一种高效的三维gis数据库引擎设计与实现

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1、第３６卷第２期武汉大学学报·信息科学版Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．２２０１１年２月ＧｅｏｍａｔｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｅｂ．２０１１文章编号：１６７１８８６０（２０１１）０２０１２７０６文献标志码：Ａ一种高效的三维犌犐犛数据库引擎设计与实现朱庆１１１２李晓明张叶廷刘刚（１武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉市珞喻路１２９号，４３００７９）（２中国地质大学（武汉）计算机学院，武汉市鲁磨路３８８号，４３００７４）摘要：针对大规模三维城市建模与数据库协同应用，设计实现了一种高效的三维ＧＩ

2、Ｓ数据库引擎，支持基于Ｏｒａｃｌｅ１１ｇ的多模式数据库管理；提出了顾及语义的三维空间数据库模型，为地上下室内外三维空间数据的一体化组织管理奠定了基础。介绍了该引擎涉及的多层次三维空间索引、多级缓存、多线程调度以及异步通信传输等关键技术，并用武汉市三维城市模型数据进行了试验分析，验证了该引擎的有效性和可靠性。关键词：三维ＧＩＳ；数据库引擎；一体化数据库管理；试验可视化应用中图法分类号：Ｐ２０８［７］随着大范围三维城市模型的普及应用，地上下Ｓｐａｔｉａｌ管理了柏林三维城市模型的几何数据，室内外三维空间数据的一体化管理、多用户协同操但ＯｒａｃｌｅＳｐ

3、ａｔｉａｌ仅支持简单的３Ｄ几何，无法直作、网络共享、数据的安全等需求日益迫切。而现接满足具有三维曲线或曲面等复杂三维空间实体［６］在大多采用的文件系统管理方式要么将大范围三的表达。现有的商业ＧＩＳ平台的空间数据库＋［８］维空间数据分成多个规划单元分别管理，很难满足引擎，如ＡｒｃＳＤＥ、ＳｕｐｅｒＭａｐＳＤＸ等，能有效一体化管理和无缝漫游的要求；要么采用松散的大支持二维空间数据在ＯｒａｃｌｅＳＱＬＳｅｒｖｅｒ等关系文件管理方式，难以保证数据的安全性和高效性，数据库管理系统中的存储与管理，并开始逐渐扩因而采用大型关系数据库管理系统一体化管理三展了三

4、维空间数据的管理，但是大都难以满足地［１，２］维空间数据已逐渐成为必然的选择。上与地下、室内与室外三维空间数据的一体化管地上下室内外三维空间数据的一体化管理亟理，尤其是对三维空间数据丰富的语义信息都未需真三维的空间数据模型，而已有的三维空间数完整地表达。因此，针对大范围多细节层次地上据模型大都局限在特定的专业领域，如地质模型、与地下三维空间数据高效的一体化组织管理的重矿山模型、地表景观模型等，其通用性和扩展性不大需求，本文介绍了一种高效的三维ＧＩＳ数据库［３］强，难以满足地上下室内外三维空间信息的语引擎的设计与实现。义表达、动态更新与一致性维护

5、以及综合分析的需要。ＯＧＣ标准ＣｉｔｙＧＭＬ１．０针对城市地表目１顾及语义的三维空间数据库模型标的统一表示，提出了一种抽象层次的语义信息［４］模型，但仍缺乏三维地质和地下设施的语义表达。虽然主流的商业关系数据库管理系统都已扩１．１概念模型展了空间数据的管理，如ＯｒａｃｌｅＳｐａｔｉａｌ、ＤＢ２［５］ＳｐａｔｉａｌＥｘｔｅｎｄｅｒ、ＳＱＬＳｅｒｖｅｒＥｘｐｒｅｓｓ等，但只针对地上、地下和室内外三维空间实体的基有ＯｒａｃｌｅＳｐａｔｉａｌ１１ｇ直接支持简单三维数据类本特点，首先从概念上建立其统一表达的通用三［６］型的表达，如基于ＣｉｔｙＧＭＬ模式，

6、利用Ｏｒａｃｌｅ维空间数据模型。如图１所示，地上下三维空间收稿日期：２０１０１２１５。项目来源：国家８６３计划重点资助项目（２００８ＡＡ１２１６００）；国家９７３计划资助项目（２０１０ＣＢ７３１８０１）；国家自然科学基金资助项目（４１００１２２２）；武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室开放研究基金资助项目（（１０）重点项目）。１２８武汉大学学报·信息科学版２０１１年２月实体集成表示的统一数据模型通过几何层、多尺关实体的三维内部结构或组成关系。度表达层和专题语义层三个层次进行完整的表为了实现地上下三维空间实体几何表达的统达。在几何层，通过点

7、、线、面、体等基本元素实现一，提出了三维空间实体统一表达的几何对象模地上下三维空间实体几何表达的统一；在多尺度型，如图２所示。该模型首先定义了三维几何统表达层，通过ＬＯＤ对象实现地上下三维空间对一表达的基类ＣＧｅｏｍｅｔｒｙ，并直接派生三维几何象的多尺度表达；在专题语义层，对建筑物模型、基类Ｃ３ＤＧｅｏｍｅｔｒｙ，派生了点（Ｃ３ＤＰｏｉｎｔ）、线道路网络模型、地质体模型等专题进行面向专题（Ｃ３ＤＣｕｒｖｅ）、面（Ｃ３ＤＳｕｒｆａｃｅ）、体（Ｃ３ＤＶｏｌｕｍｅ）语义的扩展。其中，在ＤＥＭ表面层次上确保合４种基本空间元素，实现了整个三维空间的抽象理

8、的空间划分与区域识别；在地上下立体层次，解表达，每个基本几何元素都可以泛化为具体的几决地理实体在二维抽象表示中产生的地上下交叠何类型表达，各类几何元素