海量空間數(shù)據(jù)組織與管理

資環(huán)學(xué)院張明明

隨著GIS應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，如城市規(guī)劃系統(tǒng)、地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)、土地管理系統(tǒng)、公安警用系統(tǒng)等，由于其管理的數(shù)據(jù)量很大，且比例尺也大。所以，靠對單幅圖的管理已不能適應(yīng)應(yīng)用的需要。目前，象域市規(guī)劃，地下管網(wǎng)、土地管理、公安警用這樣一些GIS應(yīng)用系統(tǒng)，多數(shù)都是以圖幅為單位進(jìn)行管理，即按圖幅將大區(qū)域空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，現(xiàn)在世界各國的一般方法是采用經(jīng)緯線分幅或采用規(guī)則矩形分幅。第五章海量空間數(shù)據(jù)組織與管理圖幅之間鄰近關(guān)系示意圖：難點：

正確的拓樸關(guān)系怎樣做到既能按分幅數(shù)字化錄入、存貯和管理空間數(shù)據(jù)，又能夠?qū)⒎謱俨煌瑘D幅的同一目標(biāo)建立起正確的聯(lián)系，以利于對整個空間數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的檢索、分析和統(tǒng)計等功能的實現(xiàn)，正成為GIS開發(fā)人員討論的話題。？分幅示例5.1數(shù)據(jù)庫中圖幅的組織方法

海量空間數(shù)據(jù)庫是以圖幅為單位進(jìn)行管理，即是在數(shù)字化錄入和數(shù)據(jù)編輯等操作時，均是對單幅圖處理，然后再將這些圖幅組織到一個空間中。數(shù)據(jù)庫中圖幅的組織方法：

1.在組織這個大區(qū)域空間時，首先得為空間的組織形式進(jìn)行定義。

其中包括：坐標(biāo)單位、經(jīng)度和緯度跨度（用經(jīng)緯線分幅時）、比例尺、圖幅的寬和高（用矩形分幅時）、地圖投影類型，橢球體參數(shù)等。這就意味著在數(shù)據(jù)庫中的所有圖幅都須按定義的形式進(jìn)行錄入。

2.在大區(qū)域空間的組織形式確定后，就可逐一將圖幅輸入庫中。

輸入時須指出該圖幅的文件名（可能一個圖幅含有多個文件）和用于確定圖幅在庫中的位置的橫向縱向序號（矩形分幅）或左下角經(jīng)緯度（經(jīng)緯線分幅）。

系統(tǒng)的檢索：

對系統(tǒng)而言，當(dāng)用戶要求按某局部范圍進(jìn)行檢索時，系統(tǒng)可對所指定范圍對應(yīng)的圖幅文件進(jìn)行檢索；當(dāng)用戶要求按分類要素進(jìn)行檢索時，系統(tǒng)可根據(jù)圖幅之間的鄰接關(guān)系將所有需要的要素檢索出來。5.2圖幅間被分割目標(biāo)的組織方法

將圖幅輸入庫中時，還未建立相鄰圖幅間同一目標(biāo)的聯(lián)系。這種聯(lián)系可以在用戶做相鄰圖幅拼接時（通過自動或人工方式進(jìn)行相鄰圖幅間同一目標(biāo)的連接），由系統(tǒng)將這種聯(lián)系記入系統(tǒng)中。可以有兩種方式來組織這種聯(lián)系：

1、整個空間目標(biāo)統(tǒng)一組織和管理方式:

圖中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分別表示全庫中的目標(biāo)編號，①-④分別分別表示各圖幅中的對象編號。在全庫索引表中，還應(yīng)建立一個區(qū)域嵌套關(guān)系表，如Ⅲ號區(qū)域嵌套在Ⅱ號區(qū)內(nèi)。這種用全庫索引表來表示不同圖幅間目標(biāo)的連接關(guān)系，比較簡單明了。缺點是：索引表比較大，而大多數(shù)情況下，真正被分割到多個圖幅上的目標(biāo)是少數(shù)。

2、只建立和組織被分割目標(biāo)方式:

這種方式是只將被分割的目標(biāo)放在索引表中，顯然，此索引表要比上述的全庫索引表要小得多。在建庫和圖幅入庫時，索引表是空的。當(dāng)進(jìn)行圖幅拼接時，每拼接一個目標(biāo)，就將該目標(biāo)的信息（包括該目標(biāo)分別在兩個圖幅中的編號）插入索引表中的適當(dāng)位置（有可能該目標(biāo)還與第三個圖幅有關(guān)，且已記入索引表中）。

5.3跨圖幅地圖漫游

縮放和漫游是海量地圖數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所必備的功能之一,是GIS用戶通過有限的屏幕窗口去認(rèn)知無限的地理空間必需的工具。因此，這種工具設(shè)計的好壞直接影響到用戶對GIS軟件的印象和評價，是衡量GIS軟件界面是否友好、功能是否完善的重要因素之一。這里介紹一種基于地理邏輯窗口和動態(tài)裁剪的跨圖幅地圖漫游的方法。地理邏輯窗口和動態(tài)裁剪

1、地理邏輯窗口

所謂地理邏輯窗口是指由Windows的坐標(biāo)空間一次所能直接表達(dá)的相對應(yīng)的地理空間的范圍，此范圍是整個所要處理的地理空間的一部分。將Windows的邏輯或設(shè)備空間的范圍的數(shù)值代入所建立的坐標(biāo)空間映射公式：（1）邏輯坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)

（2）地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為邏輯坐標(biāo)

其中，(xLogcal,yLogical)為邏輯坐標(biāo)；

(xMap,yMap)為地理坐標(biāo)；

(xLogicalOrg,yLogicalOrg)為邏輯坐標(biāo)原點；

(xMapOrg,yMapOrg)為地理坐標(biāo)原點；

Fx,Fy為邏輯坐標(biāo)到地理坐標(biāo)變換比例因子；

Gx,Gy為地理坐標(biāo)到邏輯坐標(biāo)變換的比例因子。2、顯示窗口的動態(tài)裁剪

在進(jìn)行地圖的輸出顯示時，為了提高輸出的速度，可采用動態(tài)裁剪的方法，即當(dāng)繪圖要素在設(shè)備上顯示輸出時才進(jìn)行裁剪，而這一裁剪區(qū)域與通常裁剪方法采用的區(qū)域不同，此處的裁剪區(qū)域是指地理邏輯窗口，即只有當(dāng)繪圖要素與地理邏輯窗口的邊界相交時才進(jìn)行裁剪，由于地理邏輯窗口一般比輸出設(shè)備的窗口要大得多，在設(shè)計實現(xiàn)時，如果始終將輸出設(shè)備的窗口居于地理邏輯窗口的中部，則要顯示的繪圖要素與地理邏輯窗口的邊界相交的機(jī)率大大縮小，時繪圖要素的裁剪次銳減從而有效地提高了圖形輸出的速度與效率。

為了提高系統(tǒng)的繪圖速度和運行效率，避免不必要的裁剪過程，首先需要判斷繪制要素的范圍是否落在設(shè)備所在的區(qū)域內(nèi)。如果不在設(shè)備繪制區(qū)域內(nèi)則不需要進(jìn)行裁剪，否則再進(jìn)行地理邏輯窗口的裁剪過程?？s放漫游的實現(xiàn)

1、縮放與動畫顯示的實現(xiàn)

在建立了以映射關(guān)系和地理邏輯窗口后，即可以很容易地實現(xiàn)對地圖的無級放縮漫游。通過不斷地改變式（6-3-1）和式（6-3-2）中的顯示地圖比例，顯示地圖的大小會隨之不斷地改變，從而達(dá)到了縮放的目的。因為在顯示輸出時經(jīng)過上述的地理邏輯縮放窗口的動態(tài)裁剪，輸出的圖形就不會出現(xiàn)由GDI函數(shù)坐標(biāo)取值的限制所帶來的繪圖失敗的問題。因此，地圖可以在計算機(jī)所表達(dá)的數(shù)值范圍內(nèi)不加限制地進(jìn)行放縮。

在進(jìn)行放所縮時，要對整個的輸出窗口進(jìn)行重繪，如果繪圖要素較多，有時需要等待較長的時間，這會超過用戶的心理忍受度，為了更進(jìn)一步的增強(qiáng)界面的友好性，在進(jìn)行重繪的過程中每隔一定時間將整個輸出窗口拷屏一次，即出現(xiàn)了所謂的動畫顯示效果，從而也增強(qiáng)了系統(tǒng)顯示的趣味性。2、漫游的實現(xiàn)

在建立上述的坐標(biāo)空間映射關(guān)系時，應(yīng)首先建立在地理坐標(biāo)系統(tǒng)中所設(shè)立的地理原點同Windows的邏輯原點或設(shè)備原點相對應(yīng)的關(guān)系。如圖示，整個地理空間被劃分為N個地理邏輯窗口，滾動前地理坐標(biāo)原點位于第1個地理邏輯窗口的左上角，當(dāng)屏幕窗口在原地圖的第1個地理邏輯窗口范圍內(nèi)漫游時，不移動地理原點只移動設(shè)備坐標(biāo)原點，而當(dāng)屏幕窗口到達(dá)第1個地理邏輯窗口的邊界時，此時將地理原點跳轉(zhuǎn)到第2個邏輯窗口的左上角處，并將Windows的設(shè)備原點移到邏輯坐標(biāo)空間范