鲍鹏;霍亮;王锐;宋磊
【摘 要】针对海量异构城市三维数据的组织和管理，格网剖分和LOD模型是目前主要的数据组织和管理方法，但对于数据结构不同的城市三维数据，传统的数据组织大多只能支持单一的数据源，难以满足异构三维数据组织与管理的需要．设计一种基于嵌入式金字塔模型的城市三维数据组织方法，以格网模型为基础，基于空间剖分树形对城市地理空间进行递归划分，形成多个空间连续的地理块，建立统一金字塔模型．利用地理块可涵盖多种空间数据，并能够进行三维数据组织和关联的特性，构建嵌入式金字塔模型，实现城市三维数据统一组织与管理．在此基础上，开发了城市三维数据展示原型系统，验证了该方法的可行性． 【期刊名称】《北京建筑大学学报》
【年(卷),期】2017(033)004
【总页数】6页(P33-38)
【关键词】增量式光电编码器嵌入式金字塔 三维数据 数据组织 地理块
【作 者】鲍鹏;霍亮;王锐;宋磊
【作者单位】北京建筑大学测绘与城市空间信息学院现代城市测绘国家测绘地理信息局重点实验室,北京100044;北京建筑大学测绘与城市空间信息学院现代城市测绘国家测绘地理信息局重点实验室,北京100044;北京建筑大学测绘与城市空间信息学院现代城市测绘国家测绘地理信息局重点实验室,北京100044;北京建筑大学测绘与城市空间信息学院现代城市测绘国家测绘地理信息局重点实验室,北京100044;
【正文语种】中 文
【中图分类】饱和聚酯P232
道路检测倾斜摄影、激光点云、DEM+DOM等数据是数字城市3DGIS建设中的重要组成部分，海量、多源、异构的空间数据组织与管理逐渐成为一个重要研究内容. 三维模型具有海量、数据结构复杂和多尺度的特征[1]，目前三维数据模型的组织与管理方法多数是具有“图层—对象”特点的管理模式[2]，利用城市三维模型数据类型进行统一的分层组织与管理，但是该模式并不对不同分辨率的数据进行分区，存储粒度较大，在一定程度上减缓了三维模型数据
smdao在客户端的加载速度[3]. 针对以上问题，本文提出了一种基于嵌入式金字塔模型的三维数据组织方法，以统一金字塔模型为组织规则，支持异构数据金字塔的关联，对三维数据以分层分块的方式进行组织，实现城市三维数据组织.
在嵌入式金字塔模型中，统一金字塔模型作为城市三维数据组织的基本规则，将城市地理空间划分为多个空间连续的地理块[4]. 地理块中可涵盖多种空间数据，包括影像数据、三维数据等，本文将三维数据作为主要研究内容. 地理块支持外部异构数据金字塔的关联，同时也支持城市三维数据直接在地理块中进行组织. 根据地理块这种特性，通过对地理块的有效组织，进而实现城市三维数据的组织与管理. 基于嵌入式金字塔模型的数据组织方法能够较好支持异构城市三维数据的组织与管理，且组织方式灵活，可拓展性高，对于城市三维数据的组织与管理具有较好的研究价值.
1 嵌入式金字塔模型设计
1.1 嵌入式金字塔模型概念
传统的金字塔模型通过统一规则的数据组织方法，按照层次依次叠加的方式进行空间数据
的组织与管理[5]. 针对异构城市三维数据组织与管理问题，本文在基于传统金字塔模型的基础上提出了一种基于嵌入式金字塔模型的城市三维数据组织方法. 在城市地理空间中，以格网模型为基础，选择合适的格网分辨率，按照空间剖分树形方法对地理空间进行递归划分，建立统一金字塔模型. 统一金字塔模型将地理空间划分为多个地理块，每个地理块代表城市地理空间中固定的一块区域，涵盖多种空间数据，作为城市地理空间的基本组成单元. 地理块可对城市三维数据直接进行组织(符合统一金字塔模型数据组织结构的三维数据)，同时也支持异构数据金字塔中三维数据的关联，是嵌入式金字塔模型实现异构城市三维数据组织的关键部分. 外部关联的异构数据金字塔，具有独立的数据组织结构，可单独对其进行分层分块的数据组织. 在统一金字塔模型中，利用地理块支持异构数据金字塔关联的特性，通过对地理块的统一组织，来实现异构城市三维数据的组织与管理. 本文将支持异构数据金字塔关联到统一金字塔模型中的金字塔结构称为嵌入式金字塔模型.
1.2 嵌入式金字塔模型结构设计
嵌入式金字塔模型是一种能够支持外部异构数据金字塔关联的三维数据组织方法，其具体的结构设计如图1所示，首先在格网模型的基础上，根据城市地理空间范围选择合适的格网
分辨率，采用空间剖分树形方法(本文采用四叉树剖分)进行城市地理空间的层次剖分，建立统一金字塔模型，作为城市三维数据组织的基准. 然后对统一金字塔模型中由空间剖分树形方法划分的地理块进行编码设计，使得编码能够表示该地理块所在的金字塔层级和地理块左下角的坐标信息，以便能够通过编码快速定位到具体的地理块. 地理块中涵盖多种城市三维数据，可对符合四叉树数据结构的城市三维数据(如三维地形数据)在地理块中进行组织；也可通过异构三维空间数据的元数据获取其具体的空间范围和数据分辨率等信息，利用统一金字塔模型中地理块的编码公式匹配统一金字塔模型中最优地理块[6]，并与之建立关联关系，将异构城市三维数据以嵌入式的形式组织到统一金字塔模型中. 最后通过统一金字塔模型对地理块的组织与管理，完成嵌入式金字塔模型的构建，实现异构城市三维数据的统一组织与管理.
图1 嵌入式金字塔模型
已知格网模型左下角坐标为(x0，y0)，顶层格网分辨率为Ld，可利用公式(1)根据城市坐标，求得在层级N的地理块行列号；或者根据地理块的行列号及所在层级N，利用公式(2)，求得该地理块左下角的坐标.
三维打印
[(X+x0)Ld×2N]=RowNum,[(Y+y0)/Ld×2N]=ColNum.
(1)
RowNum×Ld/2N-x0=X,ColNum×Ld/2N-y0=Y.
(2)
图2 城市三维数据组织
异构数据金字塔与地理块两者关联关系的建立是嵌入式金字塔模型的关键部分. 根据异构数据金字塔的数据分辨率信息以及空间范围，在统一金字塔模型中匹配最优金字塔层级，并查询该层级中与异构数据金字塔空间范围相交的地理块，建立两者的关联关系，实现异构数据金字塔与地理块的关联. 由于异构数据金字塔的空间范围可能与地理块的空间范围不能完全匹配，地理块与异构数据金字塔之间会出现一对一、一对多、多对一和多对多的关联关系. 在实际的异构三维数据调度中，对同一视野范围内的多个地理块指向同一异构数据金字塔的情况，只加载一次异构数据金字塔，其他地理块将不再对该异构数据金字塔进行数据加载工作，以提高数据加载效率.
2 城市三维数据组织环氧大豆油丙烯酸酯
2.1 城市三维数据及空间索引
城市三维数据一般具有数据量庞大、结构复杂等特点[7]. 根据城市三维数据获取方式与数据组织结构的不同，并综合考虑激光点云数据可作为三维模型数据制作的原始数据，本文将城市三维数据归类为：三维地形数据、倾斜摄影三维模型数据、软件三维建模数据.
统一金字塔模型作为城市三维数据的组织规则，能够支持异构数据金字塔的关联，用于组织异构城市三维数据. 本文将城市三维地形数据作为城市地理空间的大尺度数据和基础数据，在统一金字塔模型中以四叉树的数据结构直接进行组织. 对于外部异构城市三维数据，如倾斜摄影三维模型数据(四叉树+R树数据结构)[8]，三维软件建模数据(四叉树+K-D树数据结构)等，自身具有独立的数据组织结构，在统一金字塔模型中通过查询与之空间范围相交的对应地理块，在地理块中通过外接索引异构三维数据的方式建立两者之间的关联关系，将异构城市三维数据在统一金字塔模型中进行组织，完成城市三维数据的统一组织与管理.
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