專利名稱：一種海陸矢量地圖數(shù)據(jù)集成與融合的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海陸矢量地圖數(shù)據(jù)的集成與融合方法，屬于地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
海陸矢量地圖數(shù)據(jù)融合由于可以綜合矢量海圖與矢量陸圖的信息，因而可以消除單個(gè)矢量海圖或單個(gè)矢量陸圖數(shù)據(jù)所帶來的信息單ー以及在空間上的局限性，得到信息豐富、質(zhì)量更高的信息，更能滿足人們的應(yīng)用需求。隨著地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，人們對(duì)地理空間矢量數(shù)據(jù)的需求越來越迫切，而海、陸矢量數(shù)據(jù)往往在空間基準(zhǔn)、語義編碼、 存儲(chǔ)格式上等存在差異，這使得海陸矢量地圖數(shù)據(jù)的集成與融合得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)集成是把不同來源、格式、比例尺、多投影方式或大地坐標(biāo)系統(tǒng)的地理空間數(shù)據(jù)在邏輯上或物理上有機(jī)集中，從而實(shí)現(xiàn)地理信息的共享。數(shù)據(jù)集成的內(nèi)容包括空間基準(zhǔn)的統(tǒng)一、數(shù)據(jù)模型的統(tǒng)ー以及語義編碼的統(tǒng)一。目前數(shù)據(jù)集成的方法大致有三種數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)互操作和數(shù)據(jù)直接訪問，其中數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換是最簡(jiǎn)單、最實(shí)用的方法。空間數(shù)據(jù)融合是指將同一地區(qū)不同來源的空間數(shù)據(jù)，采用不同的方法，重新組合專題數(shù)據(jù)，統(tǒng)一物體的分類分級(jí)和屬性，進(jìn)ー步改善物體的幾何精度，消除以下差異空間物體在不同的空間數(shù)據(jù)模型中多次采集所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)描述上的差異；相同或不同的數(shù)據(jù)模型采用不同的分類分級(jí)方法采集所產(chǎn)生的要素屬性差異；空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用目的不同表現(xiàn)在要素綜合詳細(xì)程度上的差異以及多次數(shù)字化所產(chǎn)生的幾何位置差異?？臻g數(shù)據(jù)融合首先要實(shí)現(xiàn)不同矢量圖中同名實(shí)體的匹配。同名實(shí)體匹配就是通過分析空間實(shí)體的差異和相似性識(shí)別出不同來源圖中表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界同一地物或地物集(即同名實(shí)體)的過程。同名實(shí)體匹配是數(shù)據(jù)融合中的關(guān)鍵技木，根據(jù)實(shí)體匹配類型可分為點(diǎn)實(shí)體匹配、線實(shí)體匹配和面實(shí)體匹配。對(duì)于點(diǎn)實(shí)體及線實(shí)體的匹配技木，目前已經(jīng)比較成熟，比如基于緩沖區(qū)的匹配算法以及基于空間關(guān)系的匹配方法等，而對(duì)于面實(shí)體的匹配往往比較困難，還沒有成熟的解決方案。雖然從幾何角度講，面實(shí)體是由線實(shí)體構(gòu)成，線實(shí)體由點(diǎn)實(shí)體構(gòu)成，面實(shí)體的匹配是基于點(diǎn)或線實(shí)體的匹配來實(shí)現(xiàn)的，由于面實(shí)體邊界的起始點(diǎn)與終止點(diǎn)不明確，因此使用這種匹配方法來解決面實(shí)體的匹配問題是不合適的。COBB M提出了基于知識(shí)的非空間屬性數(shù)據(jù)的匹配策略，該方法通過計(jì)算屬性項(xiàng)的相似度值來確定匹配實(shí)體，它在很大程度上依賴于數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)模型及屬性數(shù)據(jù)類型等。YUAN S提出面質(zhì)心結(jié)合多種匹配檢驗(yàn)規(guī)則的幾何匹配方法，通過面實(shí)體柵格化后收縮來確定質(zhì)心，然后將其矢量化，用點(diǎn)在面內(nèi)的規(guī)則進(jìn)行粗匹配，再結(jié)合多邊形的面積A和面密度C進(jìn)行匹配檢驗(yàn)，最終判斷匹配情況。張橋平提出基于模糊拓?fù)潢P(guān)系分類的匹配方法，先由面實(shí)體之間的重疊面積確定兩個(gè)面實(shí)體之間可能的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后計(jì)算兩個(gè)面實(shí)體之間的形態(tài)距離，并由形態(tài)距離的模糊分類確定兩個(gè)面實(shí)體之間的模糊拓?fù)潢P(guān)系， 據(jù)此確定同名面實(shí)體匹配結(jié)果。這種方法主要著眼于城市地圖中的建筑物面實(shí)體，對(duì)于其他形狀復(fù)雜的面實(shí)體(如湖泊、島嶼等)卻不能很好的匹配。對(duì)于現(xiàn)有的面實(shí)體匹配方法，大多存在著工作量大、處理速度慢、處理數(shù)據(jù)過程復(fù)雜的特點(diǎn)，這使得大批量處理矢量數(shù)據(jù)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，針對(duì)海陸矢量地圖數(shù)據(jù)各自的特點(diǎn)，提供一種海陸矢量地圖數(shù)據(jù)集成與融合的方法。在數(shù)據(jù)集成過程中，克服各自數(shù)據(jù)模型的缺陷， 提出一種簡(jiǎn)單的、易于讀取的數(shù)據(jù)格式；在數(shù)據(jù)融合過程中，避免同名面實(shí)體匹配過程的繁瑣，提出一種基于多邊形簡(jiǎn)化的同名面實(shí)體匹配方法，該方法簡(jiǎn)單易行，適合大批量處理矢量數(shù)據(jù)。本發(fā)明的一種海陸矢量地圖數(shù)據(jù)集成與融合的方法，包含以下幾個(gè)步驟步驟ー根據(jù)海、陸矢量地圖數(shù)據(jù)各自的特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)范化預(yù)處理，處理過程包括坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換、地圖投影的轉(zhuǎn)換和語義編碼的統(tǒng)一。步驟ニ 設(shè)計(jì)ー種新的數(shù)據(jù)格式，將矢量海圖及矢量陸圖的數(shù)據(jù)格式統(tǒng)ー為新的數(shù)據(jù)格式，該數(shù)據(jù)格式簡(jiǎn)單、易于快速讀取。步驟三讀取統(tǒng)一后的矢量海圖及矢量陸圖數(shù)據(jù)，將矢量海圖、矢量陸圖集成到地理信息系統(tǒng)中來，使它們同時(shí)顯示；步驟四分別對(duì)來自矢量海圖、矢量陸圖的數(shù)據(jù)進(jìn)行同名實(shí)體的匹配，對(duì)于簡(jiǎn)單的同名點(diǎn)實(shí)體、同名線實(shí)體的匹配主要采用直接幾何匹配策略，而對(duì)于同名面實(shí)體的匹配，設(shè)計(jì)ー種新的匹配方法，即將面實(shí)體經(jīng)過化簡(jiǎn)成四邊形或八邊形后再采用幾何匹配的方法進(jìn)行匹配，這樣可以大大縮小匹配的范圍，同時(shí)提高匹配速度，適用于大批量處理矢量數(shù)據(jù)。步驟五對(duì)匹配得到的同名實(shí)體進(jìn)行幾何及屬性上的合井。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在干在數(shù)據(jù)集成中，通過提出ー種新的數(shù)據(jù)格式(命名為.DAT)，將原有的海陸矢量地圖數(shù)據(jù)格式均轉(zhuǎn)換為.DAT的數(shù)據(jù)格式，這種數(shù)據(jù)格式將地圖控制信息、索引數(shù)據(jù)以及位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)封裝在一個(gè)文件中，以圖層為單位進(jìn)行存儲(chǔ)。該存儲(chǔ)格式便于圖層的管理，且讀取相應(yīng)圖層數(shù)據(jù)時(shí)，只需打開一次數(shù)據(jù)文件，避免了地圖控制文件、索引文件以及位置坐標(biāo)文件分開存儲(chǔ)時(shí)多次打開文件進(jìn)行讀寫的缺陷，這可以大大提高數(shù)據(jù)讀取的速度，同時(shí)也ー 定程度上縮小了地圖數(shù)據(jù)文件的大小。在數(shù)據(jù)融合中，對(duì)于同名面實(shí)體的匹配，提出了一種基于多邊形簡(jiǎn)化的面實(shí)體匹配方法。以往的面實(shí)體匹配技術(shù)往往直接將面實(shí)體的所有點(diǎn)要素應(yīng)用到匹配過程中，由于面實(shí)體通常是由大量的點(diǎn)實(shí)體構(gòu)成，從而不可避免地増加了面實(shí)體匹配的復(fù)雜度，且匹配速率也難以達(dá)到理想的效果。在同名面實(shí)體匹配之前，先將面實(shí)體簡(jiǎn)化為四邊形或八邊形， 這樣就可以用四個(gè)點(diǎn)或八個(gè)點(diǎn)代替構(gòu)成面實(shí)體的大量的點(diǎn)實(shí)體參與幾何、拓?fù)淦ヅ?，可以降低同名面?shí)體匹配的復(fù)雜度，提高匹配速率。采取這種同名面實(shí)體的匹配方法，還可以將各圖層的多邊形化簡(jiǎn)結(jié)果存儲(chǔ)成文件形式，以便以后同其他矢量地圖數(shù)據(jù)融合。


圖1是本發(fā)明的方法流程圖；圖2是本發(fā)明的空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換流程；
圖3是本發(fā)明的海陸融合屬性編碼結(jié)構(gòu)；圖4是本發(fā)明的DAT數(shù)據(jù)格式結(jié)構(gòu)圖；圖5A是本發(fā)明的多邊形化簡(jiǎn)為八邊形；圖5B是本發(fā)明的多邊形化簡(jiǎn)為四邊形；圖6A是本發(fā)明的融合前的矢量海圖；圖6B是本發(fā)明的融合前的矢量地圖；圖6C是本發(fā)明的海陸融合后的矢量圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。本發(fā)明是一種海陸矢量地圖數(shù)據(jù)集成與融合的方法，流程如圖1所示，包括以下幾個(gè)步驟步驟ー海陸矢量地圖數(shù)據(jù)的預(yù)處理。分別讀取海圖數(shù)據(jù)文件及陸圖數(shù)據(jù)文件中的位置數(shù)據(jù)，如經(jīng)讀取某點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)為U，y)，對(duì)所有的位置坐標(biāo)(X，y)進(jìn)行如下的轉(zhuǎn)換，得到預(yù)處理后的數(shù)據(jù)。具體為(1)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換流程如圖2所示，其中，當(dāng)坐標(biāo)系1為海圖坐標(biāo)系時(shí)，坐標(biāo)系2為陸圖坐標(biāo)系；當(dāng)坐標(biāo)系1為陸圖坐標(biāo)系時(shí)，坐標(biāo)系2為海圖坐標(biāo)系。讀取海、陸圖的數(shù)據(jù)文件，分別獲取海、陸圖數(shù)據(jù)采用的空間坐標(biāo)系，然后通過坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將其中一種空間坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)經(jīng)運(yùn)算后轉(zhuǎn)換為另一種坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)(如，將海圖的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)為陸圖的坐標(biāo)系，或者將陸圖的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)為海圖的坐標(biāo)系)，重新存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)文件中。(2)地圖投影的轉(zhuǎn)換讀取海、陸圖的數(shù)據(jù)文件，分別獲取海、陸圖數(shù)據(jù)采用的投影方式，將其中ー種投影方式下的位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為另ー種投影方式下的數(shù)據(jù)，并重新存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)文件中。舉例我國陸圖常采用的是高斯-克呂格投影方式，而海圖采用的是墨卡托投影方式，可以采用解析變換法中的反解變換法將二者統(tǒng)一，具體為將高斯-克呂格投影方式轉(zhuǎn)換為墨卡托投方式影的步驟為高斯-克呂格投影方式下某點(diǎn)平面坐標(biāo)ヰ地圖投影點(diǎn)的地理坐標(biāo)ヰ墨卡托投影方式下該點(diǎn)的平面坐標(biāo)。其中高斯-克呂格投影方式下的平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)，如式1所示

權(quán)利要求
1.一種海陸矢量地圖數(shù)據(jù)集成與融合的方法，其特征在干，包括以下幾個(gè)步驟步驟ー海陸矢量地圖數(shù)據(jù)的預(yù)處理；分別讀取海圖數(shù)據(jù)文件及陸圖數(shù)據(jù)文件中的位置數(shù)據(jù)，對(duì)于讀取某點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)為 (X，y)，對(duì)所有的位置坐標(biāo)(X，y)進(jìn)行如下的轉(zhuǎn)換，得到預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，具體為(1)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換讀取海、陸圖的數(shù)據(jù)文件，分別獲取海、陸圖數(shù)據(jù)采用的空間坐標(biāo)系，然后通過坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將其中一種空間坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)經(jīng)運(yùn)算后轉(zhuǎn)換為另一種坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)，重新存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)文件中；(2)地圖投影的轉(zhuǎn)換讀取海、陸圖的數(shù)據(jù)文件，分別獲取海、陸圖數(shù)據(jù)采用的投影方式，將其中ー種投影方式下的位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為另ー種投影方式下的數(shù)據(jù)，并重新存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)文件中；(3)語義編碼的統(tǒng)一首先將海圖與陸圖進(jìn)行統(tǒng)一要素分類，然后根據(jù)分類情況制定融合的屬性編碼表，各類要素遵照統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼；步驟ニ 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；構(gòu)建DAT數(shù)據(jù)格式，DAT數(shù)據(jù)格式包括頭數(shù)據(jù)區(qū)、索引數(shù)據(jù)區(qū)和位置數(shù)據(jù)區(qū)；其中，頭數(shù)據(jù)區(qū)由5120個(gè)字節(jié)構(gòu)成，包括圖名、圖號(hào)、投影方式、比例尺、圖幅控制信息、索引區(qū)首地址、數(shù)據(jù)區(qū)地址；索引區(qū)由N個(gè)結(jié)構(gòu)體對(duì)象組成，每個(gè)結(jié)構(gòu)體對(duì)象占據(jù)98字節(jié)的內(nèi)存空間， 分別記錄點(diǎn)、線、多邊形實(shí)體的類別、要素類型、要素層號(hào)、要素序號(hào)、維數(shù)、屬性編碼、要素位置坐標(biāo)偏移量信息，通過索引區(qū)快速的定位所要查詢的對(duì)象實(shí)體所在數(shù)據(jù)區(qū)的偏移量; 位置數(shù)據(jù)區(qū)存儲(chǔ)相應(yīng)對(duì)象的位置坐標(biāo)；通過編程新建并打開ー個(gè)空的“.DAT”格式的數(shù)據(jù)文件，從矢量海圖與矢量陸圖數(shù)據(jù)文件中讀取數(shù)據(jù)，按照DAT數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)向新建文件的頭數(shù)據(jù)區(qū)、索引數(shù)據(jù)區(qū)和位置數(shù)據(jù)區(qū)存入相應(yīng)數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)已編寫的屬性編碼表將新編碼寫入到各對(duì)象的對(duì)應(yīng)位置上，最終以圖層為單位分別保存成“.DAT”格式的數(shù)據(jù)文件，統(tǒng)ー編碼時(shí)設(shè)計(jì)18個(gè)圖層，完成達(dá)到矢量海圖、矢量陸圖數(shù)據(jù)格式向DAT格式轉(zhuǎn)換；步驟三海陸矢量數(shù)據(jù)的集成顯示；將矢量海圖、陸圖的數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)換為.DAT數(shù)據(jù)格式以后，通過編程分別打開矢量海圖、 陸圖各圖層的數(shù)據(jù)文件，逐層逐對(duì)象的讀取數(shù)據(jù)，結(jié)合融合屬性編碼表，不同的屬性編碼采用不同的符號(hào)表示，將海、陸圖的數(shù)據(jù)集成顯示到了一個(gè)系統(tǒng)中；步驟四同名實(shí)體匹配；讀取海、路圖數(shù)據(jù)，確定實(shí)體類型后，根據(jù)實(shí)體類型選擇匹配方法，實(shí)現(xiàn)同名實(shí)體匹配；步驟五同名實(shí)體合井；同名實(shí)體幾何位置合并的方法是取其精度高的數(shù)據(jù)，而舍棄精度低的數(shù)據(jù)，海上部分采用海圖上的信息，陸上的信息以陸圖數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，對(duì)于非重復(fù)的數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)全面的一方，經(jīng)過以上五個(gè)步驟完成海陸矢量地圖數(shù)據(jù)集成與融合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種海陸矢量地圖數(shù)據(jù)集成與融合的方法，其特征在干，所述的步驟ー的(1)中，坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換為將海圖的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)為陸圖的坐標(biāo)系，或者將陸圖的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)為海圖的坐標(biāo)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種海陸矢量地圖數(shù)據(jù)集成與融合的方法，其特征在干，所述的步驟ー的( 中，當(dāng)陸圖常采用的是高斯-克呂格投影方式，海圖采用的是墨卡托投影方式，采用解析變換法中的反解變換法將二者統(tǒng)一，將高斯-克呂格投影方式轉(zhuǎn)換為墨卡托投方式影的步驟為高斯-克呂格投影方式下某點(diǎn)平面坐標(biāo)ヰ地圖投影點(diǎn)的地理坐標(biāo)ヰ 墨卡托投影方式下該點(diǎn)的平面坐標(biāo)，具體為高斯-克呂格投影方式下的平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)，如式1所示
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種海陸矢量地圖數(shù)據(jù)集成與融合的方法，其特征在干，所述的步驟ー的(3)中，融合后分類情況及屬性編碼表如表1所示表1海陸融合的屬性編碼表
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種海陸矢量地圖數(shù)據(jù)集成與融合的方法，其特征在干，所述的步驟四中，當(dāng)實(shí)體類型為點(diǎn)實(shí)體或者線實(shí)體或者面實(shí)體時(shí)，分別對(duì)應(yīng)采用下述方法進(jìn)行同名實(shí)體匹配(1)同名點(diǎn)實(shí)體匹配通過計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)實(shí)體之間的歐幾里德距離來確定兩個(gè)點(diǎn)實(shí)體是否為同名實(shí)體，歐幾里德距離如式(3)所示；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種海陸矢量地圖數(shù)據(jù)集成與融合的方法，其特征在干，所述的閾值R取ぶ*像素點(diǎn)大小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海陸矢量地圖數(shù)據(jù)集成與融合的方法，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)集成顯示、同名實(shí)體匹配及同名實(shí)體合并等步驟。本發(fā)明提出的DAT數(shù)據(jù)格式將地圖控制信息、索引數(shù)據(jù)以及位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)封裝在一個(gè)文件中，以圖層為單位進(jìn)行存儲(chǔ)。該存儲(chǔ)格式便于圖層的管理，且讀取相應(yīng)圖層數(shù)據(jù)時(shí)，只需打開一次數(shù)據(jù)文件，可以大大提高數(shù)據(jù)讀取速度，同時(shí)也一定程度上縮小了地圖數(shù)據(jù)文件的大小。另外，本發(fā)明提出的基于多邊形簡(jiǎn)化的同名面狀實(shí)體匹配方法，可以用簡(jiǎn)化得到的四個(gè)點(diǎn)或八個(gè)點(diǎn)代替構(gòu)成面狀實(shí)體的全部點(diǎn)實(shí)體參與匹配過程，從而可以降低復(fù)雜度，提高匹配速率，同時(shí)可將化簡(jiǎn)結(jié)果存儲(chǔ)成文件形式，便于二次使用。
文檔編號(hào)G06F17/30GK102567492SQ20111043419
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者劉廠, 張振興, 張敏, 李剛, 沈志峰, 趙玉新 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)