一张图空间数据库构建方法与系统

摘要

本发明公开了一张图空间数据库构建方法及系统，该方法包括：对上传的矿图文件进行拆分，生成图层；对图层按照业务属性进行命名、编码；将业务数据实体进行数据结构规范化；将规范化的业务数据实体与图层进行绑定；利用统一坐标标准对各图层、业务数据实体进行描述、存储，构建空间数据库。通过本发明，能够灵活组织图层、业务数据实体，实现各专业、主题、场景的图像提供，从而实现矿业中不同专业、不同场景之间的协同工作。

说明书

技术领域

本发明涉及矿产行业信息化技术领域，尤其涉及一张图空间数据库构建方法与系统。

背景技术

煤矿生产环境复杂多变，为了实现煤矿的安全生产，需要煤矿地测、一通三防、机电、生产、监测等部门紧密协作。煤矿生产同时是一个动态、实时变化的过程，伴随着煤矿的开采，各种数据实时在变化，因此需要各部门实时数据的及时更新、一体化地供给所需要主题、场景或者位置的数据。

虽然有现有技术公开了“一张图模式”的煤矿管理系统，其公开了管理系统的架构，即包括数据源层、协同更新服务层、数据存储服务层和业务应用层，但是数据源层通过协同更新层将内部数据分别纳入数据存储层中对应的各个数据库中，导致数据更新慢，而且数据间相对独立，不能真正实现按照主题或者场景、位置灵活获取矿产相关数据。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的技术方案。因此，本发明的一个方面，提供了一张图空间数据库构建方法，该方法包括：

对上传的矿图文件进行拆分，生成图层；

对图层按照业务属性进行命名、编码；

将业务数据实体进行数据结构规范化；

将规范化的业务数据实体与图层进行绑定；

利用统一坐标标准对各图层、业务数据实体进行描述、存储，构建一张图空间数据库。

可选的，将规范化的业务数据实体与图层进行绑定包括：

根据编码将专题图与图层匹配；

调用协同服务接口，获取专题图以及相匹配的图层；

根据编码类型获取业务数据实体，并将业务数据实体与图层进行绑定。

可选的，该方法还包括：

调用restful API接口获取图层以及对应的绑定信息；

调用WebGIS SDK进行图层渲染、业务数据实体渲染。

可选的，对图层按照业务属性进行命名、编码，包括：

通过GIS服务接口提供图层数据；

按照图层名称、图层所属的专题图对图层进行编码。

可选的，将业务数据实体进行数据结构规范化，包括:

通过边缘数据网关实时推送采集业务实体数据；

按照应用分类、级别属性对业务数据实体进行编码。

可选的，该方法还包括：

对专题图、图层进行匹配；

调用协同服务，获取专题图以及对应的图层。

本发明还提供一张图空间数据库构建系统，该系统包括：

图层生成模块，用于对上传的矿图文件进行拆分，生成图层；

图层编码模块，用于对图层按照业务属性进行命名、编码；

业务数据实体处理模块，用于将业务数据实体进行数据结构规范化；

绑定模块，用于将规范化的业务数据实体与图层进行绑定；

存储模块，用于利用统一坐标标准对各图层、业务数据实体进行描述、存储，

构建一张图空间数据库。

可选的，所述绑定模块包括：

匹配子模块，根据编码将专题图与图层匹配；

协同服务接口，用于获取专题图以及相匹配的图层；

绑定子模块，用于根据所述编码类型获取业务数据实体，并将业务数据实体与图层进行绑定。

可选的，其特征还在于，该系统还包括：

restful API接口，用于调用以获取图层以及对应的绑定信息；

WebGIS SDK接口，用于调用以进行图层渲染、业务数据实体渲染。

可选的，所述图层编码模块通过GIS服务接口提供图层数据，并按照图层名称、图层所属的专题图对图层进行编码。

可选的，所述业务数据实体处理模块，通过边缘数据网关实时推送采集业务实体数据，并按照应用分类、级别属性对业务数据实体进行编码。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过本发明，能够灵活组织图层、业务数据实体，实现各专业、主题、场景的图像提供，从而实现矿业中不同专业、不同场景之间的协同工作。

如果空间数据库中一个图层被更新，那么引用该图层的所有专题图都将自动被更新，进一步实现矿业中不同专业、不同场景之间的协同工作。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述技术方案和其目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了一张图空间数据库构建方法的流程图；

图2示出了业务数据实体绑定图层数据的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明的一个方面，提供了一张图空间数据库构建方法，如图1所示，该方法包括：

S1.对上传的矿图文件进行拆分，生成图层；

S2.对图层按照业务属性进行命名、编码；

S3.将业务数据实体进行数据结构规范化；

S4.将规范化的业务数据实体与图层进行绑定；

S5.利用统一坐标标准对各图层、业务数据实体进行描述、存储，构建一张图空间数据库。

在本发明中，煤矿全息一张图空间数据库是全矿井统一坐标标准的所有矿图数据和空间对象数据的集合，是实现地质测量、一通三防、采掘设计、机电设计等煤矿各专业之间协同工作、数据共享的基础。在该构成的空间数据库中，矿图由图层和专题图组成。对上传的矿图文件进行拆分，生成图层，能够避免重复劳动、便于共享。在构建的空间数据库中的图层，相比上传前的框图文件的图层，更加规范，是具有相同业务属性的空间对象的集合，和一般GIS空间数据库不同，图层是全息一张图空间数据库的基本组成单位。

在本发明中，并不要求一个图层中的空间对象都是同一类型的，而只要求具有相同的业务属性，例如巷道、钻孔等。切片服务对于实现瘦客户端WebGIS和移动端至关重要。RED-GIS-2D平台提供栅格切片功能。

栅格切片本质上是将空间数据分别渲染为不同缩放级别的地图图片，然后将各个级别的图片按照一定规则切分，按照一定的“规则组织”，存储到硬盘或数据库中，构成一幅完整的地图。相对于其它技术，切片地图(图层)有其优越性，例如有效减少了传输数据体积，多级缩放等。然而，栅格地图也有一些短处，缺乏灵活性、实时性，数据完整性受损是比较突出的问题。

在空间数据库中，为了实现框图数据的有效存储，图层的命名和分类规范化。对图层按照业务属性进行命名、编码，包括：通过GIS服务接口提供图层数据；按照图层名称、图层所属的专题图对图层进行编码。

图层的命名和分类如下表所示：

空间数据库中的专题图，实际上就是图层的集合，专题图是由若干图层组成的。原始的图形文件，如采掘工程平面图、通风系统图等只是对一个或者多个图层的引用，在本发明中被称之为专题图。如果空间数据库中一个图层被更新，那么引用该图层的所有专题图都将自动被更新，从而实现不同专业、场景之间的协同工作。为了空间数据库中的专题图规范化，专题图的名称和编码遵循如下原则：专题图编码反映分类属性和业务属性。部分命名和分类如下表所示：

将业务数据实体进行数据结构规范化，包括:通过边缘数据网关实时推送采集业务实体数据；按照应用分类、级别属性对业务数据实体进行编码。

空间对象分为两种类型：基础对象和煤矿自定义对象。由于我们采用dwg图形格式，类似点、直线、折线、多边形、文字等基础对象的数据结构是由dwg格式决定的，已经具备了标准，无需再单独设计。煤矿自定义对象是结合煤矿具体业务定义的空间对象，在数据结构上是和图形平台无关的。从生产专业协同设计和二三维集成应用的角度出发，至少需要设计以下几种空间对象的数据结构：巷道、巷道断面、回采工作面和测点。

巷道的数据结构包括：巷道ID、巷道导线点数据(坐标、左帮、右帮、顶板高程、底板高程)、设计巷道坐标数据、硐室数据(名称、高度、深度、宽度、位置)、断面信息、巷道掘进数据(班组、日期、进尺)、材质信息(左帮、右帮、顶板、底板)、巷道样式(导线点样式、导线点名称样式、导线点标高样式)、巷道拓扑关系、巷道通风信息(分支类型、分支初始风量、分支风阻、分支反转风阻、风阻计算类型、摩阻系数、计算风阻、解算风量、解算风压、测量风量、测量风压、始节点温度、始节点相对气压、末节点温度、末节点相对气压)。

巷道断面的数据结构包括：断面样式、断面形状、断面尺寸、水沟参数、管道参数。其中断面形状包括断面设备类型(矿车、皮带、轨道、架线等)、轨道型号、断面形状(半圆拱、圆弧拱、三心拱、矩形、梯形等)、矢跨比、支护方式、围岩硬度；断面尺寸包括左侧边距、右侧边距、人行道宽、轨心距、架线高度、上部宽度、断面墙高、支护厚度、墙体撇脚、设备尺寸(矿车尺寸、皮带尺寸)；水沟参数包括水沟位置、水沟形状、有无盖板、水沟尺寸等；管道参数包括管道类型(风筒、风管、水管、排水管)、管道直径、边距、高度等。

回采工作面的数据结构包括：工作面所在的水平、采区、工作面；工作面三维坐标数据(顶点坐标、顶点厚度)；工作面回采进尺数据(日期、班组、回风巷道进尺、运输巷道进尺)。

测点的数据结构包括：测点ID、测点类型、测点坐标、测点所属巷道ID。这里的测点是指安全监控、人员定位、视频监控等系统中的传感器、人员定位分站(识别器)、摄像头等，用于和实时数据库连接，展示实时数据。

需要注意的是，应用需求是不断变化的，我们不可能一次把所有空间对象的数据结构定义完毕，也不可能把一个空间对象的所有信息都定义完整。因此，我们在设计空间对象数据结构的时候，考虑到空间对象数据结构的扩展机制，以便在今后的专业应用开发过程中对一个对象的数据结构进行扩展，或者新增一个新的空间对象。

如图2所示，将规范化的业务数据实体与图层进行绑定包括：

根据编码将专题图与图层匹配；

调用协同服务接口，获取专题图以及相匹配的图层；

根据编码类型获取业务数据实体，并将业务数据实体与图层进行绑定。

通过上述技术手段，可以服务式GIS(Services GIS)的方式提供各种后台功能，通过Restful接口的方式提供切片、打开CAD图形、日志查看等服务接口。

作为一种具体实施方式，该方法还包括：

调用restful API接口获取图层以及对应的绑定信息；

调用WebGIS SDK进行图层渲染、业务数据实体渲染。

在上述技术方案中，能够对不同图层请求采用多进程方式处理，同时请求主题图时，采用golang的协程进行并发处理，利用opengl渲染引擎，利用GPU，提高绘制性能，采用灵活的sdk开发接口，满足二次开发需要。

统一的坐标标准是指将空间数据库的数据采用统一的坐标系进行描述和存储，便于各类数据在空间位置上能够自动匹配。

构建煤矿全息一张图空间数据库要求使用相同的坐标系，如果使用了不一致的坐标系，则要求进行坐标转换。

由于北京54、西安80和WGS84坐标系之间的坐标转换属于不同参考椭球间的坐标转换，可以通过七参数空间转换或者四参数平面相似变换两种方法实现。其中七参数该方法比较适用于大范围、高精度的坐标转换，比较常用的是布尔沙模型；四参数适用于局部小区域的坐标转换，理论上没有七参数法严密,但比较实用，特别是基于平面的坐标转换时，不需要知道椭球参数，适合任何形式的平面直角坐标系之间的转换。

矿井使用的坐标一般都是高斯坐标，下面以北京54坐标转换为西安80坐标为例，介绍使用七参数法进行坐标转换的步骤：

求取七参数

1)取当地中央子午线，将公共点的北京54坐标系下的平面坐标根据克拉索夫斯基椭球参数进行高斯反算，求其大地坐标。

2)将北京54大地坐标根据克氏椭球参数转换成空间直角坐标。

3)同理，将西安80坐标由平面坐标转换为空间直角坐标。

4)根据己知点在北京54和西安80坐标系下的两套空间直角坐标，求出布尔莎模型的七个转换参数的最小二乘解。

北京54转西安80

1)利用高斯反算公式，将待转点的北京54高斯平面坐标全部转换为北京54大地坐标。

2)将北京54大地坐标转换为空间直角坐标；

3)利用布尔莎模型将所有待转点的北京54空间直角坐标换算为西安80坐标系下的空间直角坐标。

4)将西安80坐标系下的空间直角坐标转换成大地坐标。

5)利用高斯正算公式将西安80大地坐标换算为高斯平面坐标。

为了便于进行坐标转换，因此在存储与地理位置有关的数据时，需要提供有关坐标系信息的元数据。

下面具体说明将一矿井采掘工程图构建到空间数据库的实施过程：

上传矿井采掘工程图,并指定坐标范围

利用ODA识别dwg实体信息,包含图层、扩展属性、样式等；

使用切片缓存技术,利用[图层、图层级别、图层编码[0,0],[0,1],...[9,9]...、png图片二进制存储数据]结构存储

如果是第一次上传,进行版本号初次定义

如果是dwg内容更新上传,进入更新数据流程并更新最新版本号.

TX SDK建立监听机制,感知图形进行更新,浏览器业务应用自动更新渲染矿井工程图。

下面具体说明快速更新一主题图的数据处理过程：

选择图图层级别进行主题图以及其对应图层的划分；

获取到更改区域的主题图编码,图层信息

主题图数据更新存储。

通过上述技术手段，可方便、快捷地维护空间数据库，如果空间数据库中一个图层被更新，那么引用该图层的所有专题图都将自动被更新，从而实现矿业中不同专业、不同场景之间的协同工作。

本发明还提供一张图空间数据库构建系统，该系统包括：

图层生成模块，用于对上传的矿图文件进行拆分，生成图层；

图层编码模块，用于对图层按照业务属性进行命名、编码；

业务数据实体处理模块，用于将业务数据实体进行数据结构规范化；

绑定模块，用于将规范化的业务数据实体与图层进行绑定；

存储模块，用于利用统一坐标标准对各图层、业务数据实体进行描述、存储，构建空间数据库。

可选的，所述绑定模块包括：

匹配子模块，根据编码将专题图与图层匹配；

协同服务接口，用于获取专题图以及相匹配的图层；

绑定子模块，用于根据所述编码类型获取业务数据实体，并将业务数据实体与图层进行绑定。

可选的，其特征还在于，该系统还包括：

restful API接口，用于调用以获取图层以及对应的绑定信息；

WebGIS SDK接口，用于调用以进行图层渲染、业务数据实体渲染。

可选的，所述图层编码模块通过GIS服务接口提供图层数据，并按照图层名称、图层所属的专题图对图层进行编码。

可选的，所述业务数据实体处理模块，通过边缘数据网关实时推送采集业务实体数据，并按照应用分类、级别属性对业务数据实体进行编码。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过本发明，如果空间数据库中一个图层被更新，那么引用该图层的所有专题图都将自动被更新，从而实现矿业中不同专业、不同场景之间的协同工作。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。