用于三维数据球信息关联的剖分中间件和信息关联方法

摘要

本发明公开了一种用于三维数据球信息关联应用的剖分中间件，服务器端确定待存储空间数据产品所占最小面片集合，产生全球唯一的区位标识编码并添加到数据产品编目表中；在三维数据球提出数据请求时，客户端产生区位标识编码发送给服务器端，服务器端检索区位标识编码匹配的所有类型的空间数据产品，并返回检索数据给客户端；客户端根据检索数据的空间范围逻辑拼接成三维数据球显示所需的影像瓦片，完成空间数据产品的上球显示。本发明还提供了一种三维数据球信息的关联方法。使用本发明能够通过建立多源产品数据与其所对应地球表面剖分面片之间的映射关系，从而提高三维数据球信息的多源整合和综合管理能力。

说明书

技术领域

本发明涉及地球空间信息共享、三维可视化和系统集成等技术领域，具体 涉及用于三维数据球信息关联的剖分中间件和信息关联方法。

背景技术

当前，随着空间三维可视化技术的快速发展，数据球技术日渐成为空间数 据表达、展示和应用的主流发展模式。数据球是一种将空间数据按照地理位置 显示在虚拟球体上的技术。数据球上的数据是通过空间数据产品组织得到。空 间数据产品可以为栅格数据或非栅格数据，栅格数据例如影像、DEM（数字高 程模型）数据等，非栅格数据例如矢量数据、文本数据、视频数据、属性数据 等。各行业应用部门已陆续发展了几十甚至上百个不同规格的数据球产品。

现有数据球技术主要包括空间数据产品存储、数据关联检索和数据上球表 达三大部分。空间数据产品存储时，首先对空间数据进行物理切割，并按照切 割后的数据块进行逐一存储；当需要多分辨率时，还需要每个分辨率的采样并 重复存储一次，因此增加了存储空间。在数据关联检索时，在需要某个空间区 域的所有类型数据时，由于不同类型数据是由各行业应用部门开发的，因此空 间数据产品的组织规格不同，需要先获取所有需要的数据，然后在显示之前根 据数据规格裁切为当前数据球显示所需的规格。

可见，众多规格的数据球给跨部门、跨行业的遥感数据综合应用带来了三 个瓶颈问题：其一，数据球展示数据与后台数据产品无关，直接进行区域关联 检索相对复杂；其二，数据球规格与空间数据产品组织规格不一致，空间数据 产品难以直接上球表达；其三，不同数据球规格各异，数据球之间的数据交换 共享困难。

不同类型、不同遥感平台的对地观测数据组织规格各不相同，多源数据的 关联应用，必须先进行格式统一和数据规格转换等二次处理，才能进行综合业 务服务。而导致这些问题的主要原因是传统地理信息系统中数据层与应用层的 两层关联模式，它们使得数据与操作分离，而中间件技术恰恰是一种位于数据 层和应用层之间的通用服务。

由此可见，探索一个用于三维数据球信息关联应用的中间件技术，可为解 决上述问题提供方法途径，成为本项发明的应用背景与出发点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于三维数据球信息关联的剖分中间件和一 种三维数据球信息关联方法，能够通过建立多源产品数据与其所对应地球表面 剖分面片之间的映射关系，实现“空间串列式”结构的数据编目、存储与检索，从 而提高三维数据球信息的多源整合和综合管理能力。

为解决上述技术问题，本发明具体方法如下：

一种用于三维数据球信息关联应用的剖分中间件，其包括服务器端和客户 端；

所述服务器端，用于根据待存储的空间数据产品所占最小面片集合的空间 范围，根据设定的命名规则为空间数据产品建立全球唯一的区位标识编码，占 据相同面片集合的区位标识编码相同，占据不同面片集合的区位标识编码不同； 并将区位标识编码添加到数据产品编目表中增设的区位标识编码字段中；当接 收到来自客户端的发送数据请求时，根据该发送数据请求中的区位标识编码， 检索区位标识编码匹配的所有类型的空间数据产品，并返回检索数据给客户端；

其中，所述面片为：采用统一网格尺寸对地球进行网格划分所得到的网格；

所述客户端，在三维数据球提出数据请求时，根据请求数据的空间范围采 用所述命名规则产生区位标识编码，并携带在发送数据请求中发送给服务器端； 当接收到服务器端返回的检索数据时，根据检索数据的空间范围逻辑拼接成三 维数据球显示所需的数据瓦片，完成空间数据产品的上球显示。

较佳地，所述服务器端内建有逻辑索引文件、剖分索引表和数据产品编目 表；

所述服务器端在存储空间数据产品时，如果空间数据产品是栅格数据，则 先确定包围所述栅格数据的最小面片集合，对最小面片集合中的每个面片确定 编码；所述编码是面片的唯一编码，且隐含面片的地理位置信息；将栅格数据 对应的编码集存储到逻辑索引文件中，将栅格数据整体存储到服务器；然后再 根据设定的命名规则为栅格数据建立区位标识编码，并添加到数据产品编目表 的区位标识字段中，并且当前填写的数据产品编目表项，存入剖分索引表；

如果空间数据产品是非栅格数据，则先确定包围所述非栅格数据的最小面 片集合，对最小面片集合中的每个面片确定编码；将非栅格数据及其对应的编 码集存储到数据产品编目表中；然后再根据设定的命名规则为栅格数据建立区 位标识编码，并添加到数据产品编目表的区位标识字段中，并且当前填写的数 据产品编目表项，存入剖分索引表；

所述服务器端在检索空间数据产品时，根据区位标识编码，检索剖分索引 表，找到区位标识编码匹配的所有表项；判断查找到的表项中数据类型是否为 栅格数据，如果是，则检索该栅格数据对应的逻辑剖分文件，获得编码集，并 将编码集及其对应的栅格数据，作为检索数据返回给客户端；如果为非栅格数 据，则查询剖分索引表获得非栅格数据和编码集作为检索数据返回给客户端。

本发明还提供了一种三维数据球信息的区位关联方法，该方法包括如下步 骤：

步骤1、服务器端根据所需存储的空间数据产品所占最小面片集合的空间范 围，根据设定的命名规则为空间数据产品建立全球唯一的区位标识编码，占据 相同面片集合的区位标识编码相同，占据不同面片集合的区位标识编码不同； 并将区位标识编码添加到数据产品编目表中增设的区位标识编码字段中；其中， 所述面片为：采用统一网格尺寸对地球进行网格划分所得到的网格；

步骤2、三维数据球提出数据请求时，客户端与服务器端之间进行信息交互， 由客户端或服务器端根据请求数据所在空间范围采用所述命名规则产生区位标 识编码，服务器端检索所述区位标识编码匹配的所有类型的空间数据产品，并 返回检索数据给客户端；

步骤3、客户端根据所述检索数据的空间范围逻辑拼接成三维数据球显示所 需的影像瓦片，完成空间数据产品的上球显示。

其中，所述步骤1包括：

第1步：如果空间数据产品为栅格数据，则采用设定尺度面片对栅格数据 进行逻辑划分，确定包围所述栅格数据的最小面片集合，对最小面片集合中的 每个面片确定编码；所述编码是面片的唯一编码，且隐含面片的地理位置信息； 将栅格数据对应的编码集存储到逻辑索引文件中，并且将栅格数据整体存储；

如果空间数据产品为非栅格数据，则确定包围所述非栅格数据的最小面片 集合，对最小面片集合中的每个面片确定编码；将非栅格数据及其对应的编码 集存储到数据产品编目表中；

第2步：根据空间数据产品所占最小面片集合的空间范围，采用设定的命 名规则为空间数据产品建立区位标识编码；

第3步：在现有的数据产品编目表中增加区位标识编码字段，将第2步产 生的区位标识编码添加到数据产品编目表中当前处理的空间数据产品对应的区 位标识字段中，并且当前填写的数据产品编目表项，存入剖分索引表。

优选地，所述步骤3中，服务器端检索区位标识编码匹配的所有类型的空 间数据产品，并返回检索数据给客户端的步骤具体为：

服务器端根据所述区位标识编码，检索剖分索引表，找到区位标识编码匹 配的所有表项；判断查找到的表项中数据类型是否为栅格数据，如果是，则检 索该栅格数据对应的逻辑剖分文件，获得编码集，并将编码集及其对应的栅格 数据，作为检索数据返回给客户端；如果为非栅格数据，则从剖分索引表获得 非栅格数据和编码集作为检索数据返回给客户端。

优选地，所述面片的划分采用GeoSOT网格划分方式，采用一个选定的层 级中的网格作为所述片面；所述面片的唯一编码采用GeoSOT的剖分编码方式。

有益效果：

（1）本发明将不同类型数据按照面片进行空间位置确定，并根据数据所占 最小面片集赋予区位标识编码，从而实现了统一规格的组织，当需要一个区域 的数据时，根据区位标识编码能够检索出该区域内的所有类型数据，直接简单 拼接后即可上球，不需要上球之前进行规格转换。可见，本发明在不改变现有 数据球服务能力和瓦片加载机制的前提下，通过建立多源产品数据与其所对应 地球表面剖分面片之间的映射关系，实现“空间串列式”结构的数据编目、存储与 检索，从而提高三维数据球信息的多源整合和综合管理能力。

（2）本发明将多源数据的组织规格进行逻辑统一，进而建立起数据产品与 数据球、数据球与数据球之间的桥梁，为多源数据空间关联、数据产品直接上 球、多种信息的关联应用，以及不同数据球信息的共享提供技术支撑。

（3）本发明不对栅格数据进行物理剖分，而是进行逻辑剖分，即对应到面 片中，因此在存储栅格数据时，可以整体存储，在需要多分辨率时，只要在向 客户端返回数据时，从整体存储的数据中重采样，即可得到所需分辨率的数据。

附图说明

图1为本发明中“服务端建立剖分索引库”、“多源数据关联检索”和“客户端 瓦片加载”三者之间的逻辑关系示意图。

图2为数据球剖分中间件接入模式示意图。

图3为空间数据产品基于GeoSOT体系建立剖分索引表的原理图。

图4为空间数据产品建立映射关系的流程图。

图5为最小面片集合的示意图。

图6为服务器端建立关联检索的流程图。

图7为基于面片的多源数据关联检索原理示意图。

图8为数据产品直接上球原理示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于三维数据球的数据球展示数据与后台数据关联方 法，其基本思想是：在三维数据球的应用层与操作系统之间建立中间件，称为 剖分中间件，其由客户端和服务器端两部分组成，服务器端存储空间数据产品 时建立多源产品数据与其所对应地球表面剖分面片之间的映射关系，数据上球 时，客户端向服务器端发出请求，服务器端根据上球数据的空间范围，查找映 射关系找到所有符合空间范围要求的数据上球。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1、2所示，本发明的数据关联方法主要包括三个步骤：服务器端建立 索引表、多源数据关联检索和客户端瓦片加载。

步骤一、服务器端建立剖分索引表。

首先，预先采用统一网格尺寸对地球进行网格划分，所得到的网格称为面 片。则本步骤中，服务器端根据所需存储的空间数据产品所占最小面片集合的 空间范围，根据设定的命名规则为空间数据产品建立全球唯一的区位标识编码， 占据相同面片集合的区位标识编码相同，占据不同面片集合的区位标识编码不 同；并将区位标识编码添加到数据产品编目表中增设的区位标识编码字段中。

图4为本步骤1的流程图，参见图4，该步骤1的具体实现过程为：

第1步：如果空间数据产品为栅格数据，则采用设定尺度的面片对栅格数 据进行逻辑划分，确定包围栅格数据的最小面片集合，对最小面片集合中的每 个面片确定编码；所述编码是区分面片的唯一编码，且隐含面片的地理位置信 息；将栅格数据对应的编码集存储到逻辑索引文件中，并且将栅格数据整体存 储到服务器。

其中，由于已经预先将地球划分为面片，并且为每个面片确定了唯一编码， 该编码要求具有唯一性、且包含面片的空间范围信息，因此本步骤是将栅格数 据按照其空间位置匹配到预先划分的地球面片中，可以看作是对栅格数据进行 逻辑划分，以确定包围栅格数据的最小面片集合（如图5所示），并且将最小面 片集合中所有面片的编码存储到逻辑索引文件中。例如，假设当前处理的是1： 5万标准图幅（栅格数据），则在逻辑索引文件中存储该图幅对应的编码集。

上述面片的划分和编码使用可以采用专利申请《一种统一现有经纬度剖分 网格的方法》（公开号为CN102609525，申请日为2012/02/10）中所公开的 GeoSOT网格划分方式和GeoSOT的剖分编码方式。该方案将地球表面空间从全 球剖分至厘米级，共计32层，并且给出了四种编码方式。下面以采用GeoSOT 剖分编码为例，对栅格数据的具体操作过程为：

1）根据GeoSOT网格划分方式，采用一个选定的层级，确定包围所述栅格 数据的最小面片集合。

2）根据GeoSOT的剖分编码方式，对最小面片集合中的每个面片确定编码； 这里采用GeoSOT的剖分编码中的二进制一维编码。

3）在逻辑索引文件中，存储栅格数据对应的编码集。如图3所示，由于使 用了GeoSOT剖分编码技术，该实施例中的逻辑索引文件中存储了某空间数据 产品的最小面片集合对应的GeoSOT区位标识编码，以及该区域的存储路径和 在地球大环境中的行、列号。在实际中，也可以不采用GeoSOT剖分编码技术， 只要求采用统一大小的网格对地球进行网格划分形成面片，并且并进行唯一编 码即可。唯一编码中隐含地理信息例如经纬度还可以方便后续使用。

本步骤中，如果待存储的空间数据产品为非栅格数据，如矢量、文本、视 频等其他类型信息，根据已知的非栅格数据的空间范围，将其对应到面片中， 确定包围所述非栅格数据的最小面片集合，对最小面片集合确定编码集；将非 栅格数据及其编码集存储到数据产品编目表中；

第2步：根据空间数据产品所占最小面片集合的空间范围，采用设定的命 名规则为空间数据产品建立能够区分不同覆盖空间范围的唯一的标识，称为区 位标识编码。

在生成区位标识编码时，保证覆盖相同空间区域的区位标识编码相同且唯 一，覆盖不同空间区域的区位标识编码不同。通过设计，还可以实现区位标识 编码与空间范围的相互解算，这样更有利于空间数据产品之间的位置关系解算。

第3步：在现有的数据产品编目表中增加区位标识编码字段，将第2步产 生的区位标识编码添加到数据产品编目表中当前处理的空间数据产品对应的区 位标识字段中，并且当前填写的数据产品编目表项，存入新建的剖分索引表。

在现有技术中，数据产品编目表中记载了当前处理的空间数据产品的信息， 包括ID、采集时间、卫星轨道、空间范围、数据类型（影像、DEM、矢量、文 本等）、空间数据产品的存储位置等信息。不同空间数据产品分条存储。本发明 在此基础上增加了区位标识字段（CellCode）。

本发明还另外设计了剖分索引表，其内容与改造后的数据产品编目表的内 容相同。这样后续应用时可以只查找剖分索引表，不再使用数据产品编目表。

步骤二：多源数据关联检索。

图6为本步骤二的具体过程：

步骤21、三维数据球在需求某个空间区域的数据时，将所需检索的区域通 知给客户端，客户端根据检索区域采用区位标识编码的产生规则产生区位标识 编码，并携带在发送数据请求中发送给服务器端；或者将检索区域发给服务器 端，由服务器端产生区位标识编码；

步骤22、服务器端根据区位标识编码检索剖分索引表，找到匹配表项；判 断查找到的表项中数据类型是否为栅格数据，如果是，则检索该栅格数据对应 的逻辑剖分文件（这里的对应关系可以从剖分索引表中获得，其中存储了空间 数据产品所需区域的名称/ID、区位标识编码、空间数据产品存储地址等信息）， 获得编码集，并根据空间数据产品存储地址获取编码集对应的栅格数据；如果 为非栅格数据，则直接查询剖分索引表即可获得该非栅格数据及其编码集。

步骤23、服务器端将获取的数据返回给客户端。

具体举个例子，如图7所示，当客户端返回检索区域后，首先计算出区位 标识编码G213012；然后，查询剖分索引表，将区位标识编码为G213012的所 有类型的数据全部检索出来；若被检索数据是栅格数据，再进一步根据剖分索 引表中记录的存储路径、文件名等查询该数据对应的逻辑索引表。

步骤三：客户端瓦片加载。

根据服务器端返回的检索结果，客户端根据区位标识编码对应的空间范围 逻辑拼接成三维数据球显示所需的影像瓦片，可在现有显示瓦片加载机制不变 的情况下，完成空间数据产品的直接上球显示。

图8是空间数据产品直接上球表达的原理示意图。对于服务器端返回的编 码集，采用GeoSOT面片聚合并简单拼接为数据球的规格瓦片，可以直接与数 据球骨架相吻合。在不改变现有数据球瓦片加载机制的情况下，数据无需物理 切分为瓦片、拼接等预处理，即可直接贴图上球表达与显示。

作为本发明应用之一，可以按图2所示的方式将剖分中间件接入现有的数 据球系统：在现有空间数据组织体系的基础上，将服务端组件接入空间数据产 品组织集群，负责剖分索引表的自动生成和关联检索机制的建立；将客户端组 件接入到各行业、部门应用的三维数据球，负责数据球瓦片的加载。以插件形 式接入剖分中间件，逻辑统一数据球后端的数据服务规格，建立全球统一的数 据组织规格，实现数据球信息关联应用功能；具体接入对象包括遥感卫星地面 应用系统的预处理与专业处理分系统、业务共享分系统、行业部门综合应用分 系统和终端应用分系统等

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保 护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。