管理和动态调度方法,在文件系统的实现中,建立不同类型空间数据的索引文件以及具体的适应于快速绘制等应用的存储格式,解决了三维空间数据的动态与快速调度问题。本发明的技术内容自2007年起,已成为QuantyView（原名：GeoView）三维地质信息系统平台的有机组成部分,已经应用于“数字矿山”、“数字油田”、“数字勘查”、“数字地灾”、“数字地调”、“数字水利”、“数字城市”、“数字国土”等多个软件系统中,产生了良好的经济效益和社会效益。