专利名称：事件驱动的三维城市模型数据库动态更新方法
技术领域：
本发明涉及地理空间信息系统技术领域，尤其涉及一种事件驱动的三维城市模型数据库动态更新方法。
背景技术：
随着三维数字城市建设的不断推进与广泛应用，其工作重心已经开始由初始的三维城市模型数据生产和数据库建设向数据库更新与服务进行转变。三维城市模型数据库的动态更新不同于初始化的数据生产和数据库建库，它是综合利用各种来源的现势性数据，确定和测定数据的位置变化、几何变化、属性变化以及语义拓扑关系变化，对现有数据库中数据进行增删、替换、修改、语义拓扑关系重建等更新处理，生成新版本的数据，保存历史数据，并记录变化信息。三维城市模型数据库的更新不仅要保障三维城市模型数据的现势性，更要对历史、现状、规划模型等多时态的三维城市模型数据进行有效组织与管理，以满足多时态模型查询、城市建筑变迁回溯等各种时空查询与分析应用。现有空间数据库动态更新的研究成果和应用实践大都是针对基础地理信息数据库进行更新，主要包括遥感影像、二维矢量地图等二维空间数据，对于海量三维城市模型数据的更新模型和应用还较少。目前，大多现有三维城市模型数据库只针对现状的三维城市模型数据进行管理，并未对三维城市模型的历史模型数据、规划模型数据等不同时态的模型数据进行管理。因此在三维城市模型数据库更新时采用简单的数据替换、删除等方式，然后定义新版本的数据库，并未对历史模型数据进行有效管理，也未对造成数据更新的事件进行有效管理。这样就难以有效的满足各种时空查询与时空分析应用，难以表达现实城市的真实变化。随着三维城市模型数据的不断建设和应用，数据量的不断增加，数据现势性需求日益迫切，迫切需要一套完善的三维城市模型数据库增量更新方法，不仅保障三维数字地图的现势性，而且有效管理多时态的三维城市模型数据。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提出了一种数据库更新效率更高的事件驱动的三维城市模型数据库动态更新方法，包括有以下步骤，Al定义引起三维城市模型数据动态变化的事件类型，建立事件描述模板；A2将待更新的三维城市模型数据进行数据规范化操作；A3进行三维要素对象的自动变化检测与自适应匹配，收集三维要素对象的变化信息；A4按照事件描述模板交互式添加事件表，对每个事件所涉及到的三维要素对象进行记录，并添加事件关系表记录事件之间的关系；A5根据事件时间顺序对变化的三维要素对象进行数据库更新，新数据添加到现状数据库，旧数据移入到历史数据库；A6重新计算并更新三维空间对象之间的语义拓扑关系数据；
A7重新创建并更新三维空间索引数据；AS人工辅助检查确认，定义新的数据库版本，完成三维城市模型数据库的更新。优选地，三维要素对象的变化信息包括空间状态、属性、语义拓扑中的一种或多种。优选地，所述事件管理表标识每个变化的三维要素对象的生命周期以及变化的类型，并添加事件之间的关系。优选地，所述三维要素对象的自动变化检测与自适应匹配包括以下步骤BI输入待更新三维城市模型数据，以待更新三维城市模型数据的最小外包围盒和三维要素类作为查询条件，在三维城市模型数据库的现状数据库中查询所述最小外围盒以及所述三维要素类的三维要素对象；B2依次比对待更新三维城市模型数据中每个三维要素对象与现状数据库中每个三维要素对象，以底部形状进行匹配，如果找到底部形状完全匹配的两个三维要素对象，则进入步骤B3，否则进入步骤B9 ；B3对两个底部形状完全匹配的三维要素对象的三维几何数据进行匹配，如果完全匹配，进入步骤B4，否则进入步骤B6 ；B4比对两个匹配的三维要素对象的材质纹理数据是否完全相同，如果完全相同，则进入步骤B5，否则进入步骤B7 ；B5比对两个匹配的三维要素对象的语义属性数据是否完全相同，如果完全相同，则记录两个三维要素对象未发生变化，不需要更新；否则进入步骤B8 ；B6记录该待更新三维要素对象发生了三维几何数据变化，其对应的纹理材质数据也相应发生变化；B7记录该待更新三维要素对象材质纹理数据发生了变化，但是三维几何数据未发生变化；B8记录该待更新三维要素对象语义属性数据发生了变化；B9比对是否存在部分匹配的两个三维要素对象，如果有部分匹配的两个三维要素对象进入步骤B10，否则进入B12 ；BlO两个部分匹配三维要素对象的三维要素名称是否相同，如果相同，进入步骤B11，否则进入B12 ；Bll对两个部分匹配三维要素对象进行三维几何结构的匹配，如果完全匹配，则新三维要素对象发生了位置移动变化，否则三维要素对象发生了几何结构变化与位置移动变化；B12该三维要素对象未找到相匹配的三维要素对象，记录该三维要素对象为新增三维要素对象；B13记录每个三维要素对象的变化情况；B14自动变化检测与自适应匹配完成，进行结果输出。优选地，所述步骤A4包括以下步骤Cl输入三维要素对象自动变化检测与自适应匹配输出的结果；C2基于事件描述模板填写已获知的引起数据变化的各种事件，并填写关键内容；C3建立事件与其引起变化的三维要素对象之间的关联关系；
C4对存在关系的事件，建立事件之间的关系；C5依次处理每个事件及其涉及的每个三维要素对象的变化；C6将所有事件及其变化数据存档，完成事件数据库的更新。优选地，所述关键内容包括事件类型、事件发生时间、事件终止时间中的一种或多种。本发明一方面通过三维城市模型数据的自动变化检测与匹配快速找到发生变化的三维要素对象，提高数据库动态更新效率；另一方面通过对发生数据更新原因的事件以及事件之间关系的有效管理，通过事件将三维城市模型数据动态变化有效串联起来，有效支持多时态数据的时空查询与分析应用。
图1为本发明一实施例的三维城市模型数据库动态更新方法流程图；图2为本发明一实施例的三维要素对象的自动变化检测与自适应匹配流程图。
具体实施例方式下面将结合附图以及具体实施例来对本发明作进一步详细说明。如图1所示，为本发明一实施例三维城市模型数据库动态更新方法流程图，本实施例的事件驱动的三维城市模型数据库动态更新方法，包括有以下步骤Al定义引起三维城市模型数据动态变化的事件类型，建立事件描述模板。具体地，三维城市模型数据库发生变化包括三维要素对象空间状态变化、语义状态变化以及语义拓扑关系状态变化。三维要素对象空间状态变化类型可以抽象定义为出现、消失、扩大、缩小、变形、移动、旋转和重现等基本类型；三维要素对象语义状态变化可以抽象定位为属性值修改、属性字段增删、语义内容变化等类型；三维要素对象语义拓扑关系状态变化抽象定位为所述三维要素对象语义的拓扑变化类型。事件是引起三维城市模型数据库发生变化的原因，按引起变化的不同主要分为三类一是引出三维要素对象空间状态变化的事件，如人工建筑物(房屋、道路、围墙、堤坝等)的新建、修建、拆除、扩建事件；二是引起三维要素对象语义状态变化的事件，如权属变化、产权变化、土地使用性质变化、建筑居住人口变化等事件；三是引起三维要素对象空间状态与语义状态都发生变化的事件。事件与三维要素对象空间状态变化类型之间的关系存在着1:N (N > I)的关系。如新建、翻建、扩展、拆除等事件与空间状态变化类型之间的关系为1:1的关系；而地震、洪水、暴雨等事件与空间状态变化类型之间的关系为1:N的关系。基于事件的三维城市模型数据库概念模型包括建筑、道路城市地形地貌、地上地下人工建筑物、管线、地质体等的三维表达。三维要素不仅反映对象的空间位置、几何形态及空间关系，还包括纹理、材质等附属信息以及各种属性与语义信息等。三维城市模型数据分为地形模型、建筑模型、交通设施模型、管线模型、绿化模型以及其他模型等。各类模型按照表现细节层次(LOD)的不同可分为L0D1、L0D2、L0D3以及L0D4四个细节层级。三维城市模型数据库采用具有行为和特征的三维要素类为核心表达建筑、道路、管理、地质等不同类型的三维要素对象。通过对三维要素对象的几何、语义、拓扑以及属性等数据的统一管理，建立了三维要素类之间详细的语义层级描述，以及三维要素对象之间复杂的语义拓扑关系描述。为了表达多时态的三维城市模型数据，三维城市模型数据库分为现状数据库、历史数据库和规划数据库三种不同时态的数据库。以三维要素对象进行单个表达，具有相同语义属性的同一类三维要素对象由一个三维要素类进行管理。每个三维要素类分为现状三维要素类、历史三维要素类以及规划三维要素类。事件类是各类事件的集合，包括新建事件、拆除事件、扩建事件、权属变化事件、灾害事件等等，可以自定义扩充；事件关系类用于表达每个事件之间的关系，如因果关系、连续关系等等；事件描述模板用于定义统一的事件描述方法，包括事件ID、事件名称、事件类型、事件时间发生时间、事件终止时间等。A2将待更新的三维城市模型数据进行数据规范化操作。具体地，首先进行三维空间坐标系统的统一，使它们具有统一的空间参考；然后进行三维城市模型数据格式的统一，便于三维城市模型数据库统一存储与管理；然后对三维城市模型数据的属性与语义信息进行统一，与三维城市模型数据库中的属性字段进行完全匹配，最后对三维要素对象进行语义编辑，进行三维要素类的分类，将同一类的三维要素对象数据放在同一三维要素类中进行统一管理。A3进行三维要素对象的自动变化检测与自适应匹配，收集三维要素对象的变化信息，包括空间状态、属性、语义拓扑等。图2为本发明一实施例的三维要素对象的自动变化检测与自适应匹配流程图，本实施例中的三维要素对象的自动变化检测与自适应匹配包括以下步骤BI输入待更新三维城市模型数据，以待更新三维城市模型数据的最小外包围盒和三维要素类作为查询条件，在三维城市模型数据库的现状数据库中查询所述最小外围盒以及所述三维要素类的三维要素对象；B2依次比对待更新三维城市模型数据中每个三维要素对象与现状数据库中每个三维要素对象，以底部形状进行匹配，如果找到底部形状完全匹配的两个三维要素对象，则进入步骤B3，否则进入步骤B9 ；B3对两个底部形状完全匹配的三维要素对象的三维几何数据进行匹配，如果完全匹配，进入步骤B4，否则进入步骤B6 ；B4比对两个匹配的三维要素对象的材质纹理数据是否完全相同，如果完全相同，则进入步骤B5，否则进入步骤B7 ；B5比对两个匹配的三维要素对象的语义属性数据是否完全相同，如果完全相同，则记录两个三维要素对象未发生变化，不需要更新；否则进入步骤B8 ；B6记录该待更新三维要素对象发生了三维几何数据变化，其对应的纹理材质数据也相应发生变化；B7记录该待更新三维要素对象材质纹理数据发生了变化，但是三维几何数据未发生变化；B8记录该待更新三维要素对象语义属性数据发生了变化；B9比对是否存在部分匹配的两个三维要素对象，如果有部分匹配的两个三维要素对象进入步骤B10，否则进入B12 ；
BlO两个部分匹配三维要素对象的三维要素名称是否相同，如果相同，进入步骤B11，否则进入B12 ；Bll对两个部分匹配三维要素对象进行三维几何结构的匹配，如果完全匹配，则新三维要素对象发生了位置移动变化，否则三维要素对象发生了几何结构变化与位置移动变化；B12该三维要素对象未找到相匹配的三维要素对象，记录该三维要素对象为新增三维要素对象；B13记录每个三维要素对象的变化情况；B14自动变化检测与自适应匹配完成，进行结果输出。A4按照事件描述模板交互式添加事件表，对每个事件所涉及到的三维要素对象进行记录，并添加事件关系表，所述事件关系表标识每个变化的三维要素对象的生命周期以及变化的类型，并记录事件之间的关系。该步骤具体包括如下步骤Cl输入三维要素对象自动变化检测与自适应匹配输出的结果；C2基于事件描述模板填写已获知的引起数据变化的各种事件，并填写关键内容；C3建立事件与其引起变化的三维要素对象之间的关联关系；C4对存在关系的事件，建立事件之间的关系；C5依次处理每个事件及其涉及的每个三维要素对象的变化；C6将所有事件及其变化数据存档，完成事件数据库的更新。A5根据事件时间顺序对变化的三维要素对象进行数据库更新，新数据添加到现状数据库，旧数据移入到历史数据库。具体地，根据事件发生的前后进行排序，依次对发生变化的每个事件对发生空间状态变化的三维要素对象进行更新。对于新增加的三维要素对象，直接在现状数据库中增加记录，添加数据库记录插入时间等。对于发生了几何及材质纹理变化的三维要素对象，将在现状数据库中的原三维空间对象移入历史数据库，将新的三维要素对象添加到现状数据库中，并添加当前状态和事件等信息，记录新旧数据的变化关系。由于三维要素对象具有多细节层次的特性，因此对于新的三维要素对象必须重新生成多细节层次的三维几何数据与三维材质纹理数据，并自动更新新三维要素对象对应的多细节层次三维几何数据与三维材质纹理数据。对于删除的三维要素对象，将该三维要素对象移入历史数据库中，并在现状数据库中删除记录，在三维要素对象变化表添加记录，状态为删除。对于发生语义属性变化的三维空间对象，在现状数据库中修改为新的语义属性数据，更新数据库并记录更新时间，原语义属性数据移动到历史数据库进行管理，并标识变化状态和引起变化的事件信息，以上所述的所有的事件信息以及变化状态记录全部由数据变
化管理表进行管理。A6重新计算并更新三维空间对象之间的语义拓扑关系数据，将已发生变化的语义拓扑关系数据移到历史数据库中，在现状数据库中添加最新语义拓扑关系数据。具体地，对现状三维要素数据库的最新数据重新计算语义拓扑关系数据，与现状语义拓扑关系数据表中的数据进行比对分析，分别记录未发生变化的语义关系数据和已发生变化的语义拓扑关系数据，在现状语义拓扑关系数据表中将已经被发生变化或已被删除的三维要素对象相关的语义拓扑关系数据移入到历史数据库中，并设置删除标识，将新的语义拓扑关系数据添加到现状数据库中的现状语义拓扑关系数据表中。A7重新创建并更新三维空间索引数据，对现状数据库的三维要素对象数据重新计算三维空间索引，更新三维空间索引数据。具体的，对现状数据库中每个三维要素类的三维要素对象数据表重新创建三维空间索引，将原有的三维空间索引数据移入到历史数据库中，将新创建的三维空间索引数据添加到现状数据库中的三维空间索弓I数据表中。AS人工辅助检查确认，定义新的数据库版本，完成三维城市模型数据库的更新。具体的，通过检查三维城市模型数据库中现状数据库和历史数据库的具体内容，以及通过将现状数据库的三维城市模型数据进行三维可视化表达来检查确认数据库更新的正确性。检查确认后，定义新的数据库版本，保存在数据库版本管理表中，确认完成三维城市模型数据库的更新。在上述实施例，所述关键内容包括事件类型、事件发生时间、事件终止时间等和事件相关的所有内容。本发明通过三维城市模型数据的自动变化检测与匹配快速找到发生变化的三维要素对象，提高三维城市模型数据库的更新效率；通过对发生数据更新原因的事件进行有效管理，通过事件将三维城市模型数据动态变化有效串联起来，有效支持多时态数据的时空查询与分析应用。可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其他各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种事件驱动的三维城市模型数据库动态更新方法，其特征在于:包括以下步骤， Al定义引起三维城市模型数据动态变化的事件类型，建立事件描述模板； A2将待更新的三维城市模型数据进行数据规范化操作； A3进行三维要素对象的自动变化检测与自适应匹配，收集三维要素对象的变化信息；A4按照事件描述模板交互式添加事件表，对每个事件所涉及到的三维要素对象进行记录，并添加事件关系表记录事件之间的关系； A5根据事件时间顺序对变化的三维要素对象进行数据库更新，新数据添加到现状数据库，旧数据移入到历史数据库； A6重新计算并更新三维空间对象之间的语义拓扑关系数据； A7重新创建并更新三维空间索引数据； AS人工辅助检查确认，定义新的数据库版本，完成三维城市模型数据库的更新。
2.根据权利要求1所述的事件驱动的三维城市模型数据库动态更新方法，其特征在于:三维要素对象的变化信息包括空间状态、属性、语义拓扑中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的事件驱动的三维城市模型数据库动态更新方法，其特征在于:所述事件表标识每个变化的三维要素对象的生命周期以及变化的类型，所述事件关系表记录事件之间的关系。
4.根据权利要求1所述的事件驱动的三维城市模型数据库动态更新方法，其特征在于:所述三维要素对象的自动变化检测与自适应匹配包括以下步骤: BI输入待更新三维城市模型数据，以待更新三维城市模型数据的最小外包围盒和所属三维要素类作为查询条件，在三维城市模型数据库的现状数据库中查询所述最小外围盒以及所述三维要素类的现状三维要素对象集合； B2依次比对待更新三维城市模型数据中每个三维要素对象与现状三维要素对象集合中每个三维要素对象，通过底部形状进行匹配，如果找到底部形状完全匹配的两个三维要素对象，则进入步骤B3，否则进入步骤B9 ； B3对两个底部形状完全匹配的三维要素对象的三维几何数据进行匹配，如果完全匹配，进入步骤B4，否则进入步骤B6 ； B4比对两个匹配的三维要素对象的材质纹理数据是否完全相同，如果完全相同，则进入步骤B5，否则进入步骤B7 ； B5比对两个匹配的三维要素对象的语义属性数据是否完全相同，如果完全相同，则记录两个三维要素对象未发生变化，不需要更新；否则进入步骤B8 ； B6记录该待更新三维要素对象发生了三维几何数据变化，其对应的纹理材质数据也相应发生变化； B7记录该待更新三维要素对象材质纹理数据发生了变化，但是三维几何数据未发生变化； B8记录该待更新三维要素对象语义属性数据发生了变化； B9比对是否存在部分匹配的两个三维要素对象，如果有部分匹配的两个三维要素对象进入步骤B10，否则进入B 12 ； BlO两个部分匹配三维要素对象的三维要素名称是否相同，如果相同，进入步骤B11，否则进入B12 ；Bll对两个部分匹配三维要素对象进行三维几何结构的匹配，如果完全匹配，则新三维要素对象发生了位置移动变化，否则三维要素对象发生了几何结构变化与位置移动变化；B12该三维要素对象未找到相匹配的三维要素对象，记录该三维要素对象为新增三维要素对象； B13记录每个三维要素对象的变化情况； B14自动变化检测与自适应匹配完成，进行结果输出。
5.根据权利要求1或4所述的事件驱动的三维城市模型数据库动态更新方法，其特征在于:所述步骤A4包括以下步骤: Cl输入三维要素对象自动变化检测与自适应匹配输出的结果； C2基于事件描述模板填写已获知的引起数据变化的各种事件，并填写关键内容； C3建立事件与其引起变化的三维要素对象之间的关联关系； C4对存在关系的事件，建立事件之间的关系； C5依次处理每个事件及其涉及的每个三维要素对象的变化； C6将所有事件及其变化数据存档，完成事件数据库的更新。
6.根据权利要求5所述的事件驱动的三维城市模型数据库动态更新方法，其特征在于:所述关键内容包括事件类型、事件发生时间、事件终止时间中的一种或多种。
全文摘要
本发明涉及一种事件驱动的三维城市模型数据库动态更新方法，包括有以下步骤，A1定义引起三维城市模型数据动态变化的事件类型，建立事件描述模板；A2将待更新的三维城市模型数据进行数据规范化操作；A3进行三维要素对象的自动变化检测与自适应匹配，收集三维要素对象的变化信息；A4交互式添加引起三维要素对象变化的事件以及事件之间的关系；A5根据事件时间顺序对变化的三维要素对象进行数据库更新；A6重新计算并更新三维空间对象之间的语义拓扑关系数据；A7重新创建并更新三维空间索引数据；A8完成三维城市模型数据库的更新。本发明的三维城市模型数据库动态更新方法可提高数据库更新的效率，有效支持多时态数据的时空查询及分析应用。
文档编号G06F17/30GK103077215SQ20121058675
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者李晓明, 胡金星, 许伟平, 胡明远, 张宝运, 康艳丽 申请人:深圳先进技术研究院