专利名称：导航中大比例尺水系自动生成多重小比例尺数据的方法
技术领域：
本发明属于电子地图领域，特别是涉及一种导航电子地图数据格式编译过程，是一种融合属性判断、空间分布及几何算法的地图综合的方法。
背景技术：
车载导航系统是利用车载GPS配合电子地图进定位导航，车载电子地图是导航系统重要且不可分割的部门。导航数据即为导航系统所使用的电子地图，其中有道路数据、弓I 导数据、兴趣点数据和背景数据。背景数据在导航系统中是作为参照定位用，虽然系统可以通过GPS定位到电子地图某一点上，但用户需要通过背景数据做参照，将电子地图的某一点和现实世界中的位置匹配上，这样用户才能知道定位的现实世界位置。在导航数据的背景数据中，其中水系数据具有重要的位置，无论从定位参照的重要性上，还是各层比例尺数据中都存在着水系数据，比如在中国导航数据中，从最大比例尺到最小比例尺都必须存储长江、黄河以及海域等水系背景。导航数据是分层(LEVEL)和分格网(MESH)存储道路和背景数据。LEVEL (层)导航系统为了方便管理和查询地图数据，通常将地图数据分LEVEL存储，Level1是最底层,也就是最大比例尺，Level2 Leveln分别代表各小比例尺，Leveln的 XY坐标精度为LEVEL+1的4倍，以上依次类推。每一个LEVEL都能表示完整范围的地图数据，所存储的数据内容也会一层比一层少。MESH(格网)导航系统为了方便管理和查询地图数据，在每一 LEVEL中，按固定经差纬差的地理坐标范围，将地图数据分幅存储，这样的一个地理坐标范围称为一个MESH。每一个LEVEL中的MESH范围都有所不同，基本上Leveln+1的MESH范围是Leveln的MESH范围 4*4 倍。导航坐标系导航坐标系采用相对坐标，只记录每一个MESH内坐标，将坐标和 MESH编号结合在一起即可做全局定位。MESH内的坐标范围根据导航数据格式的不同而有所不同，有 2048*2048，也有 4096*4096。基础数据采集商在采集数据时通常只采集最详细比例尺的水系数据，那么将基础数据编译成导航数据的过程中，需要将大比例尺水系数据缩编为各小比例尺的数据，如果采用人工缩编则成本巨大，可采用本方法进行自动缩编，自动生成各小比例尺的水系数据。导航数据中的水系数据分为点线面三种形式，如果采用简单的坐标精度变化，由大比例尺精度直接缩小到小比例尺，会导致小比例尺数据量太大，点状目标密集；形状失真，比如一些面状河流在小比例尺下变为扭成绳状；陆地上过多的小湖泊，海域面上过多的小岛残留等一系列水系数据的数据质量低下的情况。针对以上问题，本专利采用多种技术方案相结合进行自动化综合。其他相关名词解释I、形点导航地图中用于描述图形的形状的点称为形状点，简称形点，每个图形都由I到N个形点构成，点状图形只有I个形点，线状图形有2个及以上形点，面状图形同样也是2个及以上形点，并且首位形点一致。2、形点压缩为了在形状和数据容量之间取得一个平衡，需要用形点压缩算法去除不必要的形状点和细小弯曲。现在常用的形点压缩算法有道格拉斯形点压缩算法和距离限差形点压缩算法，本发明采用的是道格拉斯形点压缩算法。3、MESH边界像素像素的边缘前后像素都在MESH边界上，如错误！未找到引用源。所示；4、骨架像素像素周边I格范围内有2个或以上的空白区域，表示如果删除改点会导致骨架线断裂，如错误！未找到引用源。所示；5、触角像素指骨架线延伸方向的极点，像素周边I格范围内只有一个邻接像素，如错误！未找到引用源。所示。6、公共边由于原始数据提供商在采集数据时会将一些大面积的水系数据进行分割采集，分割后的对象之间是存在相同的公共边。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种大比例尺水系自动生成多重小比例尺数据的编译方法，使用该方法可以将单一的大比例尺水系基础地理信息编译成导航数据中多重比例尺的水系背景数据，用于导航系统使用。为了实现本发明的技术效果，本发明所采用的技术方案包括以下步骤步骤一、从采集的基础数据中获取水系数据，根据水系的属性进行分级，按照分级级别给水系数据确定对应比例尺；步骤二、取步骤一水系数据里最小比例尺中能够存在的点状对象、面状对象和线状对象分别进行处理，得到自动化小比例尺水系数据；步骤三、将步骤二得到自动化小比例尺水系数据通过分层(LEVEL)和分格网 (MESH)进行存储和管理。优选的，上述步骤二中对点状对象和面积较小的面状对象进行删除，对距离过近的线状对象进行合并，对所有面状对象和线状对象进行无缝压缩。优选的，上述步骤二还包括对于部分面状对象，以线状对象替代面状对象。优选的，上述方法具体包括以下步骤I)依据水系数据的重要度，设置在不同比例尺的各类型水系数据内容，确定每一类型水系对象所能提取到的最高层，即最小比例尺；2)取得该比例尺中能够存在的水系点状对象，通过缓冲区互斥的方法删除水系点状对象，保持合适的空间密度；3)取得该比例尺中能够存在的水系面状对象，删除面积较小的水系面状对象；4)对形状为长条状且极窄的面状对象，进行骨架线的提起，以骨架线作为线状对象替代面状对象；5)取得该比例尺中能够存在的线状对象，包括骨架线，对距离过近的同一属性对象进行合并，减小数据量；6)对所有面状对象及线状对象进行数据无缝压缩，采取共边分别压缩再合并的方式使压缩之后的图形之间不产生缝隙。优选的，上述步骤2)具体包括以下步骤201)以重要级别为顺序依次取得点状对象；202)以步骤201)中取得点状对象建立圆形缓冲区，缓存区直径为100个像素，在不同比例尺不同终端设备下，100个像素体现出的长度会有所不同，如果缓冲区与已存在的缓存区重叠，则放弃存储该点状对象及其缓冲区，依此处理所有点状对象。优选的，上述步骤3)中面积阈值范围选10*10像素，在不同比例尺不同终端设备下，10*10像素体现出的面积会有所不同。优选的，上述步骤4)具体包括401)进行骨架线提取的面状对象要满足面积/周长小于2个像素，不同比例尺不同终端设备下，2个像素体现出的长度会有所不同；402)将步骤401)要进行骨架线提取的面状对象按分格区(MESH)进行切割处理， 分隔成多个面状对象，同时转换为高层坐标系；403)将步骤402)中已转换坐标系的矢量面转换为栅格面；404)将步骤403)的栅格面进行边缘跟踪，逐步删除边缘像素，但保留分格区 (MESH)边界像素、骨架像素和触角像素，依此逐步删除，直至所有可删除的像素完全删除；405)将步骤404)中的分叉骨架线进行分解，分解成多个线状对象；406)将步骤405)中分解的多个栅格线状对象转换为矢量线状对象。优选的，上述步骤5)具体包括501)将所有线状对象及步骤406)中产生的骨架线状对象，进行距离分析，将距离小于士个分格区(MESH)内坐标单位的线状对象进行合并；502)步骤501)中如果存在多个线状对象距离都小于士个MESH内坐标单位，则合并角度变化最小的对象。优选的，上述步骤6)具体包括601)对所有面/线状对象进行空间分析，提取公共边，把所有对象分解为公共边和非公共边；602)对步骤601)中的所有公共边和非公共边分别依据道格拉斯算法进行形点压缩；603)对步骤602)中已压缩后的公共边和非公共边进行组合，恢复成面/线状对象。本发明的优点是通过自动化的方式生成了小比例尺的导航数据，降低了人工成本，提高了效率，同时提升了数据质量，能解决上层河流过少，上层数据量太大，形状失真， 某些海域缺少，海湾缺少，陆地上过多的小湖泊，陆上双线河流扭曲，海域面上过多的小岛残留，水系显示效果差等一系列水系数据的数据质量问题，使用该方法能生产出小数据量、 高保真、高品质显示效果的导航电子地图数据。
图I是MESH边界像素说明图2是骨架像素说明图3是触角像素说明图4是优先连接骨架线说明图5是面状对象骨架线提取效果图6是线状对象合并示意图7是方法的核心思路示意图8是整个自动化生成方法的流程图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述。
本发明提供一种大比例尺水系源数据自动生成多重小比例尺目标数据的系统方
法，通过一系列的基于属性的重要度识别、空间分布过滤、形状改变、数据合并、形状压缩等步骤综合起来，进行了数据量消减和图形的形状优化，建立一种自动化小比例尺水系数据生成方法，降低了导航数据编译成本的同时，能够生产出小数据量、高保真、高品质显示效果的导航数据。方法的核心思路如图7所示，下面结合具体实施方式
进一步详述本发明。I)因为小比例尺数据的自动生成，离不开对空间分布、密度等因素的判断，这里以导航数据标准之一的Kiwi为例进行实施说明，在中国的导航Kiwi数据中，设置了 6个 LEVEL数据，每个LEVEL与比例尺、MESH范围的关系，如表I所示，其中每个MESH的坐标精度皆为 4096*4096。表I
权利要求
1.一种导航中大比例尺水系自动生成多重小比例尺数据的方法，其特征在于步骤一、从采集的基础数据中获取水系数据，根据水系的属性进行分级，按照分级级别给水系数据确定对应比例尺；步骤二、取步骤一水系数据里最小比例尺中能够存在的点状对象、面状对象和线状对象分别进行处理，得到自动化小比例尺水系数据；步骤三、将步骤二得到自动化小比例尺水系数据通过分层(LEVEL)和分格网(MESH)进行存储和管理。
2.如权利要求I所述的导航中大比例尺水系自动生成多重小比例尺数据的方法，其特征在于所述步骤二中对点状对象和面积较小的面状对象进行删除，对距离过近的线状对象进行合并，对所有面状对象和线状对象进行无缝压缩。
3.如权利要求2所述的导航中大比例尺水系自动生成多重小比例尺数据的方法，其特征在于所述步骤二还包括对于部分面状对象，以线状对象替代面状对象。
4.如权利要求1-3之一所述的导航中大比例尺水系自动生成多重小比例尺数据的方法，其特征在于所述方法具体包括以下步骤1)依据水系数据的重要度，设置在不同比例尺的各类型水系数据内容，确定每一类型水系对象所能提取到的最高层，即最小比例尺；2)取得该比例尺中能够存在的水系点状对象，通过缓冲区互斥的方法删除水系点状对象，保持合适的空间密度；3)取得该比例尺中能够存在的水系面状对象，删除面积较小的水系面状对象；4)对形状为长条状且极窄的面状对象，进行骨架线的提起，以骨架线作为线状对象替代面状对象；5)取得该比例尺中能够存在的线状对象，包括骨架线，对距离过近的同一属性对象进行合并，减小数据量；6)对所有面状对象及线状对象进行数据无缝压缩，采取共边分别压缩再合并的方式使压缩之后的图形之间不产生缝隙。
5.如权利要求4所述的导航中大比例尺水系自动生成多重小比例尺数据的方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括以下步骤201)以重要级别为顺序依次取得点状对象；202)以步骤201)中取得点状对象建立圆形缓冲区，缓存区直径为100个像素，在不同比例尺不同终端设备下，100个像素体现出的长度会有所不同，如果缓冲区与已存在的缓存区重叠，则放弃存储该点状对象及其缓冲区，依此处理所有点状对象。
6.如权利要求4所述的导航中大比例尺水系自动生成多重小比例尺数据的方法，其特征在于所述步骤3)中面积阈值范围选10*10像素，在不同比例尺不同终端设备下，10*10 像素体现出的面积会有所不同。
7.如权利要求4所述的导航中大比例尺水系自动生成多重小比例尺数据的方法，其特征在于，所述步骤4)具体包括401)进行骨架线提取的面状对象要满足面积/周长小于2个像素，不同比例尺不同终端设备下，2个像素体现出的长度会有所不同；402)将步骤401)要进行骨架线提取的面状对象按分格区(MESH)进行切割处理，分隔成多个面状对象，同时转换为高层坐标系；403)将步骤402)中已转换坐标系的矢量面转换为栅格面；404)将步骤403)的栅格面进行边缘跟踪，逐步删除边缘像素，但保留分格区(MESH)边界像素、骨架像素和触角像素，依此逐步删除，直至所有可删除的像素完全删除；405)将步骤404)中的分叉骨架线进行分解，分解成多个线状对象；406)将步骤405)中分解的多个栅格线状对象转换为矢量线状对象。
8.如权利要求7所述的导航中大比例尺水系自动生成多重小比例尺数据的方法，其特征在于所述步骤5)具体包括501)将所有线状对象及步骤406)中产生的骨架线状对象，进行距离分析，将距离小于士个分格区(MESH)内坐标单位的线状对象进行合并； 502)步骤501)中如果存在多个线状对象距离都小于士个MESH内坐标单位，则合并角度变化最小的对象。
9.如权利要求4所述的导航中大比例尺水系自动生成多重小比例尺数据的方法，其特征在于所述步骤6)具体包括601)对所有面/线状对象进行空间分析，提取公共边，把所有对象分解为公共边和非公共边；602)对步骤601)中的所有公共边和非公共边分别依据道格拉斯算法进行形点压缩；603)对步骤602)中已压缩后的公共边和非公共边进行组合，恢复成面/线状对象。
全文摘要
本发明提出了一种导航中大比例尺水系自动生成多重小比例尺数据的方法，包括以下步骤一、读取原始导航数据，其中数据通过分层(LEVEL)和分格网(MESH)进行存储和管理；二、从步骤一的数据中获取水系数据，根据水系的属性进行分级，按照分级级别给水系数据确定对应比例尺；三、取步骤二水系数据里最小比例尺中能够存在的点状对象、面状对象和线状对象分别进行处理，得到自动化小比例尺水系数据。其中，步骤三中对点状对象和面积较小的面状对象进行删除，对距离过近的线状对象进行合并，对所有面状对象和线状对象进行无缝压缩。使用该方法能生产出小数据量、高保真、高品质显示效果的导航电子地图数据。
文档编号G09B29/00GK102607569SQ20121001385
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者罗跃军 申请人:光庭导航数据(武汉)有限公司