一种基于多细节层次三维地图数据处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属电网三维地图数据处理方法。
【背景技术】
[0002] 随着GIS技术的不断发展，三维GIS在整个电力行业中得到越来越广泛的应用，基 于真实场景数据的三维模拟，已经在电网管理、故障抢修、安全监控等各个方面显示出非凡 的作用。凭借优越的影像、数据条件，利用先进的GIS、RS以及虚拟现实等技术将数字地面 模型、输变电设备模型和各种电力部门专业属性信息有机结合起来，建立电力三维地理信 息平台，可实现与基础地理信息数据相结合的电力专业数据的查询、更新，电网电路的检修 和安全检控，实现大场景内电网的空间表现和分析、管理功能。平台通过先进的三维可视化 手段，将整个输变电业务和管理全过程纳入计算机管理，规范输变电业务流程，加强电力部 门的协作和管理职能，提高地理部门输变电生产、管理能力和决策水平。
[0003] 目前已有三维地图精度最高达到20米，视点距离表面纹理较近的时候，单个的纹 理像素在纹理放大器的作用下，会覆盖多个像素点，这就使图像变得很模糊。
[0004] 另一方面，高分辨率影像的确包含较多的表面细节，但这些细节往往都是非常相 似的。提供这样的细节无疑要消耗大量的纹理内存，尽管这能够给判断高度和动作提供线 索，避免表面的模糊，但却造成纹理内存不够，以致很多真正有用的信息无法及时地、顺利 地加载。
【发明内容】
[0005] 本发明正是为了克服上述缺陷而设计的一种基于多细节层次三维地图数据处理 方法，本发明是通过如下技术方案来实现的：
[0006] -种基于多细节层次三维地图数据处理方法，本发明特征在于，包括3个步骤：数 字正射影像切割、数字高程数据切割、高程数据镶嵌及接边；其中：
[0007] 数字正射影像切割：数字正射影像切割是将卫星影像图片按照金字塔模型切割成 256*256像素的瓦片，切割完的瓦片按照l_r_c.png的格式进行编码命名，1为金字塔模型 的层号，r为金字塔模型的行号，c为金字塔模型的列号；
[0008] 数字高程数据切割：数字高程数据切割是将等高线和高程点建立不规则三角网， 然后在不规则基础上按照金字塔模型切割成256*256*256像素的小立方体建立DEM数据； 切割完的小立方体按照层级、行、列、块建立索引，并以OBJ的格式存储到数据库；
[0009] 高程数据接边及镶嵌：基于数字高程数据切割的小立方体，选取相邻模型所生成 的DEM数据，检查相同平面坐标格网点的高程，若出现高程较差大于2倍DEM高程中误差的 格网点，则视为超限，将其认定为粗差点，并重建立体模型；对出现粗差点的DEM数据进行 接边修测后重新接边；按以上方法依次完成所有的单模型DEM数据之间的接连；若固定范 围内所有单模型DEM数据的接边较差都符合规定要求，则可以使用数字正射影像切割的瓦 片对DEM进行镶嵌；镶嵌时对参与接边的所有相同平面坐标网格点的高程取其平均值，作 为各自格网点的高程值。
[0010] -种基于多细节层次三维地图数据处理方法，本发明特征在于，采用如下技术手 段：
[0011] 1)设立瓦片金字塔结构
[0012] 瓦片地图金字塔模型是一种多分辨率层次模型，从瓦片金字塔的底层到顶层，分 辨率越来越低，但表示的地理范围不变，主要包含瓦片和金字塔两个部分；其中：
[0013] 1. 1)瓦片
[0014] 所述瓦片就是按照一定的比例尺寸将一幅图像分割成若干小正方形栅格，每个栅 格就是一张瓦片；
[0015] 切片之后的地图瓦片是栅格图像，并不具备定位信息，但切片运用了相关切片算 法之后，能够计算出具体定位的位置。
[0016] 1.2)金字塔模型
[0017] 根据用户的需求，将一幅图像分割成由小到大的区域。分割后，图像形成比例由小 到大，数量由少到多的金字塔形结构：图1为金字塔形平面结构，图2为直观的金字塔形结 构。
[0018] 瓦片为小正方形块，长宽相等，长宽长度为256像素，8~18级共11级比例尺；比 例尺级别增大一级；切割完以后按照"l_r_c.png"的格式进行编码命名；其中1为比例尺级 别，r为行号，c为列号，0〈 =r〈 = 2aa，0〈 =c〈 = 2aa;根据上述的图片切割编码规则，得到 图片行列坐标和实际地理坐标之间的相互换算，这些是地图显示的基础。
[0019] 经炜度转换为某个比例尺下的行号和列号，转换过程为：
[0020] n=Math.pow(2,lev)
[0021] x= ((Longitude+180)/360)*n
[0022] sinLat=Math.Sin(Math.PI*Latitude/180);
[0023] y =0·5-Math. Log((1+sinLat)/(1-sinLat))/(4*Math.PI);
[0024] 其中，Longitude为经度值，Latitude为炜度值，lev为缩放级别，Math,pow为计 算2的lev次幂，Math.PI为圆周率，Math.Sin为正弦函数，Math.Log为取对数。
[0025] >某个比例尺下的行号和列号转换为经炜度，转换过程为：
[0026]n=Math,pow(2,lev)
[0027] Longitude=x/n*360_180 ;
[0028] Latitude=Math.Atan(Math.Sinh(Math.PI*(l_2*y/n)));
[0029] Latitude=Latitude*180. 0/Math.PI;
[0030] 其中，Longitude为经度值，Latitude为炜度值，lev为缩放级别，Math,pow为计算 2的lev次幂，Math.PI为圆周率，Math.Atan为反正切函数，Math.Sinh为双曲正弦函数。
[0031] 2)DEM地形数据切割
[0032] 数字高程模型，简称DEM;它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实 体地面模型，是数字地形模型的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生；一般认为， DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和 非线性组合的空间分布，其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡 度变化率等地貌特性可在DEM的基础上派生。
[0033] 不规则三角网，简称TIN ;直接利用原始采样点进行地形表面的重建，由连续的相 互联接的三角面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的观测点的密度和位置。
[0034] 数字高程数据切割是将等高线和高程点建立不规则三角网，然后在不规则基础上 按照金字塔模型的层、行、列切割成256*256*256像素的小立方体建立DEM数据；能以不同 层次的分辨率来描述地表形态；在某一特定分辨率下能用更少的空间和时间更精确地表示 更加复杂的表面；特别当地形包含有大量特征如断裂线、构造线时，能更好地顾及这些特 征；切割完的小立方体按照层级、行、列、块建立联合索引，并以OBJ的格式存储到数据库。
[0035] 平台直接对OBJ文件进行解析，获取模型顶点、贴图等信息按规格格式存储到数 据库中进行保存，解析的要素如图3所示。
[0036] 3)高程数据接边及镶嵌
[0037] 3. 1)编辑DEM
[0038] DEM数据编辑是指对内插形成的DEM格网点逐个进行编辑；相同地形类别DEM格 网点接边限差为该地形类别格网点中误差的两倍，不同地形类别DEM接边限差为两种地形 类别DEM格网点接边限差之和。
[0039] 3. 2) DEM数据接边
[0040] 选取相邻模型所生成的DEM数据，检查相同平面坐标格网点的高程，若出现高程 较差大于2倍DEM高程中误差的格网点，则视为超限，将其认定为粗差点，并重建立体模型； 对出现粗差点的DEM数据进行接边修测后重新接边；按以上方法依次完成所有的单模型 DEM数据之间的接连。
[0041] 3. 3) DEM数据镶嵌与裁切
[0042] 若固定范围内所有单模型DEM数据的接边较差都符合规定要求，则可以使用数字 正射影像切割的瓦片对DEM进行镶嵌；镶嵌时对参与接边的所有相同平面坐标网格点的高 程取其平均值，作为各自格网点的高程值，同时形成各条边的接边精度报告。
[0043]DEM镶嵌完成后，按照相关规定或技术要求规定的起止格网点坐标进行矩形裁切 时，根据具体要求可以外扩一排或多排EffiM格网。
[0044] 4) DEM质量控制
[0045]DEM的质量控制包括生产过程质量控制和最终成果质量控制两部分。
[0046] 4. 1)生产过程质量控制
[0047] 生产过程中的质量控制重点检查原始资料使用的正确性及数据是否合理。
[0048] 湖泊、水库、双线河的分层是否合理，水涯线及海岸线的高程赋值是否合理正确， 静止的水体范围内DEM高