[发明专利]多层次混合的三维空间索引方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地理空间系统技术领域，尤其涉及一种多层次混合的三维空间索引方法。

背景技术

三维GIS中地上与地下数以万计的建筑物、管线、地质体等三维空间对象不均衡地分布于三维空间中，如何从三维空间中高效地查询符合指定空间条件的三维空间对象，是传统二维空间索引技术难以处理的，亟需三维空间索引有效的支持。自Guttma在1984年提出的R树空间索引方法以来，R树及其变种得到了广泛的研究与应用，如R+树，R*树和HilbertR树，以及QR*、LOD-OR等组合索引方法。目前的三维空间索引方法主要包括：对象分割法，主要由层次包围体来实现；规则分割法，主要包括规则网格、KD树、KDB树、BSP树、八叉树、R树等；组合索引技术，即针对不断出现的新需求，将各种索引技术进行重组和改进，如R+树、R*树、LOD-OR树、CSR树等，但是每一种空间索引方法都有其优越性、使用范围和适用对象。由于地上下三维空间数据各类实体在几何形态、空间分布、空间关系各方面的差异，采用任何一种通用的三维空间索引方法难以兼顾对地上下各类三维空间实体的高效检索。

三维空间数据的空间分布特征是从整体、全局的角度描述不同类型的三维空间对象在整个城市范围的分布特征。正是由于三维空间数据不同类型数据几何形态与空间分布等特征的明显差异直接导致了其数据结构、语义拓扑关系等各方面的差异，针对三维城市模型数据不同类型数据的空间分布特点以及数据本身的特点，需要选择不同的三维空间索引方法才能实现高效的三维检索。因此，针对大规模三维空间数据库地上下各类三维空间实体一体化检索的需求，由于建筑模型、地质体模型、管线模型等各种专题模型在几何形状与纹理特点、空间分布特点、语义拓扑关系等多方面的明显差异，如建筑模型具有离散分布，目标形状各异、尺寸迥异、室内语义拓扑关系复杂的特点，地质体模型具有连续实体描述、空间关系复杂的特点，管线模型具有线性连续分布、但管点和管线段语义拓扑关系明确的特点，由于每种三维空间索引方法都有其适用性和局限性，因此采用一种通用的三维空间索引方法难以满足所有类型三维模型数据的高效索引。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供一种兼顾多层次三维空间实体高效索引的多层次混合的多层次混合的三维空间索引方法，包括以下步骤，

步骤一，建立统一的三维空间索引框架；

步骤二，将大范围城市空间划分成若干小区域，建立第一层次格网索引；

步骤三，在第一层次格网区域内，对不同类型的三维空间数据建立第二层次多类型混合索引；

步骤四，基于多层次混合的三维空间索引，对三维空间数据库进行多层查询检索。

优选地，所述三维要素数据包括离散分布的地上地下建筑模型、城市小品模型以及植被模型数据，所述地上地下建筑模型、城市小品模型以及植被模型数据采用顾及多细节层次的三维R树索引改进方法进行数据索引。

优选地，所述三维要素数据包括分层连续分布的地质模型数据，所述地质模型数据采用聚类排序的三维R树索引改进方法进行数据索引。

优选地，所述三维要素数据包括线性连续分布的管线模型数据，所述管线模型数据采用顾及拓扑关系的三维R树索引改进方法进行数据索引。

优选地，所述多层查询检索包括有以下步骤，

步骤S1：输入三维空间查询范围；

步骤S2：计算该三维空间查询范围所涉及的第一层次格网索引的编号；同时将该三维空间查询范围放在三维空间查询范围集合中，根据最近几次的三维空间查询范围来预测视点的移动趋势；

步骤S3：计算所涉及的第二层次索引编号，并判断是否已加载到索引缓存池中，如果已在索引缓存池中，则直接进入S5，否则进入S4；

步骤S4：根据第二层次索引编号，从三维空间数据库中加载尚未在索引缓存池的第二层次索引数据，放在索引缓存池中；

步骤S5：通过第二层次索引结构，检索三维空间查询范围所涉及的三维要素对象ID以及纹理对象ID集合；

步骤S6：根据预测的视点移动趋势，计算视点移动所涉及的格网索引编号，并判断所涉及格网内的第二层次索引数据是否已在索引缓存池中，对于不在索引缓存池中的第二层次索引数据，开启专门的索引预加载线程进行预加载；

步骤S7：以所述三维要素对象ID集合和纹理对象ID集合为查询条件，进行三维空间数据库查询，并返回结果。

步骤S8：查找结束。