基于地理云數(shù)據(jù)的空間匹配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種空間匹配技術(shù)，尤其是涉及一種基于地理云數(shù)據(jù)的空間匹配方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著信息社會的到來，人類獲取空間信息的能力較過去有了明顯提高，面對海量 信息，人們對于信息的需求要求發(fā)生巨大變化，對信息的廣泛性、精準性、快速性及綜合性 要求越來越高。
[0003] 傳統(tǒng)的GIS(Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）數(shù)據(jù)庫往往都是單 獨存在，信息孤島現(xiàn)象嚴重，各部門根據(jù)自己的具體情況和應用需求不同，從而導致GIS數(shù) 據(jù)在結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)格式上存在差異，數(shù)據(jù)難以共享。雖然現(xiàn)階段WebGIS(網(wǎng)絡 地理信息系統(tǒng)）也能夠?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)地理空間數(shù)據(jù)的共享需求，但現(xiàn)階段基于語義匹配的研究 還有待進一步完善。
[0004] 眾所周知，數(shù)據(jù)的采集和更新是GIS工程中最耗時耗力的一項工作，許多GIS應用 系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)更新周期過長等問題，這是由于空間數(shù)據(jù)標準化發(fā)展的滯后，許多空間數(shù)據(jù) 在數(shù)據(jù)模型和格式以及比例尺，地圖投影等方面存在差異，為了充分利用已有信息，加快數(shù) 據(jù)采集的高效性，這就需要基于地理數(shù)據(jù)庫的空間匹配技術(shù)，其定義就是將同一實體不同 數(shù)據(jù)庫的空間位置信息和屬性信息相互匹配或者同一地區(qū)兩個以上不同來源的數(shù)據(jù)庫合 并生成更具完善的地理信息數(shù)據(jù)庫。
[0005] 基于目標空間匹配主要是通過對目標幾何、拓撲和語義進行相似性度量，識別出 同一地區(qū)的空間數(shù)據(jù)集中的同義地物，從而建立兩個空間數(shù)據(jù)集之間的相互關(guān)聯(lián)。匹配技 術(shù)在計算機識別、模式識別、圖像分析、圖像理解等領(lǐng)域已經(jīng)運用，現(xiàn)有的匹配方法主要基 于多種類型的圖像特征來進行圖像匹配技術(shù)，缺乏完善的協(xié)同智能化的方法。
[0006]目前，解決不同點云數(shù)據(jù)集配準問題的直接方法有在被測物體上貼固定球和使用 高精度的旋轉(zhuǎn)工作臺，固定球會使部分物體不可見，一般應貼在相對較平坦的區(qū)域流動式 光學掃描儀Atos是在物體上或固定物體的工具上貼特制的圓形標簽，其作用相當于固定 球。根據(jù)前后2個視角觀察的3個或3個以上不共線的公共標簽來對數(shù)據(jù)進行配準，利用 旋轉(zhuǎn)工作臺可直接對測量數(shù)據(jù)進行配準，但是物體底部和下部的數(shù)據(jù)點是無法采集的。
[0007] 針對復雜的匹配問題，一方面設計更加高效的搜索算法引入更多的圖結(jié)構(gòu)和語義 信息降低匹配問題復雜度，另一方面采用近似算法允許匹配結(jié)果中存在一定概率的錯誤保 證算法達到多項式級的時間復雜度。在實際應用中，由于圖數(shù)據(jù)的形式、結(jié)構(gòu)、規(guī)模以及包 含信息不同又產(chǎn)生了適合不同應用場景的擴展圖匹配問題。
[0008] 點云配準是將2個或2個以上坐標系中的大容量3維空間數(shù)據(jù)點集轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐 標系統(tǒng)中的數(shù)學計算過程。ICP算法是一種迭代算法，具有很高的匹配精度。但由算法描述 可知，它存在計算量較大且迭代過程可能無法收斂到全局最優(yōu)解的缺陷。ICP算法最耗費 時間的步驟是求解鄰近點對的過程，因為它采用的是全局搜索。為適應不同的環(huán)境并克服 ICP算法自身的部分缺陷，近十幾年，研究學者為改善ICP(Iterative Closest Point，迭代 最近點算法）算法效率和精度，對搜索最近點過程和加快收斂速度方面進行了改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于地理云數(shù)據(jù)的空間匹配方 法，采用分布式網(wǎng)絡一體化集成管理，及對ICP算法的改進，以實現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)的實時更 新管理，區(qū)域地物實時快速精準匹配。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案：一種基于地理云數(shù)據(jù)的空間匹配方 法，包括：
[0011] 建立分布式空間數(shù)據(jù)庫，并采用ICP算法進行點云數(shù)據(jù)配準；
[0012] 進行同名實體的目標匹配；
[0013] 其中，所述點云數(shù)據(jù)配準過程包括：
[0014] 在兩個測試單元內(nèi)分別得到各自的公共點三維空間坐標0AXAY AZA、ObXbYbZb，且兩者 具有的坐標變換關(guān)系為：
其中，Mba為轉(zhuǎn)換矩陣，R為旋轉(zhuǎn)矩陣；
[0016] 采用多點的最小二乘擬合法進行平差，求取轉(zhuǎn)換矩陣MBA ;
[0017] 采用比較點間歐式距離的方法進行點對匹配；
[0018] 所述同名實體的目標匹配過程包括：
[0019] 集中搜集與待匹配對象存在匹配關(guān)系的候選匹配對象；
[0020] 對待匹配對象與所述候選匹配對象進行相似性評價，以確定它們之間的匹配關(guān) 系。
[0021] 優(yōu)選地，所述分布式空間數(shù)據(jù)庫包括分布式多空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，所述分布式多 空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)存在于多個空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和非空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之上。
[0022] 優(yōu)選地，所述分布式多空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用Client/Server結(jié)構(gòu)。
[0023] 優(yōu)選地，采用多點的最小二乘擬合法進行平差，求取轉(zhuǎn)換矩陣MBA的過程包括：
[0024] 采用4個或4個以上的點，將兩個坐標變換關(guān)系寫成為：
[0026] 式中，XJP Xb包括兩個坐標系下4個或4個以上點的齊次坐標，則轉(zhuǎn)換矩陣Mba的 解為：
[0028] 優(yōu)選地，采用比較點間歐式距離的方法進行點對匹配的過程包括：
[0029] 初始化迭代，迭代次數(shù)為k，設置歐式距離均方差閥值r以及最大迭代次數(shù)Kmax ;
[0030] 對待匹配掃描模型中的每個點搜索其在參考掃描模型中歐式距離最近的點，生成 整個掃描模型的鄰近點對集合Yk ;
[0031] 由所述參考掃描模型中的掃描點和匹配點對集合，計算掃描模型間的變換矩陣Pk =(PR k|PT k)T和匹配點對間的歐式距離誤差dk;
[0032] 根據(jù)變換矩陣Pk = (PR k I PT k) T變換當前掃描模型Sr中的所有掃描點位置；
[0033] 計算變換后，參考掃描模型與當前掃描模型間的對應點對間的歐式距離誤差 dk+Ι，并計算第k和k+Ι次迭代中誤差變化量，當該變化量小于歐式距離均方差閥值r或迭 代次數(shù)k大于k max時，停止迭代。
[0034] 優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換矩陣Mba中共有12個未知量，且旋轉(zhuǎn)矩陣R :
[0036] 滿足的正交條件為：
[0038] 本發(fā)明的有益效果是：
[0039] 1、本發(fā)明主要采用建立分布式空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)分布式計算，從而快速查詢 和調(diào)用地理信息空間位置信息和屬性信息，通過進一步運用同名實體匹配方法來實現(xiàn)空間 數(shù)據(jù)的精準匹配。
[0040] 2、采用最小二乘法擬合，通過三維空間中的多個點求取轉(zhuǎn)換矩陣，計算方法簡單， 可以有效提高配準精度。
【附圖說明】
[0041] 圖1是本發(fā)明基于地理云數(shù)據(jù)的空間匹配方法的流程示意圖；
[0042] 圖2是本發(fā)明建立的分布式空間數(shù)據(jù)庫的原理示意圖；
[0043] 圖3a和圖3b是本發(fā)明模式圖P在數(shù)據(jù)圖G中存在的兩個與其匹配的子圖的原理 示意圖。
【具體實施方式】
[0044] 下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述。
[0045] 如圖1所示，本發(fā)明所揭示的一種基于地理云數(shù)據(jù)的空間匹配方法，包括：
[0046] 步驟一，建立分布式空間數(shù)據(jù)庫，并采用ICP算法進行點云數(shù)據(jù)配準。
[0047] 結(jié)合圖1和圖2所示，本發(fā)明建立的分布式多空間數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)采用了 Client/Serve結(jié)構(gòu)，它是完全獨立的參與空間數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)，各自管理各自的數(shù)據(jù)庫。 分布式多空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是在這些獨立的空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和非空間數(shù)據(jù)庫管理 系統(tǒng)之上運行的一層軟件，它負責管理全局的控制信息，包括全局模式、全局元數(shù)據(jù)、提交 和控制涉及不止一個參與空間數(shù)據(jù)庫的全局查詢和全局事務。多空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)沒有對參 與空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)做出任何改動，全局用戶可以透明地訪問分布的異構(gòu)的空間數(shù)據(jù)源。
[0048] 多空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是已經(jīng)存在的若干個空間數(shù)據(jù)庫之上，為全局用戶提供一個統(tǒng) 一的存儲空間數(shù)據(jù)環(huán)境，并且規(guī)定了本數(shù)據(jù)由本地擁有和管理，采用的分割式組織方式，按 照某種邏輯劃分在分布式數(shù)據(jù)庫中。
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