一种时空数据四维时空坐标的自然数压缩存储方法与流程

本发明属于计算机技术、数据压缩存储领域，特别涉及一种时空数据四维时空坐标的自然数压缩存储方法。

背景技术：

随着物联网、大数据的发展，其采集及分析的数据往往具有时间和空间特性，且这类数据往往具有海量性、多源异质性，这类数据在计算机如何进行有效的存储已经成为当前迫切需要解决的问题。由于空间数据与非空间数据并存，传统的解决方法往往是先存储空间数据，然后将其它的非空间数据看作是其附加的属性数据，如将时间作为空间对象的属性数据来存储，这种方法虽然简单易懂，但存储冗余大，存储容量大，由于目标的时间与空间关系彼此分离，没有建立两者间的内在联系，往往无法进行多角度、多维度的数据分析及查询等。因此，提出了一种时空数据四维时空坐标的自然数压缩存储编码方法。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种时空数据四维时空坐标的自然数压缩存储方法，在四维时空系统中，任何目标对象都包括时间和空间数据，为了描述一个时空目标对象，需要同时存储该对象的时间和空间数据，本发明基于线性十六叉树，可解决多源异质海量时空数据的压缩存储问题，并保持原有的时空数据特性，具有冗余度小、存储容量小、时空数据解码快等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种时空数据四维时空坐标的自然数压缩存储方法，依据时空分辨率n的大小，将四维时空坐标系中每个超体素即最小时空单元的时空位置坐标转换为线性十六叉树的自然数编码，使得每个四维时空坐标位置对应于一个十进制的自然数编码N，将这个自然数对应于一维数组的下标，四维时空目标超体素合并运算时，依次将数组中相邻元素进行合并操作，当四维时空目标恢复时，则逆变换为4个坐标值。

该方法通过将时空目标的时空四维坐标，利用线性十六叉树进行自然数编码，从而实现时空坐标的压缩存储，它的主要优点有：占用存储空间少，因为只对叶子结点编码，节省大量中间的结点空间；具有较高的数据压缩效率；在操作方面，所产生的自然数编码可以直接使用一维数组进行存储，容易实现复杂合并操作。该方法在四维图像处理、时空数据压缩存储、时空数据结构等领域有着广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明线性十六叉树自然数编码示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

四维时空数据模型中，任何目标都可由坐标({S}，t)唯一确定，{S}＝{X、Y、Z}定义目标的空间位置，t定义时间数据，对每一个三维坐标数组(X、Y、Z)必定有而且仅有一个时间t值与之一一对应，反之则不然。

因此，本发明时空数据时空坐标的压缩存储编码方法，具体的实施步骤如下：

步骤1：时空数据四维坐标的编码

将四维时空坐标系中目标对象的时空位置坐标(X、Y、Z、T)，根据编码公式转换为线性十六叉树的自然数编码，具体算法如下：

输入：十进制的时空坐标值X、Y、Z、T

输出：时空栅格体块数据编码N

十六叉树的自然数编码一般公式如下：

上式中I_ik是四维时空中第i个坐标轴的十进制坐标，即I_ik(i＝1、2、3、4)分别对应于四个坐标轴的坐标(X、Y、Z、T)，n为分辨率，k＝n-1,n-2,…,0，由分辨率n决定。

上述公式(1)、(2)为一般公式，在实际计算中可以利用如下公式进行编码：

N＝2⁰(c₀16⁰+…+c_n-116^n-1)+2¹(d₀16⁰+…+d_n-116^n-1)

+2²(e₀16⁰+…+e_n-116^n-1)+2³(f₀16⁰+…+f_n-116^n-1)

式中c₀,c₁,…,c_n-1和d₀,d₁,…,d_n-1和e₀,e₁,…,e_n-1和f₀,f₁,…,f_n-1分别是每一个坐标轴(X、Y、Z、T)十进制数二进制化后由低位到高位的权。

步骤2：时空数据坐标的解码

输入：时空数据十六叉树自然数编码N

输出：十进制的时空坐标值X,Y,Z,T

十六叉树自然数解码的一般公式如下：

将上述公式展开，进行时空坐标值得逆运算为：

其中，当k＜n-1时，N_k0＝MOD(N_k+1,T_k+1×16^k+1×2⁰)；当k＝n-1时，N_k0＝N；

其中，当k＜n-1时，N_k1＝MOD(N_k+1,T_k+1×16^k+1×2¹)；当k＝n-1时，N_k1＝N；

其中，当k＜n-1时，N_k2＝MOD(N_k+1,T_k+1×16^k+1×2²)；当k＝n-1时，N_k2＝N；

其中，当k＜n-1时，N_k3＝MOD(N_k+1,T_k+1×16^k+1×2³)；当k＝n-1时，N_k3＝N。

为表示参数区别，分别以T_k3-T_k0表示T，以及N_k3-N_k0表示N

本发明将四维时空数据的时空坐标利用线性十六叉树自然数编码进行了压缩编码，实际应用过程中可根据时空数据的特点及分辨率情况进行调整。可解决多源异质海量时空数据的压缩存储问题，并保持原有的时空数据特性，具有冗余度小、存储容量小、时空数据解码快等优点，具有广泛的应用前景。上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。