CN101995244B - 一种地物坐标的获取方法 - Google Patents

Abstract

一种地物坐标的获取方法，包括：在装备有GPS接收机的流动站的移动过程中，记录经过各地物的时间点和各地物的类型；根据记录的经过各地物的时间点，从流动站轨迹的时间和坐标流中匹配得到经过各地物的时间点对应的轨迹点坐标；对与流动站轨迹共线的地物，将经过该地物的时间点对应的轨迹点坐标作为该地物的坐标，对与流动站轨迹不共线的地物，对经过该地物的时间点对应的轨迹点坐标进行偏心改正后，作为该地物的坐标。本发明地物坐标的获取方法对地物匹配的方法进行了优化，可以提高采集到的地物坐标的精度。

Description

一种地物坐标的获取方法

技术领域

本发明涉及信息的获取和处理，更具体地，涉及一种地物坐标的获取方法。

背景技术

地物信息的采集在很多领域有着广泛的用途，如国土资源、林业、农业、交通、通讯和环保等，都需要采集地物的坐标并记录其属性信息，以实现相应的管理。

以交通领域为例，在进行道路数据采集时，除了要采集道路路线的数据外，往往还要进行道路附属设施的数据采集，如隧道、桥梁、交叉口、加油站、收费站、报警点、里程碑、服务区、道路出入口等等。要采集的地物信息除了准确的地物坐标外，还包括各个地物的属性数据，如桥梁的属性有长、宽、高、载重、材料等，隧道的属性有长、宽、高、限高等等。我国的1∶5万地形数据库数据以GEODATABASE格式进行存储，全要素地物属性编码共分为九个数据集三十个数据类，总共大约500个独立编码。其中九个数据集分别为：定位基础、水系、居民地及设施、交通、管线、境界和政区、地貌、植被与土质和地名。目前规范中的编码还在不断变化。

在现有技术中，通常有以下几种方法进行道路及相关地物空间位置获取。第一，采用工程测量的方法进行道路及相关地物测量。该方法需要测设控制点，采用常规经纬仪、测距仪或者全站仪进行碎部测量获取空间坐标。该方法虽然可以获得高精度空间坐标，但是工作效率非常地下，而且不适合长距离、稀疏碎部地物测量。第二，就是采用手持型车载导航GPS接收机直接测量道路坐标和相关地物的位置。由于手持型车载导航GPS接收机都采用高度集成化设计，其观测数据质量和数据处理的方法都采用了一定优化设计，定位精度只是满足一般车载导航要求，而不能满足国家基础地理信息数据获取的要求。

另一方面，由于全要素地物属性编码涉及的地物种类繁多，而且如何有效地对地物信息的数据进行保存、读取和统一管理等处理，目前还没有公开的技术可以解决该问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种地物坐标的获取方法，可以在保证快速、高效的基础上，提高采集到的地物坐标的精度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种地物坐标的获取方法，包括：

在装备有GPS接收机的流动站的移动过程中，记录经过各地物的时间点和各地物的类型；

根据记录的经过各地物的时间点，从流动站轨迹的时间和坐标流中匹配得到经过各地物的时间点对应的轨迹点坐标；

对与流动站轨迹共线的地物，将经过该地物的时间点对应的轨迹点坐标作为该地物的坐标，对与流动站轨迹不共线的地物，对经过该地物的时间点对应的轨迹点坐标进行偏心改正后，作为该地物的坐标。

本发明地物坐标的获取方法对地物匹配的方法进行了优化，可以提高采集到的地物坐标的精度，保证采集的快速、高效。

附图说明

图1是本发明实施例一地物坐标获取方法的流程图；

图2是本发明实施例一利用计算机获得GPS接收机时间的流程图；

图3是本发明实施例一流动站轨迹和地物关系的示意图；

图4A和图4B是本发明实施例二地物节点和属性项节点的结构示意图；

图5是本发明实施例二的嵌套链表数据结构的示意图；

图6是本发明实施例二中构建的立交桥属性链表的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

实施例一

本实施例以道路附属设施等相关地物为例说明如何获取地物的坐标。

本实施例所基于的道路数据采集系统包括至少两台测量型GPS接收机，一台作为基准站，放置在已知测量控制点或由测量控制点推算到的定位点，另一台作为流动站，安置在车辆上对道路进行动态数据采集。实测结束后，对该两台GPS接收机中数据进行差分计算，即可以得到流动站轨迹的时间和坐标流数据。差分计算的方法如可以采用已有的坐标差分定位、伪距差分定位、实时载波相位差分定位等方法。

为了在采集道路数据的同时快速、高效地获取道路附属设施等相关地物的坐标，本实施例提供的获取地物坐标的方法如图1所示，包括：

步骤110，在流动站的移动过程中，记录经过各地物的时间点和各地物的类型；

根据地物类型的不同，记录的时间点的个数可以不同。如对于收费站、报警点、里程碑等点状地物，可以只记录经过该地物时的一个时间点，对于隧道、桥梁、服务区等线状和面状地物，可以记录经过该地物各端点(如起点、终点和拐点)时的时间点，还可以记录其他的一些特征点如拐点等。同时，对于与流动站轨迹不共线的地物，还可以记录下这些地物的偏心量的值，即地物距离流动站轨迹的垂直距离。

对时间点的记录事件可以由流动站上的人员来触发，由与GPS接收机相连的计算机来执行记录，由于是通过记录的时间点将地物的坐标和差分GPS定位结果联系起来。为了保证精度，需要使得计算机记录的时间与GPS接收机的时间保持同步。

记录的时间点可以通过以下三种方式之一来确定：

1)直接利用计算机时间，并对计算机时间进行校准；

利用计算机时间的优点是实现简单，无须增加额外设备，但必须对计算机时间进行校准，解决计算机与GPS的时钟同步问题。粗略的方法是在施测前校准计算机时钟，施测后校核。另一种方法是在采集过程中人为设置几何特征点来实现二钟的同步。

2)使用GPS接收机的事件标识功能，在记录时通过外部脉冲在接收机内部产生所述时间点的信息；

GPS接收机的事件标识(Event Mark)是通过外部脉冲在接收机内部产生时间信息，获取的时间完全同步，其缺点是许多GPS接收机不具备事件标识功能，无法采用本方法。

3)建立计算机与GPS接收机的实时通讯，通过一个独立的线程实时更新计算机的时钟；

本方式虽然输入/输出会造成一定的时间延迟，但该延迟量很小，精度满足需要。此外还可以获取卫星状态、导航结果等一些附加信息。

本实施例采用了第三种方法，其流程的示意图如图2所示，包括：

接收机通讯线程对GPS接收机输出的时间信息进行实时监测，在收到新的GPS接收机时间t_GPS后，获取当前的计算机时间t_COMP，计算出时间差Δt＝t_GPS-t_COMP并更新原来保存的Δt；

主记录线程对外部的记录事件进行实时监测，在发现有记录事件被触发时，获取当前的计算机时间t_COMP和保存的时间差Δt，将恢复的GPS接收机时间t’_GPS＝t_COMP+Δt作为此次记录的时间点。

步骤120，根据记录的经过各地物的时间点，从流动站轨迹的时间和坐标流中匹配得到经过各地物的时间点对应的轨迹点坐标；

在本步骤中，首先根据记录的时间点，从坐标流中提取出包含所述时间点的时间段所对应的坐标串，然后内插得到各时间点对应的坐标，可参照图3所示的流动站轨迹和地物关系，具体公式为：

$x=\frac{t-t_1}{t_2-t_1}(x_2-x_1)+x_1,$ $y=\frac{{t-t}_1}{t_2-t_1}(y_2-y_1)+y_1;$

式中，t为记录的一时间点，x，y为时间点t对应的轨迹点坐标，t₁，t₂分别为所述时间和坐标流中在时间点t的前后与t最接近的2个时间点，坐标x₁，y₁为时间和坐标流中时间点t₁对应的坐标，坐标x₂，y₂为时间和坐标流中时间点t₂对应的坐标。

步骤130，对要获取坐标的每一地物，如该地物与流动站轨迹共线，将经过该地物的时间点对应的轨迹点坐标作为该地物的坐标，否则，对经过该地物的时间点对应的轨迹点坐标进行偏心改正，再作为该地物的坐标。

对于点状地物，可以得到一组坐标(x，y)，如可以是该地物的经度和纬度。对于线状和面状地物，可以得到多组坐标，分别对应于地物的多个端点，如起点和终点。

请参照图3所示的流动站轨迹和地物关系，当地物与车辆轨迹不共线时需要进行偏心改正，其原理是根据偏心量按轨迹线的法线方向进行平移，公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_T=x+\mathrm{\Δ}\cos ({\tan }^{-1}(\mathrm{dy}/\mathrm{dx})+\mathrm{\π}/2)\\ y_T=y+\mathrm{\Δ}\sin ({\tan }^{-1}(\mathrm{dy}/\mathrm{dx})+\mathrm{\π}/2)\end{array}\right.$

式中，Δ为偏心量的值，可以由流动站上的人员实时记录，x，y为时间点t对应的轨迹点坐标，x_T，y_T为对x，y进行偏心改正后得到的坐标。

实施例二

本实施例以道路附属设施等相关地物为例说明如何对地物属性数据进行存取等处理。

本实施例需要利用道路数据采集系统对道路附属设施等相关地物进行数据采集，由于这些地物的属性项不尽相同，为实现地物的统一管理，对其属性项、存储类型和长度等进行整理，形成地物属性表文件，该文件包含地物名称、标准编码、地物几何类型(如点状、线状、面状，可选)及其属性项信息等，还可以包括快捷键。其中属性项信息又包括名称、存储类型和长度，还可以包括选择列表等。

下面是该文件的一个片断：

公路桥43020MPA   7   &2

名称 CHR  30

     建筑材料 CHR  20  //LIST1砖石/$2混凝土/6木质/7金属/8其他

     宽度     FLT  10.2

     桥长     FLT  10.2

     净空高   FLT  10.2

     载重     FLT  10.2

     归属编码 CHR  20

//IV加油站 43120 SPT 2  &5

     类型     CHR     20  //LIST$1油/2气/3电

     归属编码 CHR   20

//IV山隘、垭口 43008  SPT 3   &8

    名称          CHR30

    通行月份      CHR   20$1-12月

    归属编码      CHR20

……

以公路桥为例，名称“公路桥”后的“43020”为公路桥的编码，“MPA”为公路桥的几何类型(MPA指线状，SPT指点状)，“7”为属性项的个数，“&2”为该地物的快捷代码，及计算机键盘上的2键代表该地物，当按下2键后，将弹出该地物的属性记录页，这样可以适应在流动站的移动过程中快速触发相应记录事件的要求。各属性项后指示了该属性项的存储类型(如CHR、FLT等)和长度。有些特定的属性项中还包含有选择列表，如加油站的属性项“类型”后包括“$1油/2气/3电”构成的列表项，“$”对应的项为默认项。针对不同的存储类型属性，在属性记录页上将采用不同的显示方式，字符串型采用字符串编辑框显示，浮点类型采用数字编辑框显示，列表类型采用组合框显示。

可以看出，上述地物属性表文件中包含了需要记录的地物的各种信息，由于采用文本格式，地物类型库的修改非常方便，并且执行程序代码不必重新编译。

因为全要素地物属性编码种类繁多，而且目前规范中的编码还在不断变化，为了适应各种地物属性数据采集的需要，本实施例在内存中采用嵌套链表数据结构保存根据上述地物属性表文件生成的全要素的地物属性编码表，以方便对地物属性编码进行增、删、改、查等操作。

嵌套链表数据结构就是在链表中嵌套链表的数据结构。对全要素的地物属性编码表采用两层嵌套即可完全表示，包含两种基本的链表节点：每一地物对应于一地物节点(也可称为主节点)，每个地物的属性项对应于附属于相应地物节点的一属性项节点(也可称为副节点、次节点)。其中，地物节点的结构如图4A所示，在每一节点上保存的信息除该地物的名称、编码和几何形状等数据外，还包括指向第一个附属属性项节点的一指针，如果该地物节点之后还有下一地物节点，则保存的信息还包括指向下一地物节点的一指针。属性项节点的结构如图4B所示，保存的信息除对应属性项的名称、数据类型和长度等数据外，如果该属性项节点之后还有附属于同一地物节点的下一属性项节点，则还包括指向该下一属性项节点的一指针。

如图5所示，通过指针连接的各个地物节点构成主链表，通过指针连接的某个地物主节点及其附属的属性项节点构成一个次链表，实现了链表的嵌套。其中，构建的立交桥属性链表如图6所示。

本实施例在软件的实现中，运用面向对象的设计方法将具有某些属性的地物抽象为一个对象，同时将每项属性又抽象为一个对象。这样，每种地物就是不同属性项的集合，每一种属性又是基于属性元数据的抽象对象的实例。

上述抽象和实例化的实现如下：

第一步，对各地物属性项的基本属性进行抽象，建立地物属性项的抽象类；

本实施例中，任何地物属性项都必须具有的属性包括，属性名称，属性类型，该属性的存储长度。当然，还可以包括其他描述等。针对道路及相关地物，其中属性类型包括，字符串型、数值型和特定选择型。对某些数值型的属性，可能还需要数值精度的定义。这样实现了对地物属性项的属性抽象。

在用C++编程的一个示例中，地物属性的抽象类定义为：

class AttributeItemDefine//定义属性数据对象类

{

private：

CString  m_ItemName；//属性名

DATA_Type m_DataType；//数据类型

int m_DataLength；//数据长度

int     m_Precision；//数据精度

CString m_DescribleString；//说明

public：

......//功能

}

第二步，对各地物的基本属性进行抽象，建立地物的抽象类；

任何地物(或称为地物目标)都包含若干地物属性项，利用链表数据结构对地物属性项的抽象类进行管理，可以实现对地物的抽象。本实施例中，地物具有的基本属性包括：地物名称、地物标准编码、该地物具有的属性项的条数、具体的地物属性项链表。

在用C++编程的一个示例中，地物对象类的定义为：

class TerrainObjectDefine//定义地物对象类

{

private：

CStringm_TerrainName；//地物说明

long m_DGCode；//地物编码

int  m_ItemNumber；//属性数

Link<AttributeItemDefine>m_ItemLink；//属性项链表

public：

......//功能定义`

}；

第三步，依据地物属性表文件中包含的地物及其地物属性项信息将地物的抽象类实例化成目标地物时，先将地物属性项的抽象类实例化为目标地物属性项，再将目标地物属性项实例化为具体的属性项信息。

在记录目标地物、输入和编辑地物属性项数据时均需要进行上述实例化的处理。

依据地物属性表文件，该地物属性项的抽象类可以实例化成任何地物属性项。如：地物属性项的名称实例化为“长度”，数值类型实例化为“浮点数”，存储长度实例化为“十个字节长度，两位小数”，该数据如果需要数据精度的话，可以将数据精度实例化为“0.1米”。当然，对“长度”属性有需要说明的内容，可以在实例化“长度”属性的同时添加。

地物属性项的抽象类实例化后，得到的是实例化的地物属性项本身。在此基础上，对实例化的地物属性项再次实例化就可以得到具体的属性项信息。

如：对上述实例化的“长度”属性项再实例化后，可以得到具体的长度信息，如长度数值为“1532.23”米。

在一个示例中，在地物属性表文件中，立交桥的元数据的定义如下表：

实例化后，该地物的名称是“立交桥”；地物编码是“4320000”；地物属性链表是：立交桥名称属性、建筑材料属性、宽度属性、桥长属性、净空高属性、载重属性和归属编码属性。

可以看出，修改该属性表文件就可以直接修改实例化的地物抽象类。

下面说明地物的属性数据是如何采集和存储的。相应流程包括：

步骤210，在流动站的移动过程中，在经过某地物时，由用户触发该地物所属地物类型的一次记录事件，生成一条地物记录，并在该地物记录中写入记录流水号、经过该地物的时间点和该地物的类型；

步骤220，在各地物记录对应的显示界面中分别填写各地物的属性项数据。

在地物属性项纪录的界面中，属性项将自动根据地物类型的改变而改变，其对应关系由上述的地物属性表文件确定。地物的属性数据的填写可以在生成记录后即进行，也可以在之后的任一时间重新找开已生成记录的显示界面来进行填写。

本实施例采用Microsoft提供的序列化函数来实现地物属性项数据的统一存储和读取，包括以下处理：

步骤一，自定义一个可序列化的类作为各种地物属性抽象类的基类。

步骤二，在地物属性抽象类中，重载基类的序列化函数Serilize()，增加该地物类对应的序列化函数；

步骤三，各具有不同属性的地物在此基类基础上进行扩展，同时定义地物目标的序列化函数，并将地物的固有属性项进行序列化，同时对地物属性链表中的各个属性进行序列化重载；

这样，在存储时所有的地物对象记录都能够自动识别，从而实现地物对象统一的管理。

步骤四，通过C++对象虚函数的特点，在打开和保存时，各附属地物分别重载存储/存取函数，实现对不同地物属性的自动存储和读取。

本实施例实现了地物属性管理的全面升级。同时对地物匹配的方法进行了优化，从原先的面向对象的地物属性一次抽象，上升为面向对象的地物属性的二次抽象，实现了地物属性的统一管理，任意编辑和自由扩充。

Claims (4)

1.一种地物坐标的获取方法，包括：

在装备有GPS接收机的流动站的移动过程中，记录经过各地物的时间点和各地物的类型；

根据记录的经过各地物的时间点，从流动站轨迹的时间和坐标流中匹配得到经过各地物的时间点对应的轨迹点坐标；

对与流动站轨迹共线的地物，将经过该地物的时间点对应的轨迹点坐标作为该地物的坐标，对与流动站轨迹不共线的地物，对经过该地物的时间点对应的轨迹点坐标进行偏心改正后，作为该地物的坐标；

所述从流动站轨迹的时间和坐标流中匹配得到经过各地物的时间点对应的轨迹点坐标时，所述轨迹点坐标的计算公式如下：

$x=\frac{{t-t}_1}{t_2-t_1}(x_2-x_1)+x_1,$ $y=\frac{t-t_1}{t_2-t_1}(y_2-y_1)+y_1;$

式中，t为记录的一时间点，x，y为时间点t对应的轨迹点坐标，t₁，t₂分别为所述时间和坐标流中在时间点t的前后与t最接近的2个时间点，坐标x₁，y₁为时间点t₁对应的坐标，坐标x₂，y₂为时间点t₂对应的坐标；

在所述流动站的移动过程中，对于与流动站轨迹不共线的地物，还将这些地物距离流动站轨迹的垂直距离记录为偏心量的值；

对经过这些地物的时间点对应的轨迹点坐标进行偏心改正时，公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_T=x+\mathrm{\&Delta;}\cos ({\tan }^{-1}(\mathrm{dy}/\mathrm{dx})+\mathrm{\&pi;}/2)\\ y_T=y+\mathrm{\&Delta;}\sin ({\tan }^{-1}(\mathrm{dy}/\mathrm{dx})+\mathrm{\&pi;}/2)\end{array}\right.$

式中，Δ为偏心量的值，x，y为时间点t对应的轨迹点坐标，x_T，y_T为对x，y进行偏心改正后得到的坐标。

2.如权利要求1所述的获取方法，其特征在于：

对所述时间点的记录事件由流动站上的人员来触发，由与所述GPS接收机相连的计算机来执行记录，所述时间点通过以下方式之确定：

所述计算机运行一个独立的通讯线程对GPS接收机输出的时间信息进行实时监测，在收到新的GPS接收机时间t_GPS后，获取当前的计算机时间t_COMP，计算出时间差Δt＝t_GPS-t_COMP并更新原来保存的Δt；

计算机上的主记录线程对外部的记录事件进行实时监测，在发现有记录事件被触发时，获取当前的计算机时间t_COMP和保存的时间差Δt，将恢复的GPS接收机时间t’_GPS＝t_COMP+Δt作为此次记录的时间点。

3.如权利要求1所述的获取方法，其特征在于：

所述获取方法用于获取道路附属设施的坐标，所述流动站轨迹的时间和坐标流通过以下方式得到：

将一台测量型GPS接收机作为基准站，放置在已知测量控制点或由测量控制点推算到的定位点，另一测量型GPS接收机作为流动站，安置在车辆上对道路进行动态数据采集，实测结束后，对该两台GPS接收机中数据进行差分计算，得到所述流动站轨迹的时间和坐标流数据。

4.如权利要求1所述的获取方法，其特征在于：

所述记录经过各地物的时间点，对于点状地物，只记录经过该地物时的一个时间点，对于线状地物和面状地物，则至少记录经过该地物起点和终点时的时间点。

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