用于gis矢量建筑物多边形的多尺度表达信息生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及网络电子地图技术领域，尤其是涉及一种GIS矢量建筑物多边形的多 尺度表达信息生成方法。
【背景技术】
[0002] 地理信息系统（GIS,GeographicInformationSystem)是一门综合性学科，结合 地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域。GIS数据以数字数 据的形式表现了现实世界客观对象（公路、土地利用、海拔）。现实世界客观对象可被划分 为二个抽象概念：离散对象（如房屋）和连续的对象领域（如降雨量或海拔）。这二种抽 象体在GIS系统中存储数据主要的二种方法为：栅格（网格）和矢量。矢量数据利用了几 何图形例如点、线（一系列点坐标），或是面（形状决定于线）来表现客观对象。例如，在住 房细分中以多边形来代表物产边界。GIS矢量建筑物多边形是地图服务的重要数据来源。
[0003] 随着网络技术的发展，地图服务需要满足不同层次用户个性化需求，在地图内容 上提供任意尺度的表达，这需要连续地图综合技术的支持。目前，连续地图综合的技术实现 有两类不同的方法。一是基于传统地图综合算法实时调整综合参数以获得连续综合的效 果，如Cecconi等（2002)从自适应可视化的角度探讨了适于网络表达的综合算法、Sester 等（2004)研究了适于移动设备的在线综合方法、杨必胜和李清泉（2005)提出的基于点删 除方法的适于网络传输的多尺度表达模型、艾波和艾廷华（2005)提出的基于流媒体思想 和BLG树结构的矢量曲线渐进综合与传输方法、艾廷华等（2009)提出的基于细节剖分的多 尺度L0D表达模型等。该类方法的算法参数难以与尺度相适应，不同尺度表达之间的一致 性较差。二是基于图像融合中的morphing思想，在两端尺度控制下实现任意中间尺度的 内插，如Martin等（2008)基于优化技术实现了线状要素的morphing变换、彭东亮和邓敏 (2012)基于BLG和层次弯曲结构实现了线状河流及道路要素的morphing变换、宋伟杰等研 究了基于同构平面三角网格的多边形保凸morphing变形方法、何磊等（2007)提出了一种 基于类正切空间的多边形渐变方法。
[0004] 然而，现有方法往往没有顾及要素隐含地理特征所表现出的几何特性。就建筑物 而言，建筑物多边形具有类直角化边界特征，而目前的方法大多生成具有光滑边界的中间 插值图形，不符合居民地要素空间表达和认知的基本规律。因而，对建筑物多边形进行连续 地图综合，应面向建筑物的地理特征，但目前本领域尚未有相关技术方案出现。
【发明内容】
[0005] 本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种能保持建筑物多边形 边界类直角化的地理特征的连续综合和多尺度表达方法。
[0006] 本发明的技术方案是一种用于GIS矢量建筑物多边形的多尺度表达信息生成方 法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1，输入不同尺度下的同名矢量建筑物多边形，所述同名矢量建筑物多边形包 括起始建筑物多边形和目标建筑物多边形，相应图形分别简称起始图形和目标图形；然后 对起始图形和目标图形分别转为转向角函数表达形式，包括以下子步骤，
[0008] 步骤1. 1，确定图形起始点；
[0009] 步骤1.2,计算自起始点以逆时针方向沿图形周边到每个顶APi的距离e，i =1，2,…S，S为图形顶点总数，设图形相邻顶点PpA间的边长为则e表示为 定义域为[0，图形周长]，pi标识第1个顶点，Pj标识第j个顶点；
[0010] 步骤1.3,计算转向角，包括以各顶点沿图形边界的转向角的叠加值0为转向角 函数因变量，逆时针转向为正，顺时针转向为负，起始点的转向角为其所在边长的方位角， 方位角的起算点为正东方向，逆时针方向为正；
[0011] 步骤1.4,统一定义域，包括以图形周长作归一化，将转向角函数定义域统一为 [0，1]，转向角函数的表达形式如下，
[0012]
【主权项】
1. 一种用于GIS矢量建筑物多边形的多尺度表达信息生成方法，其特征在于，包括以 下步骤： 步骤1，输入不同尺度下的同名矢量建筑物多边形，所述同名矢量建筑物多边形包括起 始建筑物多边形和目标建筑物多边形，相应图形分别简称起始图形和目标图形；然后对起 始图形和目标图形分别转为转向角函数表达形式，包括以下子步骤， 步骤1. 1，确定图形起始点； 步骤1. 2,计算自起始点以逆时针方向沿图形周边到每个顶点Pi的距离e，i= 1，2,…S，S为图形顶点总数，设图形相邻顶点PgPi间的边长为，则e表示为
，定 义域为[〇，图形周长]，Pi标识第i个顶点，Pj标识第j个顶点； 步骤1.3,计算转向角，包括以各顶点沿图形边界的转向角的叠加值0为转向角函数 因变量，逆时针转向为正，顺时针转向为负，起始点的转向角为其所在边长的方位角，方位 角的起算点为正东方向，逆时针方向为正； 步骤1.4,统一定义域，包括以图形周长作归一化，将转向角函数定义域统一为[0，1]， 转向角函数的表达形式如下，
式中，函数（.）表示9和E的对应关系，自变量E为以图形周长作归一化后的边长的 置加； 步骤2,基于转向角函数分析建筑物多边形的边特征，获得边的变换规律，包括以下子 步骤， 步骤2. 1，特征点匹配，包括以下子步骤， 步骤2. 1. 1，从目标图形的某顶点开始，以该点为特征点，根据实际图形大小设定一个 距离阈值，以特征点为圆心，该距离阈值为半径，搜寻起始图形的所有顶点中落入圆中的 点，进而计算出与特征点距离最近的点，设为Pk，将k值存入集合U; 步骤2. 1. 2,以目标图形的另一个顶点为特征点，循环上述步骤2. 1. 1，直至遍历目标 图像的所有顶点，最后得到集合U，集合U所含元素为初始图形中与目标图形所有特征点相 匹配的顶点，以这些顶点对初始图形的边进行划分，认为两个相邻顶点之间的边组成一个 边集，则得到数个边集，边集数与目标图形边的数目相同； 步骤2. 2,对步骤2. 1得到的各边集分别与目标图形对应边进行转向角匹配， 满足以下条件的边为同边，
满足以下条件的边为异边，
其中，ta为起始图形a的边,tb为目标图形b的边，tae表示起始图形的边ta是属于 与目标图形的边tb所对应的起始图形边集中的，0a(ta)是边^转向角的大小，0b(tb)是 边tb转向角的大小，S为预设的精度阀值； 步骤3,根据步骤2得到的变换规律，基于与中间尺度相关的可变参数g，融合得到任意 中间尺度下多边形的转向角函数，包括以下子步骤， 步骤3. 1，分别对步骤2获得的同边和异边进行插值， 异边的插值方法如下式，
其中/气为异边，为异边^^1的变化量，n的范围为[1，异边总数]; 同边的插值方法如下式
其中，为起始图形某分割边集中的任意同边，为起始图形某分割边集中的 同边的变化量，m的范围为[1，分割边集中的同边总数]，At_为起始图形某分割边 集中的同边的总增量，为起始图形某分割边集中的同边的长度之和； 步骤3. 2,融合得到任意中间尺度图形的转向角函数0Mid如下，
其中，目标图形的边tb对应的分割边集中的任意同边ta获得了增量
为目标图形的边tb与对应初始图形边集中所有同边t_的差值，
为 同边~#占同边总长度％&的比例；任意异边根据自身长度等比例变化； 步骤4,将步骤3得到的转向角函数转为坐标串表达形式，得到中间尺度的插值图形。
2.根据权利要求1所述用于GIS矢量建筑物多边形的多尺度表达信息生成方法，其特 征在于：步骤3中，参数g根据下式预先求取：
其中，TMid为中间尺度，1\为初始图形所在尺度，Tb为目标图形所在尺度，h(.)为关系 函数。
【专利摘要】本发明提供一种用于GIS矢量建筑物多边形的多尺度表达信息生成方法，包括输入不同尺度下的同名矢量建筑物多边形，然后对起始图形和目标图形分别转为转向角函数表达形式；基于转向角函数分析建筑物多边形的边特征，获得边的变换规律，包括将特征点匹配得到的边集分别与目标图形对应边进行转向角匹配，划分同边和异边；融合得到任意中间尺度下多边形的转向角函数，转为坐标串表达形式，得到中间尺度的插值图形。本发明能在有效保持矢量建筑物多边形直角化边界特征的前提下实现连续地图综合与多尺度表达。
【IPC分类】G06F17-30
【公开号】CN104572924
【申请号】CN201410836086
【发明人】李精忠, 谢天, 李冬琳, 方文江, 范仲鸣
【申请人】武汉大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月26日