海量空间数据组织与管理

资环学院张明明

随着GIS应用领域的不断扩大，如城市规划系统、地下管网管理系统、土地管理系统、公安警用系统等，由于其管理的数据量很大，且比例尺也大。所以，靠对单幅图的管理已不能适应应用的需要。目前，象域市规划，地下管网、土地管理、公安警用这样一些GIS应用系统，多数都是以图幅为单位进行管理，即按图幅将大区域空间数据进行分割，现在世界各国的一般方法是采用经纬线分幅或采用规则矩形分幅。第五章海量空间数据组织与管理图幅之间邻近关系示意图：难点：

正确的拓朴关系怎样做到既能按分幅数字化录入、存贮和管理空间数据，又能够将分属不同图幅的同一目标建立起正确的联系，以利于对整个空间数据进行正确的检索、分析和统计等功能的实现，正成为GIS开发人员讨论的话题。？分幅示例5.1数据库中图幅的组织方法

海量空间数据库是以图幅为单位进行管理，即是在数字化录入和数据编辑等操作时，均是对单幅图处理，然后再将这些图幅组织到一个空间中。数据库中图幅的组织方法：

1.在组织这个大区域空间时，首先得为空间的组织形式进行定义。

其中包括：坐标单位、经度和纬度跨度（用经纬线分幅时）、比例尺、图幅的宽和高（用矩形分幅时）、地图投影类型，椭球体参数等。这就意味着在数据库中的所有图幅都须按定义的形式进行录入。

2.在大区域空间的组织形式确定后，就可逐一将图幅输入库中。

输入时须指出该图幅的文件名（可能一个图幅含有多个文件）和用于确定图幅在库中的位置的横向纵向序号（矩形分幅）或左下角经纬度（经纬线分幅）。

系统的检索：

对系统而言，当用户要求按某局部范围进行检索时，系统可对所指定范围对应的图幅文件进行检索；当用户要求按分类要素进行检索时，系统可根据图幅之间的邻接关系将所有需要的要素检索出来。5.2图幅间被分割目标的组织方法

将图幅输入库中时，还未建立相邻图幅间同一目标的联系。这种联系可以在用户做相邻图幅拼接时（通过自动或人工方式进行相邻图幅间同一目标的连接），由系统将这种联系记入系统中。可以有两种方式来组织这种联系：

1、整个空间目标统一组织和管理方式:

图中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别表示全库中的目标编号，①-④分别分别表示各图幅中的对象编号。在全库索引表中，还应建立一个区域嵌套关系表，如Ⅲ号区域嵌套在Ⅱ号区内。这种用全库索引表来表示不同图幅间目标的连接关系，比较简单明了。缺点是：索引表比较大，而大多数情况下，真正被分割到多个图幅上的目标是少数。

2、只建立和组织被分割目标方式:

这种方式是只将被分割的目标放在索引表中，显然，此索引表要比上述的全库索引表要小得多。在建库和图幅入库时，索引表是空的。当进行图幅拼接时，每拼接一个目标，就将该目标的信息（包括该目标分别在两个图幅中的编号）插入索引表中的适当位置（有可能该目标还与第三个图幅有关，且已记入索引表中）。

5.3跨图幅地图漫游

缩放和漫游是海量地图数据库管理系统所必备的功能之一,是GIS用户通过有限的屏幕窗口去认知无限的地理空间必需的工具。因此，这种工具设计的好坏直接影响到用户对GIS软件的印象和评价，是衡量GIS软件界面是否友好、功能是否完善的重要因素之一。这里介绍一种基于地理逻辑窗口和动态裁剪的跨图幅地图漫游的方法。地理逻辑窗口和动态裁剪

1、地理逻辑窗口

所谓地理逻辑窗口是指由Windows的坐标空间一次所能直接表达的相对应的地理空间的范围，此范围是整个所要处理的地理空间的一部分。将Windows的逻辑或设备空间的范围的数值代入所建立的坐标空间映射公式：（1）逻辑坐标转换为地理坐标

（2）地理坐标转换为逻辑坐标

其中，(xLogcal,yLogical)为逻辑坐标；

(xMap,yMap)为地理坐标；

(xLogicalOrg,yLogicalOrg)为逻辑坐标原点；

(xMapOrg,yMapOrg)为地理坐标原点；

Fx,Fy为逻辑坐标到地理坐标变换比例因子；

Gx,Gy为地理坐标到逻辑坐标变换的比例因子。2、显示窗口的动态裁剪

在进行地图的输出显示时，为了提高输出的速度，可采用动态裁剪的方法，即当绘图要素在设备上显示输出时才进行裁剪，而这一裁剪区域与通常裁剪方法采用的区域不同，此处的裁剪区域是指地理逻辑窗口，即只有当绘图要素与地理逻辑窗口的边界相交时才进行裁剪，由于地理逻辑窗口一般比输出设备的窗口要大得多，在设计实现时，如果始终将输出设备的窗口居于地理逻辑窗口的中部，则要显示的绘图要素与地理逻辑窗口的边界相交的机率大大缩小，时绘图要素的裁剪次锐减从而有效地提高了图形输出的速度与效率。

为了提高系统的绘图速度和运行效率，避免不必要的裁剪过程，首先需要判断绘制要素的范围是否落在设备所在的区域内。如果不在设备绘制区域内则不需要进行裁剪，否则再进行地理逻辑窗口的裁剪过程。缩放漫游的实现

1、缩放与动画显示的实现

在建立了以映射关系和地理逻辑窗口后，即可以很容易地实现对地图的无级放缩漫游。通过不断地改变式（6-3-1）和式（6-3-2）中的显示地图比例，显示地图的大小会随之不断地改变，从而达到了缩放的目的。因为在显示输出时经过上述的地理逻辑缩放窗口的动态裁剪，输出的图形就不会出现由GDI函数坐标取值的限制所带来的绘图失败的问题。因此，地图可以在计算机所表达的数值范围内不加限制地进行放缩。

在进行放所缩时，要对整个的输出窗口进行重绘，如果绘图要素较多，有时需要等待较长的时间，这会超过用户的心理忍受度，为了更进一步的增强界面的友好性，在进行重绘的过程中每隔一定时间将整个输出窗口拷屏一次，即出现了所谓的动画显示效果，从而也增强了系统显示的趣味性。2、漫游的实现

在建立上述的坐标空间映射关系时，应首先建立在地理坐标系统中所设立的地理原点同Windows的逻辑原点或设备原点相对应的关系。如图示，整个地理空间被划分为N个地理逻辑窗口，滚动前地理坐标原点位于第1个地理逻辑窗口的左上角，当屏幕窗口在原地图的第1个地理逻辑窗口范围内漫游时，不移动地理原点只移动设备坐标原点，而当屏幕窗口到达第1个地理逻辑窗口的边界时，此时将地理原点跳转到第2个逻辑窗口的左上角处，并将Windows的设备原点移到逻辑坐标空间范