CN105701104A - 一种基于地理信息的三维数据引擎系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地理信息的三维数据引擎系统，涉及地理信息处理和应用技术领域，其特征在于该系统是由GIS数据模型模块、元数据管理模块、数据库访问抽象模块、几何图形模块和数据库访问模块构成一个完整的系统。该系统可以有效的解决基于地理信息数据的二、三维数据一体化管理，空间数据组织、检索与分析，三维场景的组织与管理，海量数据的调度等技术问题。同时，实现了几何数据格式与OGC国际标准兼容，能够与OGC国际标准定义的几何对象进行相互转换。针对不同接口的数据库、数据引擎和数据服务进行不同的操作，使数据能正确的存取和更新。还可以针对数据库的变化进行对应的应用扩展。

Description

一种基于地理信息的三维数据引擎系统

技术领域

本发明涉及地理信息技术领域，特别涉及一种基于地理信息的海量数据的管理，空间数据组织、检索与分析，三维实体对象的组织与管理的一种基于地理信息的三维数据引擎系统。

背景技术

地理信息系统（GeographicInformationSystem或Geo－Informationsystem，GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。而这种技术可以应用在房地产领域中的建筑漫游，如房地产漫游，小区浏览，楼盘漫游，三维虚拟样板房等房地产虚拟现实三维展示；在规划领域中可以应用在市政规划，城市规划，城市形象展示，数字化城市，城市数字化工程，园区规划，场馆建设等；在园林领域可以用于园林场景的景区宣传，旅游景点开发，地形地貌表现，国家公园，森林公园，自然文化遗产保护，历史文化遗产记录，园区景观规划，场馆绿化，小区绿化，楼盘景观展示等。

从以上的实际应用案例可以看到，数据可视化等各行业的应用虽然千差万别，但从解决方案上来说，其底层的核心技术是相同的，最终都要将数据通过三维数据引擎进行统一化的管理，并能够符合多用户协同操作、网络共享、数据安全等需求。而现在大多采用的文件系统管理方式要么将大范围三维空间数据分成多个规划单元分别管理，很难满足一体化管理和无缝漫游的要求；要么采用松散的大文件管理方式，难以保证数据的安全性和高效性，因而采用大型关系数据库管理系统一体化管理三维空间数据已逐渐成为必然的选择。

地上地表地下、过去现在未来三维空间数据的一体化管理需要三维的空间数据模型，而已有的三维空间数据模型大都局限在特定的专业领域，如地质模型、矿山模型、地表景观模型等，其通用性和扩展性不强，难以满足地上地表地下、过去现在未来三维空间信息的语义表达、动态更新与一致性维护以及综合分析的需要。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术难题，科学、有效地管理海量三维地理信息数据并为诸多领域的应用提供安全、可靠、准确、高效的数据服务。

本发明实施例提供一种基于地理信息的三维数据引擎系统，该系统是由GIS数据模型模块、元数据管理模块、数据库访问抽象模块、几何图形模块和数据库访问模块构成；其中：

所述GIS数据模型模块定义了GIS数据可视化的数据模型；使用带有相关属性的有序坐标集来表示现实世界中的一个实体对象；对不同类别的实体对象进行分类管理；为空间数据创建索引；

所述元数据管理模块用于管理GIS数据模型所依赖的元数据表，将各个元数据表抽象为元数据对象，支持多种几何类型和多种属性类型的要素类数据的分表创建、存储与更新，并对元数据对象进行管理；

所述几何图形模块用于几何对象模型的定义，提供了几何对象的拓扑操作，与国际标准几何对象格式进行相互转换，对空间参考进行定义；

所述数据库访问抽象模块抽象了数据库对象及对数据库对象的管理、查询操作，使数据引擎架构在各种异构的关系型数据库上；

所述数据库访问模块针对不同接口的数据库进行不同的操作，使数据存储到数据库中，可针对数据库的变化进行对应的应用扩展。

一种基于地理信息的三维数据引擎系统，所述GIS数据模型模块是由数据源模型子模块、对象类模型子模块、版本管理子模块、索引模型子模块、空间查询子模块和历史数据模型子模块构成，其中：

所述数据源模型子模块：用于根据数据源连接信息创建、打开数据源对象，其中数据源是由多个数据集构成，数据集是由多个对象类构成；对数据源的元数据进行管理；用于数据集对象的操作；用于对数据源中的对象类进行管理，管理各个数据集的模型数据和纹理数据，其中一个数据集至多包含一个模型类和一个纹理类；

所述对象类模型子模块：用于管理对象类的信息，其中对象类可为表、普通对象类、要素类、模型类、纹理类，将对象类数据进行管理，

所述对象类数据管理可为对空间位置数据、属性数据、索引数据、附件数据、编码域数据、范围域数据、字段域数据进行管理，其中管理的模式可为创建、修改、删除、查询；

所述版本管理子模块：用于管理数据版本信息，对数据版本信息进行数据库间的同步操作，其中同步操作为对数据进行迁入、迁出操作；

所述索引模型子模块：可分别对数据库索引、空间索引、分页索引对象进行管理；

所述空间查询子模块：用于对空间信息和属性信息按照指定的查询条件进行查询，获取查询结果；所述查询条件可为属性条件比对查询、空间条件比对查询；

所述历史数据模型子模块：用于对历史数据进行归档、回溯。

一种基于地理信息的三维数据引擎系统，所述GIS数据模型模块是由数据源模型子模块、版本管理子模块、索引模型子模块、空间查询子模块和历史数据模型子模块构成，其中：

所述数据源模型子模块：用于根据数据源连接信息创建、打开数据源对象，其中数据源是由多个数据集构成，数据集是由多个对象类构成；用于数据集对象的操作；用于对数据源中的对象类进行管理，其中对象类可为表、普通对象类、要素类、模型类、纹理类，管理各个数据集的模型数据和纹理数据，其中一个数据集至多包含一个模型类和一个纹理类，对数据源的元数据和对象类数据进行管理。

所述对象类数据管理可为对空间位置数据、属性数据、索引数据、附件数据、编码域数据、范围域数据、字段域数据进行管理，其中管理的模式可为创建、修改、删除、查询；

所述版本管理子模块：用于管理数据版本信息，对数据版本信息进行数据库间的同步操作，其中同步操作为对数据进行迁入、迁出操作；

所述索引模型子模块：可分别对数据库索引、空间索引、分页索引对象进行管理；

所述空间查询子模块：用于对空间信息和属性信息按照指定的查询条件进行查询，获取查询结果；所述查询条件可为属性条件比对查询、空间条件比对查询；

所述历史数据模型子模块：用于对历史数据进行归档、回溯。

一种基于地理信息的三维数据引擎系统，其中：

所述元数据管理模块是由数据源元数据管理子模块、对象类数据管理子模块、索引数据管理子模块和历史数据管理子模块构成，其中：

所述数据源元数据管理子模块：用于对元数据进行创建、查新、更新、删除、增加处理，其中元数据包括：空间参考元数据、数据集元数据、对象类元数据、表注册信息元数据、字段注册信息元数据、几何字段注册信息元数据、空间索引元数据、分页索引元数据；

所述对象类数据管理子模块：用于对普通对象类、模型类、纹理类数据进行创建、查询和更新；支持多种几何类型和多种属性类型的要素类数据的分表创建、存储与更新；管理对象类操作信息；

所述索引数据管理子模块：用于创建、存储与更新要素类索引数据，为索引模型子模块提供数据；其中索引可为数据库索引、空间索引、分页索引；其中分页索引用于辅助提高海量数据的过滤和访问效率；

所述历史数据管理子模块：用于历史数据相关表的创建和历史数据的增、删、改、查，用于为历史数据处理子模块提供数据。

一种基于地理信息的三维数据引擎系统，所述几何图形模块是由几何实体模型子模块、几何拓扑操作子模块和空间参考子模块构成，其中：

所述几何实体模型子模块：对几何实体对象进行定义，其中所述几何实体可为：点、实体点、线段、弧段、曲线、折线、面、三角网格面、三角网格体、多点、多线、多面、多三角网格面、多三角网格体、点云；几何实体可与OGC标准进行兼容，能够与OGC标准定义的几何对象进行相互转换；

所述几何拓扑操作子模块：对几何实体对象进行拓扑操作，其中拓扑操作可为包含、被包含、相交、相离、相等、覆盖、相邻；

所述空间参考子模块：将地理空间坐标参考和投影空间坐标参考进行定义；空间参考可与OGC标准进行兼容，空间参考可与OGC标准定义的空间参考对象进行相互转换；支持不同空间坐标参考下的几何实体对象位置的转换。

一种基于地理信息的三维数据引擎系统，所述数据库访问抽象模块是由数据库对象抽象子模块、数据库操作抽象子模块和数据库访问插件管理子模块构成，其中：

所述数据库对象抽象子模块：对数据库对象进行抽象处理，其中数据库对象可为表、列、主键、外键、索引、视图、序列、触发器；

所述数据库操作抽象子模块：抽象了数据查询、增加、删除、修改数据库操作；

所述数据库访问插件管理子模块：用于各种对数据库访问插件进行管理。

一种基于地理信息的三维数据引擎系统，所述数据库访问模块是针对不同接口的数据库、数据引擎和数据服务进行不同的操作，使数据能正确的存取和更新，并可针对数据源的变化进行对应的应用扩展。

一种基于地理信息的三维数据引擎系统，所述应用扩展的数据源种类可包括Firebird、Oracle、OracleSpatial、MySQL、SQLServer、PostGIS、DB2、SQLite、Shapefile、ArcSDE、ArcGISServer、DWG和OGC标准服务。

由此可见：

本发明实施例中的系统可以有效的解决基于地理信息海量数据的二、三维数据一体化管理，空间数据组织、检索与分析，三维实体对象组织与管理等技术问题。同时，实现了几何数据格式与OGC国际标准兼容，能够与OGC国际标准定义的几何对象进行相互转换。针对不同接口的数据库、数据引擎和数据服务进行不同的操作，使数据能正确的存取和更新。还可以针对数据库的变化进行对应的应用扩展。三维数据引擎将海量地理信息数据进行统一化的管理，并能够符合多用户协同操作、网络共享、数据安全等需求，满足地上地表地下、过去现在未来三维空间信息的语义表达、动态更新与一致性维护以及综合分析的需要；可以为诸多领域的应用提供安全、可靠、准确、高效的数据服务。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的基于地理信息的三维数据引擎系统结构示意图；

图2为本发明的实施例1所提供的GIS数据模型模块的结构示意图；

图3为本发明的实施例2所提供的GIS数据模型模块的结构示意图；

图4为本发明的实施例提供的元数据管理模块的结构示意图；

图5为本发明的实施例提供的几何图形模块的结构示意图；

图6为本发明的实施例提供的数据库访问抽象模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

图1为本实施例提供的一种基于地理信息的三维数据引擎系统的结构示意图。如图所示，一种基于地理信息的三维数据引擎系统，该系统是由GIS数据模型模块、元数据管理模块、数据库访问抽象模块、几何图形模块和数据库访问模块构成；其中：

所述GIS数据模型模块定义了GIS数据可视化的数据模型；使用带有相关属性的有序坐标集来表示现实世界中的一个实体对象；对不同类别的实体对象进行分类管理；为空间数据创建索引；

所述元数据管理模块用于管理GIS数据模型所依赖的元数据表，将各个元数据表抽象为元数据对象，支持多种几何类型和多种属性类型的要素类数据的分表创建、存储与更新，并对元数据对象进行管理；

所述几何图形模块用于几何对象模型的定义，提供了几何对象的拓扑操作，与国际标准几何对象格式进行相互转换，对空间参考进行定义；

所述数据库访问抽象模块抽象了数据库对象及对数据库对象的管理、查询操作，使数据引擎架构在各种异构的关系型数据库上；

所述数据库访问模块针对不同接口的数据库进行不同的操作，使数据存储到数据库中，可针对数据库的变化进行对应的应用扩展。

如图2所示的一种基于地理信息的三维数据引擎系统，所述GIS数据模型模块是由数据源模型子模块、对象类模型子模块、版本管理子模块、索引模型子模块、空间查询子模块和历史数据模型子模块构成，其中：

所述数据源模型子模块：用于根据数据源连接信息创建、打开数据源对象，其中数据源是由多个数据集构成，数据集是由多个对象类构成；对数据源的元数据进行管理；用于数据集对象的操作；用于对数据源中的对象类进行管理，管理各个数据集的模型数据和纹理数据，其中一个数据集至多包含一个模型类和一个纹理类；

所述对象类模型子模块：用于管理对象类的信息，其中对象类可为表、普通对象类、要素类、模型类、纹理类，将对象类数据进行管理，

所述对象类数据管理可为对空间位置数据、属性数据、索引数据、附件数据、编码域数据、范围域数据、字段域数据进行管理，其中管理的模式可为创建、修改、删除、查询；

所述版本管理子模块：用于管理数据版本信息，对数据版本信息进行数据库间的同步操作，其中同步操作为对数据进行迁入、迁出操作；

所述索引模型子模块：可分别对数据库索引、空间索引、分页索引对象进行管理；

所述空间查询子模块：用于对空间信息和属性信息按照指定的查询条件进行查询，获取查询结果；所述查询条件可为属性条件比对查询、空间条件比对查询；

所述历史数据模型子模块：用于对历史数据进行归档、回溯。

如图4所示的一种基于地理信息的三维数据引擎系统，其中：

所述元数据管理模块是由数据源元数据管理子模块、对象类数据管理子模块、索引数据管理子模块和历史数据管理子模块构成，其中：

所述数据源元数据管理子模块：用于对元数据进行创建、查新、更新、删除、增加处理，其中元数据包括：空间参考元数据、数据集元数据、对象类元数据、表注册信息元数据、字段注册信息元数据、几何字段注册信息元数据、空间索引元数据、分页索引元数据；

所述对象类数据管理子模块：用于对普通对象类、模型类、纹理类数据进行创建、查询和更新；支持多种几何类型和多种属性类型的要素类数据的分表创建、存储与更新；管理对象类操作信息；

所述索引数据管理子模块：用于创建、存储与更新要素类索引数据，为索引模型子模块提供数据；其中索引可为数据库索引、空间索引、分页索引；其中分页索引用于辅助提高海量数据的过滤和访问效率；

所述历史数据管理子模块：用于历史数据相关表的创建和历史数据的增、删、改、查，用于为历史数据处理子模块提供数据。

如图5所示的一种基于地理信息的三维数据引擎系统，所述几何图形模块是由几何实体模型子模块、几何拓扑操作子模块和空间参考子模块构成，其中：

所述几何实体模型子模块：对几何实体对象进行定义，其中所述几何实体可为：点、实体点、线段、弧段、曲线、折线、面、三角网格面、三角网格体、多点、多线、多面、多三角网格面、多三角网格体、点云；几何实体可与OGC标准进行兼容，能够与OGC标准定义的几何对象进行相互转换；

所述几何拓扑操作子模块：对几何实体对象进行拓扑操作，其中拓扑操作可为包含、被包含、相交、相离、相等、覆盖、相邻；

所述空间参考子模块：将地理空间坐标参考和投影空间坐标参考进行定义；空间参考可与OGC标准进行兼容，空间参考可与OGC标准定义的空间参考对象进行相互转换；支持不同空间坐标参考下的几何实体对象位置的转换。

如图6所示的一种基于地理信息的三维数据引擎系统，所述数据库访问抽象模块是由数据库对象抽象子模块、数据库操作抽象子模块和数据库访问插件管理子模块构成，其中：

所述数据库对象抽象子模块：对数据库对象进行抽象处理，其中数据库对象可为表、列、主键、外键、索引、视图、序列、触发器；

所述数据库操作抽象子模块：抽象了数据查询、增加、删除、修改数据库操作；

所述数据库访问插件管理子模块：用于对各种数据库访问插件进行管理。

具体实施例时所述数据库访问模块是针对不同接口的数据库、数据引擎和数据服务进行不同的操作，使数据能正确的存取和更新，并可针对数据库的变化进行对应的应用扩展。

具体实施例时所述应用扩展的数据源种类可包括Firebird、Oracle、OracleSpatial、MySQL、SQLServer、PostGIS、DB2、SQLite、Shapefile、ArcSDE、ArcGISServer、DWG和OGC标准服务。

下面以一个更具体的一个细节方面的例子来对本技术进行详细描述。

一种基于地理信息的三维数据引擎应用系统，该系统是由GIS数据模型模块、元数据模块、几何图形模块、数据库访问抽象模块和数据库访问模块为主体构成，由关系型数据库和基础功能库辅助构成的一个完整的系统。

其中：GIS数据模型模块用于存储、管理含有地理信息的空间数据，支持多用户同时并发地访问、操作数据；提供了空间数据组织、检索、分析，实现数据操作和使用；在GIS数据模型模块内设有数据源模型子模块、对象类模型子模块、版本管理子模块、索引模型子模块、空间查询子模块和历史数据模型子模块。具体实际操作为：利用数据源模型子模块提供的数据源连接参数创建数据源，通过元数据管理模块创建相关元数据表，用于存储地理信息数据。若数据源已经存在，直接打开数据源。确定地理信息数据的几何图形部分所基于的空间参考坐标系。根据空间参考坐标系，创建相应的数据集。若数据集已经存在，直接打开数据集。每个数据集管理和维护三维实体对象的模型数据和纹理数据，在存储模型数据和纹理数据时，保证同一个模型或纹理只存储一次，达到了模型和纹理共享的目的。将所有的地理信息分类，根据不同的分类，创建要素类。分类的要求为几何特征必须一致，例如都是点特征或线特征等。支持多种几何类型和多种属性类型，即支持对同一要素对象采用多种几何抽象形式和多种属性信息描述方式。通过对象类模型子模块创建要素类的空间索引和分页索引可以提高空间查询和海量数据过滤的效率。将对象类的附件功能设为可用，通过附件管理器存储、管理对象类附件数据。此外，还可以利用对象类模型子模块管理对象类编码域数据、范围域数据、字段域数据。创建完要素类后，将每个实体对象转换为GIS要素模型存储到相应的要素类中。通过空间查询子模块可以构建属性查询和空间查询条件，通过空间查询子模块查询对象类的空间数据和属性数据。此外，可以通过版本管理子模块管理版本信息，实施同步迁入、迁出操作，为多人进行数据作业提供了方便。通过历史数据模型子模块对历史数据进行备份归档和恢复还原，方便历史数据的管理和回溯。

元数据模块用于管理GIS数据模型所依赖的数据表，将各个元数据表抽象为元数据对象，并对元数据对象进行增、删、改、查等操作。这些元数据表是利用数据库访问抽象模块的接口，通过数据库访问模块存储在关系型数据库中的。在元数据模块内设有数据源元数据管理子模块、对象类数据管理子模块、索引数据管理子模块和历史数据管理子模块。GIS数据模型模块创建数据源时，数据源元数据管理子模块会创建空间参考元数据表、数据集元数据表、对象类元数据表、表注册信息元数据表、字段注册信息元数据表、几何字段注册信息元数据表、空间索引元数据表、分页索引元数据表。GIS数据模型模块创建数据集时，数据源元数据管理子模块会根据数据集信息为空间参考元数据表、数据集元数据表添加对应记录，并创建模型类表和纹理类表。GIS数据模型模块创建要素类时，对象类元数据管理子模块会根据要素类信息为对象类元数据表、表注册信息元数据表、字段注册信息元数据表、几何字段注册信息元数据表添加对应记录，并创建要素类表，包括要素类主表、要素类几何数据表。GIS数据模型模块增加模型数据和纹理数据时，对象类元数据管理子模块会为模型类数据表和纹理类数据表添加记录。GIS数据模型模块添加要素类数据时，对象类元数据管理子模块会为要素类主表、要素类几何数据表添加记录。GIS数据模型模块为要素类创建空间索引和分页索引时，索引数据管理子模块会根据索引信息为空间索引元数据表、分页索引元数据表添加对应记录，并为要素类创建空间索引表、分页索引表、分页索引块定义表、分页索引块二进制表。GIS数据模型模块对要素类进行归档时，历史数据管理子模块会为要素类创建历史数据系列表，并将当前要素类数据备份到历史数据表中。在对要素类进行历史数据回溯时，会将要素类数据从历史数据表读出更新当前要素类数据。

几何图形模块定义了空间几何数据和空间坐标参考的存储模型，提供了几何对象的拓扑操作，并兼容OGC标准。在几何图形模块内设有几何实体模型子模块、几何拓扑操作子模块和空间参考子模块。具体操作为：通过几何图形工厂设置几何实体类型和顶点属性来创建几何实体对象，包括点、实体点、线段、弧段、曲线、折线、面、三角网格面、三角网格体、多点、多线、多面、多三角网格面、多三角网格体、点云。新建几何实体对象后，可以设置对象的详细信息，例如点对象的位置，组成线对象的点的个数和位置。几何实体模型子模块对每类几何实体对象都有二进制化标准，可以将几何实体对象信息与二进制数据进行相互转换，便于数据库存储。由于几何实体模型子模块兼容OGC标准，因此可以将几何实体对象导出成WKT和WKB，也可以通过WKT和WKB创建几何实体对象。通过几何拓扑操作子模块可以对几何实体对象进行包含、被包含、相交、相离、相等、覆盖、相邻拓扑操作。通过空间参考子模块中的空间参考工厂创建各种国际通用的空间参考。可以将空间参考导出成WKT和WKB，也可以用WKT和WKB创建空间参考。此外，支持不同空间参考下的几何实体对象位置的转换。

数据库访问抽象模块用于为元数据模块和GIS数据模型模块提供数据库访问标准接口。在数据库访问抽象模块内设有数据库对象抽象子模块、数据库操作抽象子模块和数据库访问插件管理子模块。具体操作为：通过数据库对象抽象子模块创建表、字段、主键、外键、索引、视图、序列、触发器数据库对象。构建SQL查询语句，通过数据库操作抽象子模块查询数据表，得到查询结果，支持数值、文本、时间、二进制等多种类型的字段。通过数据库操作抽象子模块还可以实现表记录的批量增加、删除和修改。此外，可以通过数据库访问插件管理子模块加载和卸载不同数据库访问插件。

数据库访问模块是数据库访问抽象模块的具体实现，针对不同的关系型数据库的实际情况，实现了数据库访问抽象模块中的抽象接口，用户可以根据自己使用的关系型数据库选择对应的数据库访问插件。

实施例2：

图1为本实施例提供的一种基于地理信息的三维数据引擎系统的结构示意图。如图所示，一种基于地理信息的三维数据引擎系统，该系统是由GIS数据模型模块、元数据管理模块、数据库访问抽象模块、几何图形模块和数据库访问模块构成；其中：

所述GIS数据模型模块定义了GIS数据可视化的数据模型；使用带有相关属性的有序坐标集来表示现实世界中的一个实体对象；对不同类别的实体对象进行分类管理；为空间数据创建索引；

所述元数据管理模块用于管理GIS数据模型所依赖的元数据表，将各个元数据表抽象为元数据对象，支持多种几何类型和多种属性类型的要素类数据的分表创建、存储与更新，并对元数据对象进行管理；

所述数据库访问抽象模块抽象了数据库对象及对数据库对象的管理、查询操作，使数据引擎架构在各种异构的关系型数据库上；

所述几何图形模块用于几何对象模型的定义，提供了几何对象的拓扑操作，与国际标准几何对象格式进行相互转换，对空间参考进行定义；

所述数据库访问模块针对不同接口的数据库进行不同的操作，使数据存储到数据库中，可针对数据库的变化进行对应的应用扩展。

如图3所示的一种基于地理信息的三维数据引擎系统，所述GIS数据模型模块是由数据源模型子模块、版本管理子模块、索引模型子模块、空间查询子模块和历史数据模型子模块构成，其中：

所述数据源模型子模块：用于根据数据源连接信息创建、打开数据源对象，其中数据源是由多个数据集构成，数据集是由多个对象类构成；用于数据集对象的操作；用于对数据源中的对象类进行管理，其中对象类可为表、普通对象类、要素类，管理各个数据集的模型类和纹理类数据，对数据源的元数据和对象类数据进行管理，其中一个数据集至多包含一个模型类和一个纹理类。对象类数据管理可为对空间位置数据、属性数据、索引数据、附件数据、编码域数据、范围域数据、字段域数据进行管理，其中管理的模式可为创建、修改、删除、查询；

所述版本管理子模块：用于管理数据版本信息，对数据版本信息进行数据库间的同步操作，其中同步操作为对数据进行迁入、迁出操作；

所述索引模型子模块：可分别对数据库索引、空间索引、分页索引对象进行管理；

所述空间查询子模块：用于对空间信息和属性信息按照指定的查询条件进行查询，获取查询结果；所述查询条件可为属性条件比对查询、空间条件比对查询；

所述历史数据模型子模块：用于对历史数据进行归档、回溯。

如图4所示的一种基于地理信息的三维数据引擎系统，其中：

所述元数据管理模块是由数据源元数据管理子模块、对象类数据管理子模块、索引数据管理子模块和历史数据管理子模块构成，其中：

所述数据源元数据管理子模块：用于对元数据进行创建、查新、更新、删除、增加处理，其中元数据包括：空间参考元数据、数据集元数据、对象类元数据、表注册信息元数据、字段注册信息元数据、几何字段注册信息元数据、空间索引元数据、分页索引元数据；

所述对象类数据管理子模块：用于对普通对象类、模型类、纹理类数据进行创建、查询和更新；支持多种几何类型和多种属性类型的要素类数据的分表创建、存储与更新；管理对象类操作信息；

所述索引数据管理子模块：用于创建、存储与更新要素类索引数据，为索引模型子模块提供数据；其中索引可为数据库索引、空间索引、分页索引；其中分页索引用于辅助提高海量数据的过滤和访问效率；

所述历史数据管理子模块：用于历史数据相关表的创建和历史数据的增、删、改、查，用于为历史数据处理子模块提供数据。

如图5所示的一种基于地理信息的三维数据引擎系统，所述几何图形模块是由几何实体模型子模块、几何拓扑操作子模块和空间参考子模块构成，其中：

所述几何实体模型子模块：对几何实体对象进行定义，其中所述几何实体可为：点、实体点、线段、弧段、曲线、折线、面、三角网格面、三角网格体、多点、多线、多面、多三角网格面、多三角网格体、点云；几何实体可与OGC标准进行兼容，能够与OGC标准定义的几何对象进行相互转换；

所述几何拓扑操作子模块：对几何实体对象进行拓扑操作，其中拓扑操作可为包含、被包含、相交、相离、相等、覆盖、相邻；

所述空间参考子模块：将地理空间坐标参考和投影空间坐标参考进行定义；空间参考可与OGC标准进行兼容，空间参考可与OGC标准定义的空间参考对象进行相互转换；支持不同空间坐标参考下的几何实体对象位置的转换。

如图6所示的一种基于地理信息的三维数据引擎系统，所述数据库访问抽象模块是由数据库对象抽象子模块、数据库操作抽象子模块和数据库访问插件管理子模块构成，其中：

所述数据库对象抽象子模块：对数据库对象进行抽象处理，其中数据库对象可为表、列、主键、外键、索引、视图、序列、触发器；

所述数据库操作抽象子模块：抽象了数据查询、增加、删除、修改数据库操作；

所述数据库访问插件管理子模块：用于对各种数据库访问插件进行管理。

具体实施例时所述数据库访问模块是针对不同接口的数据库、数据引擎和数据服务进行不同的操作，使数据能正确的存取和更新，并可针对数据源的变化进行对应的应用扩展。

具体实施例时所述应用扩展的数据源种类可包括Firebird、Oracle、OracleSpatial、MySQL、SQLServer、PostGIS、DB2、SQLite、Shapefile、ArcSDE、ArcGISServer、DWG和OGC标准服务。

下面以一个更具体的一个细节方面的例子来对本技术进行详细描述。

一种基于地理信息的三维数据引擎应用系统，该系统是由GIS数据模型模块、元数据模块、几何图形模块、数据库访问抽象模块和数据库访问模块为主体构成，由关系型数据库和基础功能库辅助构成的一个完整的系统。

其中：GIS数据模型模块用于存储、管理含有地理信息的空间数据，支持多用户同时并发地访问、操作数据；提供了空间数据组织、检索、分析，实现数据操作和使用；在GIS数据模型模块内设有数据源模型子模块、版本管理子模块、索引模型子模块、空间查询子模块和历史数据模型子模块。具体实际操作为：利用数据源模型子模块提供的数据源连接参数创建数据源，通过元数据管理模块创建相关元数据表，用于存储地理信息数据。若数据源已经存在，直接打开数据源。确定地理信息数据的几何图形部分所基于的空间参考坐标系。根据空间参考坐标系，创建相应的数据集。若数据集已经存在，直接打开数据集。每个数据集管理和维护三维实体对象的模型数据和纹理数据，在存储模型数据和纹理数据时，保证同一个模型或纹理只存储一次，达到了模型和纹理共享的目的。将所有的地理信息分类，根据不同的分类，创建要素类。分类的要求为几何特征必须一致，例如都是点特征或线特征等。支持多种几何类型和多种属性类型，即支持对同一要素对象采用多种几何抽象形式和多种属性信息描述方式。通过数据源模型子模块创建要素类的空间索引和分页索引可以提高空间查询和海量数据过滤的效率。将对象类的附件功能设为可用，通过附件管理器存储、管理对象类附件数据。此外，还可以利用数据源模型子模块管理对象类编码域数据、范围域数据、字段域数据。创建完要素类后，将每个实体对象转换为GIS要素模型，通过空间查询子模块存储到相应的要素类中。可以构建属性查询和空间查询条件，通过空间查询子模块查询对象类空间数据和属性数据。此外，可以通过版本管理子模块管理版本信息，实施同步迁入、迁出操作。通过历史数据模型子模块对历史数据进行备份和恢复。

元数据模块用于管理GIS数据模型所依赖的数据表，将各个元数据表抽象为元数据对象，并对元数据对象进行增、删、改、查等操作。这些元数据表是利用数据库访问抽象模块的接口，通过数据库访问模块存储在关系型数据库中的。在元数据模块内设有数据源元数据管理子模块、对象类数据管理子模块、索引数据管理子模块和历史数据管理子模块。具体操作为：数据源元数据管理子模块负责管理的元数据表包括空间参考元数据、数据集元数据、对象类元数据、表注册信息元数据、字段注册信息元数据、几何字段注册信息元数据、空间索引元数据、分页索引元数据。通过数据源元数据管理子模块可以进行统一地字段管理、创建元数据表、查询记录、增加记录、删除记录、更新记录操作。与之类似，可以通过对象类数据管理子模块管理普通对象类、模型类、纹理类对象的数据表。通过索引数据管理子模块管理空间索引、分页索引相关的数据表。通过历史数据管理子模块管理历史数据相关的数据表。

几何图形模块定义了空间几何数据和空间坐标参考的存储模型，提供了几何对象的拓扑操作，并兼容OGC标准。在几何图形模块内设有几何实体模型子模块、几何拓扑操作子模块和空间参考子模块。具体操作为：通过几何图形工厂设置几何实体类型和顶点属性新建几何实体对象，包括点、实体点、线段、弧段、曲线、折线、面、三角网格面、三角网格体、多点、多线、多面、多三角网格面、多三角网格体、点云。新建几何实体对象后，可以设置对象的详细信息，例如点对象的位置，线对象的所组成的点的个数和位置。几何实体模型子模块对每类几何实体对象都有二进制化标准，可以将几何实体对象信息与二进制进行相互转换，便于数据库存储。由于几何实体模型子模块兼容OGC标准，因此可以将几何实体对象导出成WKT和WKB，也可以通过WKT和WKB创建几何实体对象。通过几何拓扑操作子模块可以对几何实体对象进行包含、被包含、相交、相离、相等、覆盖、相邻拓扑操作。通过空间参考子模块中的空间参考工厂创建各种国际通用的空间参考。可以将空间参考导出成WKT和WKB，也可以用WKT和WKB创建空间参考。此外，支持不同空间参考下的几何实体对象位置的转换。

数据库访问抽象模块用于为元数据模块和GIS数据模型模块提供数据库访问标准接口。在数据库访问抽象模块内设有数据库对象抽象子模块、数据库操作抽象子模块和数据库访问插件管理子模块。具体操作为：通过数据库对象抽象子模块创建表、字段、主键、外键、索引、视图、序列、触发器数据库对象。构建SQL查询语句，通过数据库操作抽象子模块查询数据表，得到查询结果，支持数值、文本、时间、二进制等多种类型的字段。通过数据库操作抽象子模块还可以实现表记录的批量增加、删除和修改。此外，可以通过数据库访问插件管理子模块加载和卸载不同数据库访问插件。

数据库访问模块是数据库访问抽象模块的具体实现，针对不同的关系型数据库的实际情况，实现了数据库访问抽象模块中的抽象接口，用户可以根据系统现有的关系型数据库选择对应的数据库访问插件。

本发明实施例中的系统可以有效的解决基于地理信息海量数据的二、三维数据一体化管理，空间数据组织、检索与分析，三维实体对象组织与管理等技术问题。同时，实现了几何数据格式与OGC国际标准兼容，能够与OGC国际标准定义的几何对象进行相互转换。针对不同接口的数据库、数据引擎和数据服务进行不同的操作，使数据能正确的存取和更新。还可以针对数据库的变化进行对应的应用扩展。三维数据引擎将海量地理信息数据进行统一化的管理，并能够符合多用户协同操作、网络共享、数据的安全等需求，满足地上地表地下、过去现在未来三维空间信息的语义表达、动态更新与一致性维护以及综合分析的需要；可以为诸多领域的应用提供安全、可靠、准确、高效的数据服务。

虽然通过实施例描绘了本发明实施例，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (8)

1.一种基于地理信息的三维数据引擎系统，其特征在于该系统是由GIS数据模型模块、元数据管理模块、几何图形模块、数据库访问抽象模块和数据库访问模块构成；其中：

所述GIS数据模型模块定义了GIS数据可视化的数据模型；使用带有相关属性的有序坐标集来表示现实世界中的一个实体对象；对不同类别的实体对象进行分类管理；为空间数据创建索引；

所述元数据管理模块用于管理GIS数据模型所依赖的元数据表，将各个元数据表抽象为元数据对象，支持多种几何类型和多种属性类型的要素类数据的分表创建、存储与更新，并对元数据对象进行管理；

所述几何图形模块用于几何对象模型的定义，提供了几何对象的拓扑操作，与国际标准几何对象格式进行相互转换，对空间参考进行定义；

所述数据库访问抽象模块抽象了数据库对象及对数据库对象的管理、查询操作，使数据引擎架构在各种异构的关系型数据库上；

所述数据库访问模块针对不同接口的数据库进行不同的操作，使数据存储到数据库中，可针对数据库的变化进行对应的应用扩展。

2.根据权利要求1所述的一种基于地理信息的三维数据引擎系统，其特征在于所述GIS数据模型模块是由数据源模型子模块、对象类模型子模块、版本管理子模块、索引模型子模块、空间查询子模块和历史数据模型子模块构成，其中：

所述数据源模型子模块：用于根据数据源连接信息创建、打开数据源对象，其中数据源是由多个数据集构成，数据集是由多个对象类构成；对数据源的元数据进行管理；用于数据集对象的操作；用于对数据源中的对象类进行管理，管理各个数据集的模型数据和纹理数据，其中一个数据集至多包含一个模型类和一个纹理类；

所述对象类模型子模块：用于管理对象类的信息，其中对象类可为表、普通对象类、要素类、模型类、纹理类，将对象类数据进行管理，

所述对象类数据管理可为对空间位置数据、属性数据、索引数据、附件数据、编码域数据、范围域数据、字段域数据进行管理，其中管理的模式可为创建、修改、删除、查询；

所述版本管理子模块：用于管理数据版本信息，对数据版本信息进行数据库间的同步操作，其中同步操作为对数据进行迁入、迁出操作；

所述索引模型子模块：可分别对数据库索引、空间索引、分页索引对象进行管理；

所述空间查询子模块：用于对空间信息和属性信息按照指定的查询条件进行查询，获取查询结果；所述查询条件可为属性条件比对查询、空间条件比对查询；

所述历史数据模型子模块：用于对历史数据进行归档、回溯。

3.根据权利要求1所述的一种基于地理信息的三维数据引擎系统，其特征在于：所述GIS数据模型模块是由数据源模型子模块、版本管理子模块、索引模型子模块、空间查询子模块和历史数据模型子模块构成，其中：

所述数据源模型子模块：用于根据数据源连接信息创建、打开数据源对象，其中数据源是由多个数据集构成，数据集是由多个对象类构成；用于数据集对象的操作；用于对数据源中的对象类进行管理，其中对象类可为表、普通对象类、要素类、模型类、纹理类，对数据源的元数据和对象类数据进行管理；管理各个数据集的模型数据和纹理数据，其中一个数据集至多包含一个模型类和一个纹理类；

其中所述对象类数据管理可为对空间位置数据、属性数据、索引数据、附件数据、编码域数据、范围域数据、字段域数据进行管理，其中管理的模式可为创建、修改、删除、查询；

所述版本管理子模块：用于管理数据版本信息，对数据版本信息进行数据库间的同步操作，其中同步操作为对数据进行迁入、迁出操作；

所述索引模型子模块：可分别对数据库索引、空间索引、分页索引对象进行管理；

所述空间查询子模块：用于对空间信息和属性信息按照指定的查询条件进行查询，获取查询结果；所述查询条件可为属性条件比对查询、空间条件比对查询；

所述历史数据模型子模块：用于对历史数据进行归档、回溯。

4.根据权利要求1所述的一种基于地理信息的三维数据引擎系统，其特征在于：

所述元数据管理模块是由数据源元数据管理子模块、对象类数据管理子模块、索引数据管理子模块和历史数据管理子模块构成，其中：

所述数据源元数据管理子模块：用于对元数据进行创建、查新、更新、删除、增加处理，其中元数据包括：空间参考元数据、数据集元数据、对象类元数据、表注册信息元数据、字段注册信息元数据、几何字段注册信息元数据、空间索引元数据、分页索引元数据；

所述对象类数据管理子模块：用于对普通对象类、模型类、纹理类数据进行创建、查询和更新；支持多种几何类型和多种属性类型的要素类数据的分表创建、存储与更新；管理对象类操作信息；

所述索引数据管理子模块：用于创建、存储与更新要素类索引数据，为索引模型子模块提供数据；其中索引可为数据库索引、空间索引、分页索引；其中分页索引用于辅助提高海量数据的过滤和访问效率；

所述历史数据管理子模块：用于历史数据相关表的创建和历史数据的增、删、改、查，用于为历史数据处理子模块提供数据。

5.根据权利要求1所述的一种基于地理信息的三维数据引擎系统，其特征在于所述几何图形模块是由几何实体模型子模块、几何拓扑操作子模块和空间参考子模块构成，其中：

所述几何实体模型子模块：对几何实体对象进行定义，其中所述几何实体可为：点、实体点、线段、弧段、曲线、折线、面、三角网格面、三角网格体、多点、多线、多面、多三角网格面、多三角网格体、点云；几何实体可与OGC标准进行兼容，能够与OGC标准定义的几何对象进行相互转换；

所述几何拓扑操作子模块：对几何实体对象进行拓扑操作，其中拓扑操作可为包含、被包含、相交、相离、相等、覆盖、相邻；

所述空间参考子模块：将地理空间坐标参考和投影空间坐标参考进行定义；空间参考可与OGC标准进行兼容，空间参考可与OGC标准定义的空间参考对象进行相互转换；支持不同空间坐标参考下的几何实体对象位置的转换。

6.根据权利要求1所述的一种基于地理信息的三维数据引擎系统，其特征在于所述数据库访问抽象模块是由数据库对象抽象子模块、数据库操作抽象子模块和数据库访问插件管理子模块构成，其中：

所述数据库对象抽象子模块：对数据库对象进行抽象处理，其中数据库对象可为表、列、主键、外键、索引、视图、序列、触发器；

所述数据库操作抽象子模块：抽象了数据查询、增加、删除、修改数据库操作；

所述数据库访问插件管理子模块：用于对各种数据库访问插件进行管理。

7.根据权利要求1所述的一种基于地理信息的三维数据引擎系统，其特征在于所述数据库访问模块是针对不同接口的数据库、数据引擎和数据服务进行不同的操作，使数据能正确的存取和更新，并可针对数据源的变化进行对应的应用扩展。

8.根据权利要求1、7所述的一种基于地理信息的三维数据引擎系统，其特征在于所述应用扩展的数据源种类可包括Firebird、Oracle、OracleSpatial、MySQL、SQLServer、PostGIS、DB2、SQLite、Shapefile、ArcSDE、ArcGISServer、DWG和OGC标准服务。