一种地理空间数据库更新方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种地理空间数据库更新方法及系统，方法包括：对遥感影像进行多尺度模板匹配；根据匹配后的遥感影像，对其进行几何校正处理；根据校正后的遥感影像，进行地形图的制作，并进而对地理空间数据进行更新。系统包括：多尺度模板匹配模块、几何校正模块和地理空间数据更新模块。本发明通过只需要单景遥感影像即可对地理空间数据进行更新，而且需要投入的人员和设备较少，大大减少成本。并且，通过只针对新旧数据的变化区域特征，大大减少检测的时间，从而达到快速更新的效果。本发明可广泛应用于地理信息领域中。
【专利说明】一种地理空间数据库更新方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及地理信息领域，尤其涉及一种地理空间数据库更新方法及系统。
【背景技术】
[0002]基础空间地理信息数据是作为统一的空间定位框架和空间分析基础的地理信息数据，反映和描述了地球表面有关自然和社会要素的位置、形态和属性等信息。地理信息具有时效性，地理信息数据的现势性反映了该数据对地理信息现状的反映程度。
[0003]在线联动更新服务是多尺度地理数据集成共享和更新应用中的关键技术，符合网络GIS和空间信息服务等学科的发展趋势，它决定了多源异质异构地理数据的集成框架和共享应用模式，并且直接影响着多尺度地理数据及其空间信息系统的运行和维护。在分布式网络环境下结合开放地理信息互操作框架实现多尺度地理数据联动回溯扩展更新机制，应用地理本体建立多尺度地理数据表达模型，构建多尺度地理对象数据库。应用变化检测算法发现不同时相多源数据的特征变化量，将该增量变化数据包和基态地理数据进行要素级别在线更新形成现势性地理数据，后进行多比例尺数据综合和空间信息服务服务组合将增量变化数据包扩展更新到其他尺度的地理数据，实现尺度地理数据的在线联动更新服务。
[0004]但是，目前的地理数据更新需要的时间比较长，需要立体测图和编辑两道工序，投入人员和设备较多，并且面对一些影像不太清晰的地物，分辨率较低的影像以及立体交叉的地物之间的关系很难作出准确判读，因此需要人员的作业素质要求较高，不仅要影像判读能力强，也要内业编辑能力强才行，门槛较高。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明目的是提供一种成本较低，且更新速度快的一种地理空间数据库更新方法。
[0006]本发明的另一个目的是提供一种成本较低，且更新速度快的一种地理空间数据库更新系统。
[0007]本发明所采用的技术方案是:
一种地理空间数据库更新方法，包括以下步骤:
A、对遥感影像进行多尺度模板匹配；
B、根据匹配后的遥感影像，对其进行几何校正处理；
C、根据校正后的遥感影像，进行地形图的制作，并进而对地理空间数据进行更新。
[0008]作为所述的一种地理空间数据库更新方法的进一步改进，所述步骤A包括:
Al、将多尺度模板与遥感影像中对应的区域进行相关性度量计算，得到其变化区域；
A2、根据遥感影像的信息和旧地理空间数据的参数，对两者进行整体的平差计算，计算
出整体的影像匹配度。
[0009]作为所述的一种地理空间数据库更新方法的进一步改进，所述步骤B包括: B1、根据已有地形图、实地丈量数据和遥感影像，对控制点和检查点在实地图以及控制点和检查点在遥感影像中的位置进行标定；
B2、对实地图和遥感影像中的控制点和检查点进行点位的测量；
B3、根据控制点和检查点，利用几何校正模型对遥感影像进行几何精度的对比分析处理。
[0010]作为所述的一种地理空间数据库更新方法的进一步改进，所述几何校正模型包括二次多项式模型和Rubber Sheeting模型。
[0011]作为所述的一种地理空间数据库更新方法的进一步改进，所述步骤C包括:
Cl、根据校正后的遥感影像，对其进行地物边界跟踪，得到地物形态特征；
C2、根据地物形态特征，构建拓扑关系，并进而进行制作得到新地形图；
C3、根据新地形图，对地貌和地物的形态结构进行提取，并进而将其模型化，得到结构模型图；
C4、对结构模型图进行数据处理，生成多源数据环境下的地理空间数据，并进而对地理空间数据进行更新。
[0012]作为所述的一种地理空间数据库更新方法的进一步改进，所述步骤C4对结构模型图进行数据处理，其具体为:
对结构模型图依次进行移位、符号化和扩大处理。
[0013]本发明所采用的另一技术方案是:
一种地理空间数据库更新系统，包括:
多尺度模板匹配模块，用于对遥感影像进行多尺度模板匹配；
几何校正模块，用于根据匹配后的遥感影像，对其进行几何校正处理；
地理空间数据更新模块，用于根据校正后的遥感影像，进行地形图的制作，并进而对地理空间数据进行更新。
[0014]作为所述的一种地理空间数据库更新系统的进一步改进，所述多尺度模板匹配模块包括:
变化区域计算模块，用于将多尺度模板与遥感影像中对应的区域进行相关性度量计算，得到其变化区域；
影像匹配度计算模块，用于根据遥感影像的信息和旧地理空间数据的参数，对两者进行整体的平差计算，计算出整体的影像匹配度。
[0015]作为所述的一种地理空间数据库更新系统的进一步改进，所述几何校正模块包括:
位置标定模块，用于根据已有地形图、实地丈量数据和遥感影像，对控制点和检查点在实地图以及控制点和检查点在遥感影像中的位置进行标定；
点位测量模块，用于对实地图和遥感影像中的控制点和检查点进行点位的测量；对比分析模块，用于根据控制点和检查点，利用几何校正模型对遥感影像进行几何精度的对比分析处理。
[0016]作为所述的一种地理空间数据库更新系统的进一步改进，地理空间数据更新模块包括:
地物形态特征提取模块，用于根据校正后的遥感影像，对其进行地物边界跟踪，得到地物形态特征；
新地形图生成模块，用于根据地物形态特征，构建拓扑关系，并进而进行制作得到新地形图；
结构模型图生成模块，用于根据新地形图，对地貌和地物的形态结构进行提取，并进而将其模型化，得到结构模型图；
地理空间数据生成模块，用于对结构模型图进行数据处理，生成多源数据环境下的地理空间数据，并进而对地理空间数据进行更新。
[0017]本发明的有益效果是:
本发明一种地理空间数据库更新方法，通过只需要单景遥感影像即可对地理空间数据进行更新，而且需要投入的人员和设备较少，大大减少成本。并且，通过只针对新旧数据的变化区域特征，大大减少检测的时间，从而达到快速更新的效果。
[0018]本发明的另一个有益效果是:
本发明一种地理空间数据库更新系统，通过只需要单景遥感影像即可对地理空间数据进行更新，而且需要投入的人员和设备较少，大大减少成本。并且，通过只针对新旧数据的变化区域特征，大大减少检测的时间，从而达到快速更新的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明:
图1是本发明一种地理空间数据库更新方法的步骤流程图；
图2是本发明一种地理空间数据库更新方法步骤A的步骤流程图；
图3是本发明一种地理空间数据库更新方法步骤B的步骤流程图；
图4是本发明一种地理空间数据库更新方法步骤C的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0020]参照图1，图1是本发明一种地理空间数据库更新方法的步骤流程图，本发明一种地理空间数据库更新方法，包括以下步骤:
A、对遥感影像进行多尺度模板匹配；
B、根据匹配后的遥感影像，对其进行几何校正处理；
C、根据校正后的遥感影像，进行地形图的制作，并进而对地理空间数据进行更新。
[0021]图2是本发明一种地理空间数据库更新方法步骤A的步骤流程图，作为所述的一种地理空间数据库更新方法的进一步改进，所述步骤A包括:
Al、将多尺度模板与遥感影像中对应的区域进行相关性度量计算，得到其变化区域；
A2、根据遥感影像的信息和旧地理空间数据的参数，对两者进行整体的平差计算，计算出整体的影像匹配度。
[0022]图3是本发明一种地理空间数据库更新方法步骤B的步骤流程图，作为所述的一种地理空间数据库更新方法的进一步改进，所述步骤B包括:
B1、根据已有地形图、实地丈量数据和遥感影像，对控制点和检查点在实地图以及控制点和检查点在遥感影像中的位置进行标定；
B2、对实地图和遥感影像中的控制点和检查点进行点位的测量； B3、根据控制点和检查点，利用几何校正模型对遥感影像进行几何精度的对比分析处理。
[0023]作为所述的一种地理空间数据库更新方法的进一步改进，所述几何校正模型包括二次多项式模型和Rubber Sheeting模型。
[0024]其中，几何校正模型可采用二次多项式模型，或有理多项式系数加上平均高程结合二次多项式模型，或有理多项式系数和DEM和二次多项式模型和Rubber Sheeting橡皮纸模型进行卫星遥感图像几何校正精度的对比分析研究。如精度不满足要求，则可通过改变控制点分布，增加控制点的数量等措施来改进几何校正的精度。所需增加的控制点一般不需要再进行GPS实测，可充分利用待更新的地图资料。选择待更新数字地形图非变化部分且在遥感图像上又是明显特征点的那些点作为新增的控制点，并在数字环境下精确捕捉坐标。
[0025]图4是本发明一种地理空间数据库更新方法步骤C的步骤流程图，作为所述的一种地理空间数据库更新方法的进一步改进，所述步骤C包括:
Cl、根据校正后的遥感影像，对其进行地物边界跟踪，得到地物形态特征；
C2、根据地物形态特征，构建拓扑关系，并进而进行制作得到新地形图；
C3、根据新地形图，对地貌和地物的形态结构进行提取，并进而将其模型化，得到结构模型图；
C4、对结构模型图进行数据处理，生成多源数据环境下的地理空间数据，并进而对地理空间数据进行更新。
[0026]作为所述的一种地理空间数据库更新方法的进一步改进，所述步骤C4对结构模型图进行数据处理，其具体为:
对结构模型图依次进行移位、符号化和扩大处理。
[0027]一种地理空间数据库更新系统，包括:
多尺度模板匹配模块，用于对遥感影像进行多尺度模板匹配；
几何校正模块，用于根据匹配后的遥感影像，对其进行几何校正处理；
地理空间数据更新模块，用于根据校正后的遥感影像，进行地形图的制作，并进而对地理空间数据进行更新。
[0028]作为所述的一种地理空间数据库更新系统的进一步改进，所述多尺度模板匹配模块包括:
变化区域计算模块，用于将多尺度模板与遥感影像中对应的区域进行相关性度量计算，得到其变化区域；
影像匹配度计算模块，用于根据遥感影像的信息和旧地理空间数据的参数，对两者进行整体的平差计算，计算出整体的影像匹配度。
[0029]作为所述的一种地理空间数据库更新系统的进一步改进，所述几何校正模块包括:
位置标定模块，用于根据已有地形图、实地丈量数据和遥感影像，对控制点和检查点在实地图以及控制点和检查点在遥感影像中的位置进行标定；
点位测量模块，用于对实地图和遥感影像中的控制点和检查点进行点位的测量； 对比分析模块，用于根据控制点和检查点，利用几何校正模型对遥感影像进行几何精度的对比分析处理。
[0030]作为所述的一种地理空间数据库更新系统的进一步改进，地理空间数据更新模块包括:
地物形态特征提取模块，用于根据校正后的遥感影像，对其进行地物边界跟踪，得到地物形态特征；
新地形图生成模块，用于根据地物形态特征，构建拓扑关系，并进而进行制作得到新地形图；
结构模型图生成模块，用于根据新地形图，对地貌和地物的形态结构进行提取，并进而将其模型化，得到结构模型图；
地理空间数据生成模块，用于对结构模型图进行数据处理，生成多源数据环境下的地理空间数据，并进而对地理空间数据进行更新。
[0031]本发明一种地理空间数据库更新方法及系统主要框架为:主数据库增量数据建模、遥感影像与矢量地图自动配准、重要地理要素变化信息自动提取、多尺度数据库联机更新的自动综合方法，以及客户数据库更新。
[0032]主数据库增量数据建模，具有数据冗余较少，便于数据传输，能描述地物目标的时空变化过程等优势。具体的实现流程为:用户首次向生产者发出更新请求，生产者将该时刻的数据作为初始基态库，对其进行增量更新，完成一次更新后，同时得到新版的基态数据库、修正文件；然后，生产者只需将修正文件传输给用户，用户将修正文件直接集成到旧版本基态数据库中，生成新版本基态数据库。
[0033]遥感影像与矢量地图自动配准，可以实现新的影像与旧的GIS矢量数据的自动配准。首先，用3到5个粗略对应点，确定影像和GIS矢量数据间的近似变换关系，在此基础上，以GIS矢量数据信息作为先验知识，利用多尺度模板匹配法对影像相应线状地物进行自动提取。将GIS矢量数据信息与影像相应线状地物信息进行融合，通过广义点摄影测量原理和方法，解算出影像的外参数，实现新的影像和旧的GIS矢量数据的自动配准。
[0034]重要地理要素变化信息自动提取，数字合并是从不同的数据源合并为一个新的、最优的数据集的算法过程，表现在空间和属性两个方面。利用数字合并算法可实现将一组弧段与其它不同精度的弧段匹配，匹配对应关系是一对多或多对多的关系。数字合并同时可将合并前弧段的属性传递给合并后的对象，传递过程并不是简单的属性数据重叠，而是通过一种智能算法计算出合并后的对象匹配的属性集的过程，将重要地理要素变化信息进行自动提取。
[0035]多尺度空间数据管理和计算的实现策略是:利用组合适当的元数据的多分辨率数据结构递进层次存取物理存储的空间对象；从显式存储的关系中直接或演绎确定空间关系，如不存在显式存储的关系，则应用几何算法确定几何对象表现时所需的空间关系；如不存在目标尺度匹配的几何对象，则应用综合算法进行GIS几何目标自动综合，计算生成所需尺度的空间对象。
[0036]多尺度工程下的工作区数据对应多比例尺的空间数据集，如1:5万的工程对应的工作区数据包含1:5万、1:2.5万和1:1万等比例尺的地形图数据，也就是说这时的工作区起到局部工程数据管理的作用。我们在工程文件中建立索引操作，也就是在传统的单分辨率工程文件的索引基础上附加多比例尺索引操作。工程数据管理和索引文件从100万比例尺的地形图数据开始，按照国家基本比例尺地形图分幅编号标准，逐级建立多比例尺数据管理层次索引，每个确定的比例尺地形图数据集对应传统GIS系统相同的工程、工作区内容。当然，也可自定义地形图多比例尺映射表，并按照映射表的规则建立工程索引。另外，由于不同比例尺的空间数据可能对应着不同的地图投影方法和不同的分带，以及影像、DEM数据在边缘带的跨带操作等，所以，还需定义、管理空间数据的投影转换或换带计算。
[0037]以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【权利要求】
1.一种地理空间数据库更新方法，其特征在于:包括以下步骤: A、对遥感影像进行多尺度模板匹配； B、根据匹配后的遥感影像，对其进行几何校正处理； C、根据校正后的遥感影像，进行地形图的制作，并进而对地理空间数据进行更新。
2.根据权利要求1所述的一种地理空间数据库更新方法，其特征在于:所述步骤A包括: Al、将多尺度模板与遥感影像中对应的区域进行相关性度量计算，得到其变化区域； A2、根据遥感影像的信息和旧地理空间数据的参数，对两者进行整体的平差计算，计算出整体的影像匹配度。
3.根据权利要求1所述的一种地理空间数据库更新方法，其特征在于:所述步骤B包括: B1、根据已有地形图、实地丈量数据和遥感影像，对控制点和检查点在实地图以及控制点和检查点在遥感影像中的位置进行标定； B2、对实地图和遥感影像中的控制点和检查点进行点位的测量； B3、根据控制点和检查点，利用几何校正模型对遥感影像进行几何精度的对比分析处理。
4.根据权利要求3所述的一种地理空间数据库更新方法，其特征在于:所述几何校正模型包括二次多项式模型和Rubber Sheeting模型。
5.根据权利要求1所述的一种地理空间数据库更新方法，其特征在于:所述步骤C包括: Cl、根据校正后的遥感影像，对其进行地物边界跟踪，得到地物形态特征； C2、根据地物形态特征，构建拓扑关系，并进而进行制作得到新地形图； C3、根据新地形图，对地貌和地物的形态结构进行提取，并进而将其模型化，得到结构模型图； C4、对结构模型图进行数据处理，生成多源数据环境下的地理空间数据，并进而对地理空间数据进行更新。
6.根据权利要求5所述的一种地理空间数据库更新方法，其特征在于:所述步骤C4对结构模型图进行数据处理，其具体为: 对结构模型图依次进行移位、符号化和扩大处理。
7.—种地理空间数据库更新系统，其特征在于，包括: 多尺度模板匹配模块，用于对遥感影像进行多尺度模板匹配； 几何校正模块，用于根据匹配后的遥感影像，对其进行几何校正处理； 地理空间数据更新模块，用于根据校正后的遥感影像，进行地形图的制作，并进而对地理空间数据进行更新。
8.根据权利要求7所述的一种地理空间数据库更新系统，其特征在于:所述多尺度模板匹配模块包括: 变化区域计算模块，用于将多尺度模板与遥感影像中对应的区域进行相关性度量计算，得到其变化区域； 影像匹配度计算模块，用于根据遥感影像的信息和旧地理空间数据的参数，对两者进行整体的平差计算，计算出整体的影像匹配度。
9.根据权利要求7所述的一种地理空间数据库更新系统，其特征在于:所述几何校正模块包括: 位置标定模块，用于根据已有地形图、实地丈量数据和遥感影像，对控制点和检查点在实地图以及控制点和检查点在遥感影像中的位置进行标定； 点位测量模块，用于对实地图和遥感影像中的控制点和检查点进行点位的测量； 对比分析模块，用于根据控制点和检查点，利用几何校正模型对遥感影像进行几何精度的对比分析处理。
10.根据权利要求7所述的一种地理空间数据库更新系统，其特征在于:地理空间数据更新模块包括: 地物形态特征提取模块，用于根据校正后的遥感影像，对其进行地物边界跟踪，得到地物形态特征； 新地形图生成模块，用于根据地物形态特征，构建拓扑关系，并进而进行制作得到新地形图； 结构模型图生成模块，用于根据新地形图，对地貌和地物的形态结构进行提取，并进而将其模型化，得到结构模型图； 地理空间数据生成模块，用于对结构模型图进行数据处理，生成多源数据环境下的地理空间数据，并进而对地理空间数据进行更新。
【文档编号】G06F17/30GK103646027SQ201310528492
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】李鹰, 战荫伟, 彭文, 梁冠卉, 程海龙, 陈义辉, 李杰鸿 申请人:广东省数字广东研究院, 广东泛在无线射频识别公共技术支持有限公司, 广东省射频识别公共技术支持中心