基于層次劃分存儲結(jié)構(gòu)的空間矢量數(shù)據(jù)在線交互制圖方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種空間矢量數(shù)據(jù)在線交互制圖方法。技術(shù)方案是：設(shè)用戶在線交互制圖所操作的空間矢量數(shù)據(jù)為D，具體包括以下兩部分：第一部分：建立空間矢量數(shù)據(jù)D的層次劃分存儲結(jié)構(gòu)TD。第二部分：基于D的層次劃分矢量要素瓦片集合TD的在線交互制圖。首先，服務(wù)器根據(jù)金字塔索引計算得到制圖區(qū)域在全球地理空間金字塔層次劃分框架瓦片集合G中的層編號L；其次，將地理坐標范圍R和TD在第L層進行空間拓撲相交運算，得到矢量要素瓦片子集TD’；服務(wù)器按照制圖樣式ST的描述對矢量要素數(shù)據(jù)進行制圖渲染處理，形成制圖結(jié)果并將結(jié)果返回客戶端。本發(fā)明提供的在線交互制圖方法更加快捷、高效，可直接用于大多數(shù)服務(wù)器地理信息系統(tǒng)中。
【專利說明】基于層次劃分存儲結(jié)構(gòu)的空間矢量數(shù)據(jù)在線交互制圖方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地理信息系統(tǒng)中空間矢量數(shù)據(jù)的交互制圖方法，尤其涉及一種基于服務(wù)器的地理信息系統(tǒng)中的大規(guī)?？臻g矢量數(shù)據(jù)在線交互制圖方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在移動互聯(lián)網(wǎng)時代，地理信息系統(tǒng)及地理信息應(yīng)用開始采用服務(wù)器體系架構(gòu)來構(gòu)建?；赪eb的服務(wù)器體系架構(gòu)大大增強了地理空間數(shù)據(jù)共享程度、減輕了客戶端負擔(dān)、擴展了應(yīng)用范圍。與傳統(tǒng)桌面架構(gòu)相比，服務(wù)器體系架構(gòu)實現(xiàn)了大規(guī)?？臻g數(shù)據(jù)集的處理與管理，推動了大規(guī)模地理信息應(yīng)用的發(fā)展。
[0003]交互制圖作為地理信息系統(tǒng)的核心功能之一，必須適應(yīng)服務(wù)器體系架構(gòu)所帶來的影響，主要是當(dāng)多個用戶并發(fā)地對不同圖層地理數(shù)據(jù)進行制圖操作時，服務(wù)器要能快速地對用戶交互區(qū)制圖操作進行響應(yīng)。
[0004]目前，實現(xiàn)空間矢量數(shù)據(jù)服務(wù)器地圖制圖的方法主要有兩種:一是圖層服務(wù)器疊合預(yù)渲染法；二是圖層服務(wù)器渲染客戶端疊合法。
[0005]圖層服務(wù)器疊合預(yù)渲染法，在服務(wù)器端將參與制圖的各空間矢量數(shù)據(jù)圖層讀取后，先行進行疊合繪制渲染，然后柵格化處理成為規(guī)則圖片，隨后采用索引機制對生成的規(guī)則圖片進行劃分和編碼組織，一般按照瓦片制圖服務(wù)(Tile Map Service)方式提供地圖訪問服務(wù)。這種方法支撐的應(yīng)用模式是地圖瀏覽，而難以支撐要對地圖進行修改的交互式制圖。這是由于在這種模式中，地圖中的多個圖層數(shù)據(jù)將融合為一個柵格圖層，當(dāng)用戶對其中單個圖層進行在線交互制圖時，引起的單個圖層的樣式變化將導(dǎo)致整個地圖的重新繪制，反復(fù)的制圖交互而引起的地圖重繪將給服務(wù)器帶來巨大的運算消耗。
[0006]圖層服務(wù)器渲染客戶端疊合法針對上述缺點，采用了服務(wù)器繪制、客戶端疊合的策略，這減輕了服務(wù)器的負擔(dān)，主要做法是:在服務(wù)器端將地圖中的多圖層分別進行繪制渲染，然后在客戶端按照順序?qū)@些圖層進行疊合處理，成為與用戶交互的地圖。當(dāng)用戶對其中單個圖層進行在線交互制圖時，服務(wù)器只需對所操作圖層進行重新渲染并更新到客戶端，在客戶端與已經(jīng)生成的其它圖層一道再次進行疊合處理，成為更新后的地圖。這種方法雖然在一定程度上減少了服務(wù)器的負擔(dān)，但是由于地圖的渲染模式由預(yù)渲染變?yōu)閷崟r渲染，所以服務(wù)器的計算消耗仍然是比較大的。
[0007]當(dāng)進行在線交互制圖時，上述兩種方法對于服務(wù)器的消耗都是比較大的，這是由于在服務(wù)器端對于空間矢量數(shù)據(jù)的制圖處理需要反復(fù)執(zhí)行復(fù)雜度高的空間查詢操作，圖層數(shù)據(jù)量越大，查詢路徑就可能越長，計算代價就越高。并且，由于在交互式制圖過程中，用戶往往會對同一組矢量要素定義不同的樣式，由此將產(chǎn)生對于該組空間矢量數(shù)據(jù)的大量而重復(fù)的查詢處理。消耗大量服務(wù)器資源，導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)變慢，服務(wù)質(zhì)量下降。尤其當(dāng)用戶操作大規(guī)模空間矢量數(shù)據(jù)時，密集的查詢操作將導(dǎo)致磁盤I/O長時間處于高負荷狀態(tài)。在高并發(fā)條件下，會導(dǎo)致服務(wù)器負載過重，甚至失去響應(yīng)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的主要目的是:提供一種基于層次劃分存儲結(jié)構(gòu)的空間矢量數(shù)據(jù)在線交互制圖方法，減少大規(guī)?？臻g矢量數(shù)據(jù)的查詢處理時間，降低服務(wù)器端空間矢量數(shù)據(jù)的訪問代價，提高基于服務(wù)器的地理信息系統(tǒng)的在線交互制圖整體性能。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種空間矢量數(shù)據(jù)在線交互制圖方法，設(shè)用戶在線交互制圖所操作的空間矢量數(shù)據(jù)為D，則本發(fā)明具體包括以下兩部分:
[0010]第一部分:建立空間矢量數(shù)據(jù)D的層次劃分存儲結(jié)構(gòu)TD。
[0011]首先建立全球地理空間金字塔層次劃分框架瓦片集合G(集合中的元素稱為瓦片)；其次以上述集合G中的每個瓦片為單元，與空間矢量數(shù)據(jù)D進行空間拓撲相交運算，得到的非空矢量要素集稱為該瓦片對應(yīng)的矢量要素瓦片，并按照對應(yīng)瓦片的層、行、列進行編號；然后，將前步得到的所有矢量要素瓦片，以文件方式進行存儲，得到空間矢量數(shù)據(jù)D的層次劃分矢量要素瓦片集合TD。為提高對Td中矢量要素瓦片的存取效率，建立Td的四叉樹空間索引結(jié)構(gòu)，改善其訪問性能。
[0012]第二部分:基于D的層次劃分矢量要素瓦片集合Td的在線交互制圖
[0013]首先，用戶向服務(wù)器提交制圖區(qū)域的地理坐標范圍R以及制圖樣式ST，服務(wù)器根據(jù)金字塔索引計算得到制圖區(qū)域在全球地理空間金字塔層次劃分框架瓦片集合G中的層編號L ;其次，將地理坐標范圍R和Td在第L層進行空間拓撲相交運算，得到Td在第L層與R拓撲相交的矢量要素瓦片子集TD’ ；然后，對于TD’中的每一個元素(即每一個矢量要素瓦片)，服務(wù)器將該矢量要素瓦片中的矢量空間要素數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存，并按照制圖樣式ST的描述對讀入內(nèi)存的矢量要素數(shù)據(jù)進行制圖渲染處理，形成制圖結(jié)果并將結(jié)果返回客戶端。
[0014]上述在線交互制圖過程，也可以采取一種動態(tài)方法來實施，其特征是服務(wù)器不事先生成D的層次劃分矢量要素瓦片集合TD，而是在交互中根據(jù)處理區(qū)域逐步形成TD。在這種情況下，當(dāng)開始交互制圖處理時，D的層次劃分矢量要素瓦片集合Td是空集。
[0015]步驟如下:
[0016]首先，用戶向服務(wù)器提交制圖區(qū)域的地理坐標范圍R以及制圖樣式ST，服務(wù)器根據(jù)金字塔索引計算得到制圖區(qū)域在全球地理空間金字塔層次劃分框架瓦片集合G中的層編號L ;其次，將地理坐標范圍R與集合G在第L層進行空間拓撲相交運算，得到G在第L層與R拓撲相交的瓦片子集SD’；然后，對于SD’中的每一個元素(即每一個瓦片)，若該瓦片在Td中對應(yīng)的矢量要素瓦片存在，則將該矢量要素瓦片中的矢量要素數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存，并按照制圖樣式ST的描述進行制圖渲染處理，形成制圖結(jié)果并返回客戶端；若該瓦片在Td中對應(yīng)的矢量要素瓦片不存在，則將該瓦片與D做空間相交拓撲相交運算，若結(jié)果非空，則作為該瓦片對應(yīng)的矢量要素瓦片，并添加到矢量要素瓦片集合Td中，更新對應(yīng)的四叉樹索引；同時，將求得的矢量要素瓦片中的矢量要素數(shù)據(jù)按照制圖樣式ST的描述進行制圖渲染處理，形成制圖結(jié)果并返回客戶端。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:利用空間矢量數(shù)據(jù)的層次劃分矢量要素瓦片集合，避免在服務(wù)器交互制圖處理過程中向空間數(shù)據(jù)庫屢次發(fā)出代價較高的空間查詢操作，而代之以代價較低的面向小規(guī)模數(shù)據(jù)量的瓦片化矢量要素文件的文件讀操作，減少了此過程中較為耗時的I/o時間，提高了服務(wù)器交互制圖效率。此外，在本發(fā)明提供的交互制圖的動態(tài)方法中，不需要對空間矢量數(shù)據(jù)做預(yù)處理，而是在交互制圖操作的過程中動態(tài)地對操作區(qū)域遞進生成層次劃分矢量要素瓦片集合，避免了對不參與交互操作區(qū)域的層次劃分處理計算，進一步減少了整體運算代價。因此，本發(fā)明提供的在線交互制圖方法更加快捷、高效，可直接用于大多數(shù)服務(wù)器地理信息系統(tǒng)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明第一部分所涉及的附圖，說明了本發(fā)明生成空間矢量數(shù)據(jù)層次劃分存儲結(jié)構(gòu)流程示意。
[0019]圖2是基于層次劃分存儲結(jié)構(gòu)的服務(wù)器在線交互制圖處理流程示意圖；
[0020]圖3是基于本發(fā)明所提出的基于層次劃分存儲結(jié)構(gòu)的服務(wù)器在線交互制圖動態(tài)方法處理流程示意圖；
【具體實施方式】
[0021]設(shè)用戶在線交互制圖所操作的空間矢量數(shù)據(jù)為D，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的方法進行詳細說明。
[0022]圖1是本發(fā)明提供的大規(guī)模空間矢量數(shù)據(jù)層次劃分存儲結(jié)構(gòu)生成方法流程示意圖，包括六個步驟:
[0023]第11步， 基于WGS1984Web Mercator全球地理空間投影坐標系，將全球地理空間投影到正方形面，建立全球地理空間金字塔層次劃分框架瓦片集合G，G是由覆蓋全球的框架瓦片數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(以下簡稱瓦片)組成的集合，描述為:
[0024]G = {g(l, r, c):0 ≤ I ≤ N-1 ；0 ≤ r ≤ 2^1 ;0 ≤ c ≤ 2^1}
[0025]其中，元素g(l，r，c)是瓦片，它由三個參數(shù)來定位，分別是:
[0026]1:層編號。I為瓦片g(l，r，c)在集合G所處的劃分層的編號，最頂層編號最小，為第O層；最底層編號最大，為N-1?？倢訑?shù)等于N，N的取值取決于該系統(tǒng)劃分全球地理空間的分辨率，分辨率越高，N取值越大，反之越小，一般而言，當(dāng)N=25級時，每個瓦片描述的地面大小約是1.2米X 1.2米。
[0027]r:行編號。r為瓦片g(l，r，c)在第I層中的行編號，最小行編號為第O行，按照四叉樹索引結(jié)構(gòu)，該層的行數(shù)為21 ；，最大行編號為21-^
[0028]c:列編號。c為瓦片g(l，r, c)在第I層中的列編號,最小列編號為第O列，按照四叉樹索引結(jié)構(gòu)，該層的列數(shù)為21，最大列編號為21-^
[0029]集合G中的每個瓦片含有兩個屬性，一是投影坐標，記為Proj1,^= (xfflax, yfflax, Xfflin, ymin)，對應(yīng)于投影空間中的范圍；二是按照經(jīng)緯度的地理坐標，記為Iatlonljr；c= (1nmax, Iatmax, 1nmin, Iatmin),對應(yīng)于真實世界中的地理范圍。
[0030]第12步，按照外包框計算方法求出空間矢量數(shù)據(jù)D的最小外包框MBRd。
[0031]第13步，將MBRd和集合G進行空間拓撲相交運算，將集合G中與MBRd拓撲相交關(guān)系不為空的瓦片提取出來，形成D的層次劃分框架瓦片集合SD。
[0032]
Sd = {g{l,r, cy.g{l,r, c) ^sectMBR0 Ψ Φ,(0 < I < N - 1-,0 < r < 2l -1; O < c < 2! -1)}
[0033]記為:[0034]Sd = {s (l, r, c): (0 ≤1 ≤ N-1;rDS ≤ r ≤ rDE; Cds ≤ c ≤ cDE)}
[0035]其中，
[0036]s (1, r, c)是G內(nèi)的層編號為1，行編號為r，列編號為c的瓦片。
[0037]由于空間矢量數(shù)據(jù)D的最小外包框MBRd的空間范圍有限，因此在集合G的每一層上，G中與MBRd拓撲相交關(guān)系不為空的瓦片的行編號和列編號的范圍也是有限的，其具體范圍與MBRd的的空間位置有關(guān)。
[0038]對于行編號r，根據(jù)D的空間范圍，取值rDS至rDE行，rDS指的是集合Sd中的所有瓦片在第I層中最小行編號，rDE指的是集合Sd中的所有瓦片在第I層中最大行編號。
[0039]對于列編號C，根據(jù)D的空間范圍，取值cDS至cDE列，cDS指的是集合Sd中的所有瓦片在第I層中最小列編號，cDE指的是集合Sd中的所有瓦片在第I層中最大列編號。
[0040]第14步，將Sd與空間矢量數(shù)據(jù)D進行空間相交拓撲計算，將D中與Sd中各瓦片相交的要素分別提取出來，形成D的層次劃分矢量要素瓦片集合Td ；
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種空間矢量數(shù)據(jù)在線交互制圖方法，設(shè)用戶在線交互制圖所操作的空間矢量數(shù)據(jù)為D，其特征在于，包括以下兩部分: 第一部分，建立空間矢量數(shù)據(jù)D的層次劃分存儲結(jié)構(gòu)Td: 首先建立全球地理空間金字塔層次劃分框架瓦片集合G，集合G中的元素稱為瓦片；其次以上述集合G中的每個瓦片為單元，與空間矢量數(shù)據(jù)D進行空間拓撲相交運算，得到的非空矢量要素集稱為該瓦片對應(yīng)的矢量要素瓦片，并按照對應(yīng)瓦片的層、行、列進行編號；然后，將得到的所有矢量要素瓦片，以文件方式進行存儲，得到空間矢量數(shù)據(jù)D的層次劃分矢量要素瓦片集合Td ;建立Td的四叉樹空間索引結(jié)構(gòu)； 第二部分，基于D的層次劃分矢量要素瓦片集合Td的在線交互制圖: 首先，用戶向服務(wù)器提交制圖區(qū)域的地理坐標范圍R以及制圖樣式ST，服務(wù)器根據(jù)金字塔索引計算得到制圖區(qū)域在全球地理空間金字塔層次劃分框架瓦片集合G中的層編號L ;其次，將地理坐標范圍R和Td在第L層進行空間拓撲相交運算，得到Td在第L層與R拓撲相交的矢量要素瓦片子集TD’ ；然后，對于TD’中的每一個元素，即每一個矢量要素瓦片，服務(wù)器將該矢量要素瓦片中的矢量空間要素數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存，并按照制圖樣式ST的描述對讀入內(nèi)存的矢量要素數(shù)據(jù)進行制圖渲染處理，形成制圖結(jié)果并將結(jié)果返回客戶端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間矢量數(shù)據(jù)在線交互制圖方法，其特征在于，第二部分，基于D的層次劃分矢量要素瓦片集合Td的在線交互制圖，采用下述過程: 首先，用戶向服務(wù)器提交制圖區(qū)域的地理坐標范圍R以及制圖樣式ST，服務(wù)器根據(jù)金字塔索引計算得到制圖區(qū)域在全球地理空間金字塔層次劃分框架瓦片集合G中的層編號L ;其次，將地理坐標范圍R與集合G在第L層進行空間拓撲相交運算，得到G在第L層與R拓撲相交的瓦片子集SD’ ；然后，對于SD’中的每一個元素，即每一個瓦片，若該瓦片在Td中對應(yīng)的矢量要素瓦片存在，則將該矢量要素瓦片中的矢量要素數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存，并按照制圖樣式ST的描述進行制圖渲染處理，形成制圖結(jié)果并返回客戶端；若該瓦片在Td中對應(yīng)的矢量要素瓦片不存在，則將該瓦片與D做空間相交拓撲相交運算，若結(jié)果非空，則作為該瓦片對應(yīng)的矢量要素瓦片，并添加到矢量要素瓦片集合Td中，更新對應(yīng)的四叉樹索引；同時，將求得的矢量要素瓦片中的矢量要素數(shù)據(jù)按照制圖樣式ST的描述進行制圖渲染處理，形成制圖結(jié)果并返回客戶端。
【文檔編號】G06F17/30GK103744999SQ201410032717
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】陳犖, 景寧, 劉露, 熊偉, 吳秋云, 孫璐 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)