一种基于球面剖分的天球数据多分辨率模型组织方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于球面剖分的天球数据多分辨率模型组织方法，包括：将对天扫描得到的天球表面数据进行经纬度剖分，得到多个栅格；对剖分得到的各个栅格进行编码；其中，所述编码采用线性四叉树编码方式；根据为各个栅格所做的编码建立多级分辨率数据金字塔。应用本发明能较好地组织和管理全天球海量空间数据，进行全天球多尺度空间剖分，建立高效的编码与索引机制，从而实现海量空间数据的高效调度。
【专利说明】一种基于球面剖分的天球数据多分辨率模型组织方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星探测领域，特别涉及一种基于球面剖分的天球数据多分辨率模型组织方法。
【背景技术】
[0002]多尺度是指系统内包含几种不同比例尺(或分辨率)的空间数据，其目的是为了适度地反映系统所关心区域的空间信息，以避免信息的过粗、失真或负载量过大而无法使用。
[0003]金字塔是一种多分辨率层次模型，准确意义上讲，金字塔是一种连续分辨率模型。在同一空间参照下，根据用户需要以不同分辨率进行存储与显示，形成分辨率由低到高、数据量由小到大的金字塔结构。金字塔结构是一种典型的分层数据结构形式，适合于栅格数据的多分辨率组织。
[0004]栅格数据结构由N个格网单元组成，许多格网单元与其邻近的若干个格网单元都具有相同的属性值，存在着大量的信息冗余。现有技术中的栅格编码方法有多种，包括:直接栅格编码方法、行程编码方法等。直接栅格编码方法是将栅格数据看作下一个数据矩阵，逐行记录代码数据，采用栅格文件进行储存，不采用任何压缩数据处理，因此最直观、数据量大，处理困难；行程编码方法的缺点是位置不明显，当待编码数据的属性变化大时，压缩效率低，只适用于类型面积较大的专题图或分类图。为了减少数据的存储量及对计算机内存的需求，需要对栅格数据进行有效的压缩，现有技术中尚不存在此类的栅格编码方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术中的栅格编码方法所存在的缺陷，从而提供一种高效的天球数据多分辨率模型组织方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供了一种基于球面剖分的天球数据多分辨率模型组织方法，包括:
[0007]步骤I)、将对天扫描得到的天球表面数据进行经纬度剖分，得到多个栅格；
[0008]步骤2)、对步骤I)剖分得到的各个栅格进行编码；其中，所述编码采用线性四叉树编码方式；
[0009]步骤3)、根据步骤2)中为各个栅格所做的编码建立多级分辨率数据金字塔。
[0010]上述技术方案中，所述的步骤I)包括:
[0011]采用第二赤道坐标系，以赤经、赤纬两个坐标量定位天球上的点；将天球表面按照经纬度网格系统进行剖分，在剖分时对事先选定的感兴趣区域做多层剖分，当遇到没有实际意义的区域后结束多层剖分的过程。
[0012]上述技术方案中，所述的步骤2)包括:首先将全天球数据分为东西半球，然后对两个半球数据进行多层次的四叉树划分，对于每层四叉树结构中的数据块根据行列号进行编码，编码后所得到的栅格编码包括层数、行号、列号。
[0013]上述技术方案中，所述的步骤3)包括:对整个天球数据采用某种较低层次的分辨率，根据需要将部分天球数据建立较高层次的分辨率，然后通过不同层次栅格对不同分辨率、不同尺度的信息进行索引，并关联金字塔索引中的上下层数据。
[0014]本发明的优点在于:
[0015]本发明较好地组织和管理全天球海量空间数据，进行全天球多尺度空间剖分，建立高效的编码与索引机制，从而实现海量空间数据的高效调度。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的基于球面剖分的天球数据多分辨率模型组织方法的流程图；
[0017]图2是天球表面数据做经纬度剖分后的实例图；
[0018]图3是多级分辨率金字塔的示意图；
[0019]图4是层次、行列号和赤经、赤纬计算示意图；
[0020]图5是二维天球覆盖分析后的实例图
[0021]图6是具体多层栅格覆盖情况实例图
[0022]图7是全天域目标覆盖分析结果实例图
【具体实施方式】
[0023]在对本发明的方法做详细说明之前，首先对本发明中所涉及的概念做简要说明。
[0024]天球:在天文学中引进的，为研究天体的位置和运动而引进的一个假想圆球。
[0025]赤道坐标系:赤道坐标系与地球上惯用的经纬度坐标十分相似,把天球分为赤纬及赤经。赤道坐标系天球的轴是地球自转轴的延伸，叫天轴；天轴与天球的两个交点，叫做天极。天轴自地球北极的延长线与天球的交点为北天极，自地球南极的延长线与天球的交点为南天极。而赤道坐标系又分为第一赤道坐标系和第二赤道坐标系，两种赤道坐标系都是以天赤道为基本圈，北天极(地球自转轴与天球的北交点)为基本点的坐标系。第二赤道坐标系的原点为春分点，用两个坐标量可定为天球上的唯一点，分别是赤经和赤纬。
[0026]赤经:从原点(春分点)沿天赤道逆时针方向到天球表面某个点之间的弧在天赤道上的投影的弧长所对地圆心角，范围为O?360度。
[0027]赤纬:从赤道沿天极(地球自转轴与天球的交点)方向到天球表面某个点之间的弧所对的圆心角，北天极为正，南天极为负，范围为-90?90度。
[0028]经纬度网格系统:是按固定的经线、纬线间隔递归划分的多层次网格，是一种简捷、实用的空间剖分网格。
[0029]下面结合附图对本发明的方法做进一步的陈述。
[0030]参考图1，本发明的方法包括以下步骤:
[0031]步骤I)、对卫星对天扫描得到的天球表面数据进行经纬度剖分，得到多个栅格。
[0032]卫星对天扫描是通过装在卫星上的有效载荷(如安装在卫星上的扫描仪)实现的，在本实施例中，设定有效载荷的视场形状为以有效载荷为顶点的圆锥。
[0033]在研究天球表面数据时，采用第二赤道坐标系，以赤经、赤纬两个坐标量定位天球上的唯一点。因此在本步骤中，将天球表面按照经纬度网格系统进行剖分。在剖分时，事先可选定感兴趣的天球区域，对这些区域做多层剖分，当遇到某些没有实际意义的区域后，不再向下剖分。图2为天球表面数据做经纬度剖分后的实例。经纬度剖分后得到栅格，所述栅格以左下角位置坐标对栅格进行描述，其四个顶点序列使用逆时针排序的原则。
[0034]步骤2)、为步骤I)剖分得到的各个栅格加以编码。
[0035]在栅格数据结构中，格网单元尺寸越小，数据的空间分辨率越高，需要存储的数据量越大。然而，许多格网单元与其邻近的若干个格网单元都具有相同的属性值，存在着大量的信息冗余，因此对栅格数据进行压缩编码显得尤为重要，本发明中对每个栅格采用线性四叉树进行编码。在编码时，首先将全天球数据分为东西半球，然后对两个半球数据进行多层次的四叉树划分，对于每层四叉树结构中的数据块根据行列号进行编码，编码后所得到的栅格编码包括三部分:分别为层号、行号和列号，三者可以确定栅格在天球数据中的地理位置，层号越大表明栅格剖分越细。
[0036]在编码后，位于N层的某个栅格可与它所在的行号和列号唯一确定它在全天球数据中的地理位置，即赤经、赤纬；同理，也可根据赤经、赤纬和层数N确定它所在的行号和列号，其中的行号、列号的范围均从O开始。
[0037]参考图4，通过层数、行号、列号求栅格(可用四个点序列表示)赤经、赤纬的方法如下:
[0038]N层划分精度
【权利要求】
1.一种基于球面剖分的天球数据多分辨率模型组织方法，包括: 步骤I)、将对天扫描得到的天球表面数据进行经纬度剖分，得到多个栅格； 步骤2)、对步骤I)剖分得到的各个栅格进行编码；其中，所述编码采用线性四叉树编码方式； 步骤3)、根据步骤2)中为各个栅格所做的编码建立多级分辨率数据金字塔。
2.根据权利要求1所述的基于球面剖分的天球数据多分辨率模型组织方法，其特征在于，所述的步骤I)包括: 采用第二赤道坐标系，以赤经、赤纬两个坐标量定位天球上的点；将天球表面按照经纬度网格系统进行剖分，在剖分时对事先选定的感兴趣区域做多层剖分，当遇到没有实际意义的区域后结束多层剖分的过程。
3.根据权利要求1所述的基于球面剖分的天球数据多分辨率模型组织方法，其特征在于，所述的步骤2)包括:首先将全天球数据分为东西半球，然后对两个半球数据进行多层次的四叉树划分，对于每层四叉树结构中的数据块根据行列号进行编码，编码后所得到的栅格编码包括层数、行号、列号。
4.根据权利要求1所述的基于球面剖分的天球数据多分辨率模型组织方法，其特征在于，所述的步骤3)包括:对整个天球数据采用某种较低层次的分辨率，根据需要将部分天球数据建立较高层次的分辨率，然后通过不同层次栅格对不同分辨率、不同尺度的信息进行索引，并关联金字塔索引中的上下层数据。
【文档编号】G06F17/30GK103823826SQ201310400545
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】白萌, 李大林 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心