CN102054009A - 分布式异构栅格空间数据无缝集成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供分布式异构栅格空间数据无缝集成方法，包括无缝集成原则、全局逻辑金字塔结构空间索引、分布式栅格空间数据索引和异构金字塔结构栅格空间数据更新。本发明通过全局逻辑金字塔结构空间索引屏蔽了具体平台中栅格数据组织的差异性，为异构栅格数据的访问提供了统一的接口，从而实现了分布式异构栅格空间数据透明的调度、无缝的集成和更新。

Description

分布式异构栅格空间数据无缝集成方法

技术领域

本发明专利涉及地理信息技术领域，尤其涉及适用于异构金字塔结构栅格空间信息集成应用中的分布式异构栅格空间数据无缝集成方法。

背景技术

目前，对于栅格空间数据的管理基本采用各自的多尺度金字塔结构的组织方法，但是这些多尺度金字塔结构组织方法只是针对特定的平台和应用设计的，不具有通用性。但是为了能够支持资源共享，尤其是在网络环境下，对分布在多个节点上的异构栅格空间数据集成应用时，本技术领域急需一种无缝、透明的集成方法。

发明内容

为了克服现有技术不足，本发明提出了分布式异构栅格空间数据无缝集成方法，用于地理信息系统(GIS)或其它地理信息服务相关的计算机软件系统中对构栅格空间数据进行集成应用。

本发明提供的分布式异构栅格空间数据无缝集成方法，包括如下技术方案：

为异构栅格空间数据建立统一的空间参考基准；

建立面向全球空间范围的全局逻辑金字塔结构空间索引，用于支持全球空间范围内多分辨率的栅格空间数据的组织与检索；所述全局逻辑金字塔结构空间索引为基于四叉树结构的逻辑金字塔结构空间索引；

建立分布式栅格空间数据索引机制，包括设置分布式栅格空间数据索引中心；对分布在网络环境下各个节点上的栅格空间数据根据其金字塔结构特征建立各自的局部空间索引，并将局部空间索引注册到分布式栅格空间数据索引中心；由分布式栅格空间数据索引中心建立节点的局部空间索引到全局逻辑金字塔结构空间索引的映射关系；当出现对网络环境下某节点上的栅格空间数据的需求时，由全局逻辑金字塔结构空间索引经映射关系检索到相应节点的局部空间索引，实现所需栅格空间数据的获取。

而且，所述空间参考基准采用WGS84大地坐标系统。

而且，利用一种结构栅格空间数据对另外一种不同结构栅格空间数据进行更新，用于更新的数据称为源栅格空间数据，被更新的数据称为目标栅格空间数据；

注册源栅格空间数据所在节点的局部空间索引到分布式栅格空间数据索引中心，称为源栅格数据索引；注册目标栅格空间数据所在节点的局部空间索引到分布式栅格空间数据索引中心，称为目标栅格数据索引；

根据分布式栅格空间数据索引机制，源栅格数据索引与全局逻辑金字塔结构空间索引之间具有映射关系，目标栅格数据索引与全局逻辑金字塔结构空间索引之间具有映射关系；

通过全局逻辑金字塔结构空间索引的转换，实现源栅格数据索引与目标栅格数据索引的映射关系，并通过该映射关系实现源栅格数据到目标栅格数据的更新。

本发明通过建立全局逻辑金字塔结构空间索引屏蔽了具体地理信息平台中不同金字塔结构栅格数据组织的差异性，为分布式异构栅格数据的集成服务提供了统一的接口，可以实现异构金字塔结构栅格空间数据的相互更新。应用本发明技术方案能够无障碍地利用网络中分布在多个节点上的异构栅格空间数据，具有良好的通用性。

附图说明

图1为本发明的四叉树结构图。

具体实施方式

本发明提供的分布式异构栅格空间数据无缝集成方法，主要包括无缝集成原则、全局逻辑金字塔结构空间索引、分布式栅格空间索引机制这三个方面设计。在全局逻辑金字塔结构空间索引和分布式栅格空间索引机制的基础上，还可实现异构栅格空间数据更新。其中：

无缝集成原则：为了实现异构栅格空间数据无缝集成，本发明提出为异构栅格空间数据统一的空间参考基准，例如WGS84坐标系统。将具有不同空间参考基准的数据通过空间投影变换的方式转换到WGS84坐标系统，即可实现空间参考基准的统一。如果一个空间数据本身不是WGS84坐标系统，当它加入到一个节点后就进行数据转换，转换到WGS84坐标系统。

全局逻辑金字塔结构空间索引：用于支持全球空间范围内多分辨率的栅格空间数据的组织与检索；所述全局逻辑金字塔结构空间索引为基于四叉树结构的逻辑金字塔结构空间索引。针对栅格空间数据的特征，本发明提出基于层次四叉树的结构构建全局逻辑金字塔结构空间索引。最简便的具体实现方案是根据地理知识进行建立，参见图1所示，分别对东西半球分别建立两个层次四叉树，相邻层之间的空间范围采用一定的倍率(例如2的倍率)的方式构建。层次四叉树四个结点分别代表四个方向的空间范围，同时存储指向该范围的栅格数据集的指针，相邻层的栅格数据分辨率也定义为一定的倍率关系(例如2的倍率)，由此面向全球空间范围的层次四叉树空间索引一旦建立，全局逻辑空间索引就确定下来。

如图1，对应四叉树的结构可以建立相应表格，参见下表：

表中全球地理坐标的经度范围为[-180°，+180°]，纬度范围为[-90°，+90°]，此范围以外的坐标值均视为无效值；第k层格网的分辨率为第(k+1)层格网的2倍(k为正整数)；在任意层内，横向和纵向格网块的数目之比为2∶1，格网块的编码顺序由左到右，由下到上。第0层的分块数为2*1，易知，第k层的分块数＝2^(k+1)*2^k。表中放入了(0，0)(0，1)等第0、1、2层经纬度格网的编码，具体实施时可采用现有等经纬度的四叉树网格编码技术给出，第3层及之后各层一样可以给出编码。可见，全局逻辑金字塔结构空间索引的第0层瓦片的分辨率是180度，有1行2列，第1层瓦片的分辨率是90度，有2行4列，第2层瓦片的分辨率是45度，有4行8列，第3层瓦片的分辨率是22.5度，有8行16列。

这样就建立了覆盖全球范围的，以四叉树结构为基础的，分辨率由低到高，空间范围由大到小的连续的多分辨率逻辑金字塔结构的空间索引。

分布式栅格空间数据索引机制：机制的中心是分布式栅格空间数据索引中心，具体实施时可以在网络环境中设置专用服务器，在服务器上采用空间索引技术实现对局部空间索引的注册管理。对分布在网络环境下各个节点上的栅格空间数据根据其金字塔结构特征建立各自的局部空间索引，并将局部空间索引注册到分布式栅格空间数据索引中心；由分布式栅格空间数据索引中心建立节点的局部空间索引到全局逻辑金字塔结构空间索引的映射关系。在建立映射关系后，全局逻辑金字塔结构空间索引可以进行统一调度，从而屏蔽具体平台中栅格空间数据的金字塔结构数据组织。调度工作主要是针对数据的需求，可由全局逻辑金字塔结构空间索引经映射关系检索到相应节点的局部空间索引，实现所需栅格空间数据的获取。

分布式栅格空间数据索引中心不仅建立局部空间索引到全局逻辑金字塔结构空间索引的关联，还负责管理局部空间索引，主要是各节点的注册管理。本发明提供具体实施时的机制运作步骤如下：

(1)对于网络单个节点上的栅格空间数据，根据其金字塔结构特征建立局部空间索引。

(2)局部空间索引登记到分布式栅格空间数据索引中心，完成局部空间索引的注册工作。

(3)对注册后的局部空间索引映射到全局逻辑金字塔结构空间索引上，按照局部空间索引的空间范围、金字塔结构层数、分辨率(比例尺)和数据格式等基本信息完成对应的映射关系，将局部空间索引的金字塔结构数据集纳入到全局逻辑金字塔结构的统一管理中。

(4)建立基于这种映射关系的分布式栅格空间索引后，通过全局逻辑金字塔结构的统一调度，实现栅格空间数据的无缝集成。

当某节点局部空间索引进行更新时，则重新执行进行上述(2)、(3)进行相应的注册和映射步骤。

异构金字塔结构栅格空间数据更新：在具有空间范围重叠的情况下，可以方便地通过一种异构金字塔栅格数据更新另外一种异构金字塔栅格数据。先定义被更新的异构栅格数据为目标栅格数据，用来更新的栅格数据简称为源栅格数据；并定义注册源栅格空间数据所在节点的局部空间索引到分布式栅格空间数据索引中心，称为源栅格数据索引；注册目标栅格空间数据所在节点的局部空间索引到分布式栅格空间数据索引中心，称为目标栅格数据索引。根据分布式栅格空间数据索引机制，源栅格数据索引与全局逻辑金字塔结构空间索引之间具有映射关系，目标栅格数据索引与全局逻辑金字塔结构空间索引之间具有映射关系。通过全局逻辑金字塔结构空间索引的转换，即可实现源栅格数据索引与目标栅格数据索引的映射关系，并通过该映射关系实现源栅格数据到目标栅格数据的更新。

考虑到局部索引的注册和映射已完成是更新的前提，本发明提供详细步骤如下：

(1)将目标栅格数据索引和源栅格数据索引注册到分布式栅格空间数据索引中

(2)对注册后的源栅格数据索引与全局逻辑金字塔结构空间索引建立相互的映射关系。

(3)对注册后的目标栅格数据索引与全局逻辑金字塔结构空间索引建立相互的映射关系。

(4)将源栅格数据索引映射到全局逻辑金字塔结构空间索引，并且映射到目标栅格数据索引上。

(5)由此建立源栅格数据索引与目标栅格数据索引的映射关系，根据映射关系，实现数据的更新。

下面结合多源空间信息网络共享与互操作软件平台GeoGlobe的应用对本发明作进一步说明。

实施例中的分布式多源异构栅格数据分别为：(1)Google Earth组织的多尺度金字塔结构影像数据，简称Google Raster，(2)Oracle数据库系统中GeoRaster组织的多尺度金字塔结构影像数据，简称Oracle Raster，(3)武大吉奥公司的GIS平台软件GeoStar中GeoImageDB组织的多尺度金字塔结构影像数据，简称GeoStar Raster。

实施例一：采用本发明的方法，将上述三种异构金字塔组织的栅格数据进行无缝集成到GeoGlobe平台中。步骤如下：

(1)对于Google Raster，Oracle Raster和GeoStar Raster数据，通过投影变换，建立基于WGS84坐标系统的统一空间参考基准。

(2)对Google Raster，Oracle Raster和GeoStar Raster数据各自的金字塔结构特征，分别建立局部空间索引，并注册在分布式栅格空间索引中心。

(3)根据全局逻辑金字塔结构空间索引，实现Google Raster，Oracle Raster和GeoStar Raster所建立的局部空间索引到全局索引的映射，建立分布式栅格空间索引机制。

(4)在GeoGlobe中计算需要显示的空间范围，根据全局逻辑金字塔结构空间索引，检索到相应局部空间索引，实现对Google Raster，Oracle Raster和GeoStar Raster数据的获取并显示到GeoGlobe平台上。

实施例二：采用本发明的方法，实现异构栅格数据的更新。例子中采用Geostar Raster作为源栅格数据，Oracle Raster作为目标数据，步骤如下：

(1)对部署在网络节点上按照Oracle Raster和GeoStar Raster组织的数据，分别建立局部空间索引，并注册到分布式栅格空间索引中心。

(2)根据全局逻辑金字塔结构空间索引，实现Oracle Raster和GeoStar Raster所建立的局部空间索引到全局索引的映射，建立分布式栅格空间索引机制。

(3)通过全局逻辑金字塔结构空间索引，建立Geostar Raster到Oracle Raster的映射关系，并且通过该映射关系，获取需要更新的数据范围，金字塔层数，分辨率等基本信息。

(4)通过获取的上述基本信息，更新Oracle Raster中相应数据。

上述实施例不对本发明的限制，其仅供参考，用于对本发明的更进一步的理解。

Claims (3)

1.一种分布式异构栅格空间数据无缝集成方法，其特征是：为异构栅格空间数据建立统一的空间参考基准；

建立面向全球空间范围的全局逻辑金字塔结构空间索引，用于支持全球空间范围内多分辨率的栅格空间数据的组织与检索；所述全局逻辑金字塔结构空间索引为基于四叉树结构的逻辑金字塔结构空间索引；

建立分布式栅格空间数据索引机制，包括设置分布式栅格空间数据索引中心；对分布在网络环境下各个节点上的栅格空间数据根据其金字塔结构特征建立各自的局部空间索引，并将局部空间索引注册到分布式栅格空间数据索引中心；由分布式栅格空间数据索引中心建立节点的局部空间索引到全局逻辑金字塔结构空间索引的映射关系；当出现对网络环境下某节点上的栅格空间数据的需求时，由全局逻辑金字塔结构空间索引经映射关系检索到相应节点的局部空间索引，实现所需栅格空间数据的获取。

2.根据权利要求1所述的分布式异构栅格空间数据无缝集成，其特征是：所述空间参考基准采用WGS84大地坐标系统。

3.根据权利要求1或2所述的分布式异构栅格空间数据无缝集成，其特征是：利用一种结构栅格空间数据对另外一种不同结构栅格空间数据进行更新，用于更新的数据称为源栅格空间数据，被更新的数据称为目标栅格空间数据；注册源栅格空间数据所在节点的局部空间索引到分布式栅格空间数据索引中心，称为源栅格数据索引；注册目标栅格空间数据所在节点的局部空间索引到分布式栅格空间数据索引中心，称为目标栅格数据索引；

根据分布式栅格空间数据索引机制，源栅格数据索引与全局逻辑金字塔结构空间索引之间具有映射关系，目标栅格数据索引与全局逻辑金字塔结构空间索引之间具有映射关系；

通过全局逻辑金字塔结构空间索引的转换，实现源栅格数据索引与目标栅格数据索引的映射关系，并通过该映射关系实现源栅格数据到目标栅格数据的更新。

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