CN101996258B

CN101996258B - 一种便于快速查询的电子地图信息栅格化处理及查询方法

Info

Publication number: CN101996258B
Application number: CN2010105656610A
Authority: CN
Inventors: 郭茂耘; 柴毅; 何京江; 魏善碧; 魏洪波; 孙健; 王强; 屈剑锋; 吴伟
Original assignee: 63796 FORCES PLA; Chongqing University
Current assignee: 63796 FORCES PLA; Chongqing University
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: CN101996258A

Abstract

针对常规二维矢量电子地图查询处理时间开销较大，不利于地理信息的快速处理，本方法提出了一种基于栅格化的二维电子地图信息数据快速处理及查询方法，将电子地图中的地理实体的空间信息通过栅格位置与二维数组单元下标一一对应，同时将地理实体的属性信息进行编码并存储于对应的二维数组单元中，实现二维电子地图中的地理实体信息数据（空间信息和属性信息）的栅格化处理。在以上栅格化处理的基础上，针对根据空间信息条件和属性信息条件查询的需要，本方法分别提出了通过地理空间坐标到栅格位置，再到二维数组单元下标的查询方法和基于属性内容——数组下标索引的查询方法；实现了地理信息的快速查询。

Description

一种便于快速查询的电子地图信息栅格化处理及查询方法

技术领域

本发明关于一种电子地图信息的快速访问处理技术，具体涉及一种便于快速查询的电子地图信息栅格化处理及查询方法。

背景技术

随着社会经济和信息技术的发展，人们对作为描述人类活动的时空要素之一的空间信息的需求也越来越大，空间信息具有数据量大的特点是空间信息的快速，甚至实时处理的瓶颈之一。尤其是在城市应急和灾害管理等方面，需要在极短的时间内完成对地理信息的访问处理。目前，由于常用地理数据的数据结构为矢量数据，在对常用地理数据的连续快速实时处理方面，尤其是对边界范围类型已知，范围位置连续变化的地理信息的访问处理还不尽人意。因此，有必要针对以上情况提供一种电子地图地理信息的快速处理系统及方法。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种便于快速查询的电子地图信息栅格化处理及查询方法，以解决对地理处理有快速和实时性要求的应用瓶颈问题。

为实现本发明的上述目的而采用的技术方案是这样的，即一种便于快速查询的电子地图信息栅格化处理及查询方法，其特征在于，该方法包括如下部分：

1）建立常用电子地图数据文件采集端，完成对常用电子地图数据文件中的点，线和面三类地理实体的空间信息和属性信息的采集；

2）设定栅格化电子地图的基本参数：根据实际应用要求，确定需要栅格化处理的电子地图覆盖范围，确定栅格分辨率，所述分辨1率为一个栅格沿横坐标方向和纵坐标方向上的长度，单位与栅格化前的电子地图单位相同，确定起始栅格地理坐标，确定用于存储栅格化地理实体信息的二维数组的空间大小；

3）电子地图中地理实体的空间信息栅格化处理：将电子地图访问单元得到的点、线、面三类地理实体的空间信息进行栅格化处理，将采集的地理实体的空间信息按如下的方法转化成栅格形式的信息数据：

a、点实体空间信息的栅格化处理

根据已经得到的栅格分辨率和电子地图覆盖范围给出的初始位置坐标，得到点实体位置对应的栅格位置坐标，将该点实体的属性信息按照d）进行转换，将转换后的信息存放到该栅格对应的数组单元中；

b、线实体空间信息的栅格化处理

根据已经得到的栅格分辨率和电子地图覆盖范围给出的初始位置坐标，按照横或纵坐标方向对线实体以栅格横或纵坐标方向分辨率对线实体进行采样，将得到的采样点为线实体关节点，并点实体的栅格化处理方法对线实体关节点栅格化处理，从而得到该线实体所有关节点的采样点栅格坐标，并以此为线实体的栅格化表示。在此基础上，将该线实体的属性信息按照特征4）中给出的方法进行转换，并将转后的信息存入该线实体关节点的栅格对应的数组单元中；

c、面实体空间信息的栅格化处理

根据已经得到的栅格分辨率和电子地图覆盖范围，将该覆盖范围分割为栅格，以上各个栅格中的某一指定点作为采样代替栅格，判断该点是否在面实体范围内，如在面实体范围内，按照点实体的栅格化处理方法对以上采样点进行栅格化处理，得到该采样点的栅格坐标，重复以上过程，确定面实体覆盖的所有栅格的栅格位置坐标，实现面实体的栅格化处理；在此基础上，将该面实体的属性信息按照特征d）中给出的方法进行转换，并将转后的信息存入该面实体的栅格对应的数组单元中；

d）地理实体属性信息的栅格化编码处理

将属于某栅格的各个地理实体，按照地图图层——地理实体——属性信息三个层次对属性信息进行编码，即该实体所属图层，实体名（编号）和实体的属性信息进行编码，将以上信息及属于某栅格的各个地理实体以不同的分隔符分隔，得到属于该栅格的所有地理实体信息，完成地理实体属性的栅格化编码；

4）坐标转换，主要完成：

（1）地理实体的地理空间位置坐标与栅格坐标的转换：在已知栅格分辨率和起始栅格起对应地理空间坐标的条件下，完成电子地图中地理实体坐标与栅格坐标的双向转换；

（2）栅格坐标与二维数组单元地址的转换：在已经设置好的栅格横向和纵向栅格单元数的条件下，完成网格数组下标与二维数组单元地址的双向转换；

5）基于栅格化地理数据的地理信息快速查询：完成基于空间条件的地理实体查询；建立属性信息内容与栅格位置关系索引表，完成基于属性条件的查询：

（1）基于空间位置信息条件的快速查询

通过空间位置信息与栅格位置的对应关系，由空间位置信息得到栅格位置，再由栅格位置与二维数组单元的对应关系，从数组单元中取出其中内容，通过解码得到查询结果；

2）基于属性信息条件的快速查询

通过属性信息内容与栅格位置关系的索引表，在需要根据属性信息对地理数据进行访问的时候，通过索引表栅格位置，再根据该栅格位置得到对应的数组下标，通过解码得到查询结果。

上述步骤1）中采集的常用的电子地图信息包括采集ArcGis，MapInfo，Mapgis和SuperMap地图数据文件中的点实体，线实体和面实体的空间信息和属性信息。

步骤2）中：所述定栅格分辨率为一个栅格沿横坐标方向和纵坐标方向上的长度，记为（X_R，Y_R）其中，X_R为沿栅格横坐标方向的分辨率，Y_R为沿栅格横坐标方向的分辨率，单位与栅格化前的电子地图单位相同。

显然，通过本发明的方法可以简单易行的建立栅格化电子地图，并实现对地图的快速查找。

附图说明

附图1为发明方法涉及的步骤的关系框图；

附图2为线实体的栅格化处理示意图；

附图3为地理实体属性的编码结构示意图；

附图4基于属性信息的地理数据快速访问的示意图。

具体实施方式

本发明步骤3）中的地理实体信息的栅格化处理

（1）对点实体的空间信息的栅格化处理

设点实体的坐标为(X_A，Y_A)，根据栅格分辨率(X_R，Y_R)，点实体A在栅格位置(m，n)为：

Figure 2010105656610100002DEST_PATH_IMAGE001

（Ⅰ式）

（Ⅰ）式中

为取整操作，(X_O，Y_O)为起始栅格地理对应的地理坐标。

在此基础上，将该点实体的属性信息按照本步骤以下（4）给出的方法进行编码转换，即将栅格坐标转换成二维数组下标，再将转后的属性信息存储到位置为(m，n)的栅格所对应的二维数组单元中。

（2）对线实体的空间信息的栅格化处理

如图2所示，根据已经得到的栅格分辨率和电子地图覆盖范围给出的初始位置坐标，按照横（纵）坐标方向对线实体以栅格横（纵）坐标方向分辨率对线实体进行采样，将得到的采样点P₁，P₂，．．．，P_K-1和P_K为线实体关节点，并按照点实体的栅格化处理方法对线实体关节点坐标进行栅格化处理，从而得到该线实体所有关节点的采样点栅格坐标(m₁，n₁)，(m₂，n₂)，(m₃，n₃)，．．．，(m_K-1，n_K-1)和(m_K，n_K)。

在此基础上，将该线实体的属性信息按照以下（4）给出的方法进行编码转换，将栅格坐标转换成二维数组下标，将转换后的该线线实体的属性信息存储到由以上得到的栅格位置为(m₁，n₁)，(m₂，n₂)，(m₃，n₃)，．．．，(m_K-1，n_K-1)和(m_K，n_K)的栅格所对应的二维数组单元中。

（3）对面实体的空间信息的栅格化处理

根据已经得到的栅格分辨率和电子地图覆盖范围，将该面实体R覆盖区域分割为栅格，将以上各个栅格中的某一指定点（如中心点）作为采样点代替栅格，判断该点是否在面实体R范围内，如在R范围内，按照点实体的栅格化处理方法对以上采样点进行栅格化处理，得到该采样点的栅格坐标，重复以上过程，确定R覆盖的所有栅格的栅格位置坐标，实现面实体R的栅格化理。

在此基础上，将面实体R的属性信息按照以下（4）中给出的方法进行编码转换，利用坐标转换将栅格坐标转换成二维数组下标，再将转后的该面实体的属性信息存储到由以上得到的该面实体R覆盖的栅格所对应的数组单元中。

（4）地理实体属性信息的栅格化编码处理

如图3所示，将属于某栅格的各个地理实体，按照地图图层——地理实体——属性信息三个层次，根据图3给出的属性结构，对属性信息进行编码，即对该实体所属地图图层，地理实体（地理实体名或者地理实体编号）和地理实体的属性信息进行编码，并将以上信息及属于某栅格的各个地理实体以不同的分隔符分隔，得到属于该栅格的所有地理实体信息，完成地理实体属性的栅格化编码。

（5）对二维数组数据文件进行存储

在完成栅格化处理后，将存有地理信息二维数组，栅格分辨率，起始栅格对应地理坐标和栅格化范围等信息进行存储。

本发明步骤5）中的基于栅格数据的地理信息快速访问

（1）地理信息快速访问

① 基于空间坐标的地理信息快速访问

基于空间坐标的快速访问基本过程如下：

a. 根据指定范围边界确定范围栅格相对位置坐标

根据本发明方法步骤3）中对面实体的空间信息的栅格化处理中给出的原理，将指定范围看作一个面实体，得到该范围的覆盖的栅格的栅格绝对位置坐标，所述栅格绝对位置坐标为以栅格起始点为参考起始点的坐标。在此基础上，以范围某一点（如范围中心点或者是包含范围的最小矩形的定点或者中心点等）为基准点，由栅格绝对位置坐标得到范围覆盖的栅格的相对栅格位置坐标，所述栅格相对位置坐标为以基准点为参考起始点的坐标。

b. 根据当前指定范围的基准点得到栅格绝对位置

根据给出的当前基准点坐标，及通过转换得到对应基准点的栅格坐标，再由a.中的栅格相对位置坐标得到指定范围的栅格绝对坐标。

c. 根据当前范围的栅格绝对位置得到指定范围内的地理实体信息

根据当前范围的栅格绝对位置，由坐标转换得到存放地理信息的二维数组单元下标，取出其存放在该单元的数据，又对其进行解码，得到范围内各个栅格的地理信息。其解码主要分为如下几步：

a) 查找实体分隔符；

b) 分别存储分隔符前存储内容；

c) 在分隔符后的存储内容中查找实体分隔符，直至结束。

② 基于属性信息的地理信息快速访问

如图4所示，属性信息（如地名）进行空间信息访问的过程如下：

a. 利用内存管理功能单元S6生成二维数组用于存放属性信息内容与栅格位置关系的索引表，基于存放地理信息的二维数组单元查找相关属性，并得到二维数组单元位置，由坐标转换计算功能单元S5得到栅格位置，利用栅格化电子地图的维护功能单元S2建立属性信息内容与栅格位置关系的索引表，存放到由内存管理功能单元S6生成二维数组中。

b. 根据当前属性条件得到存放对应属性信息的栅格绝对位置

通过a.建立的属性信息内容与栅格位置关系的索引表。通过索引表确定栅格位置。

c. 根据当前范围的栅格绝对位置由坐标转换计算功能单元S5得到指定范围内的地理实体信息。

过程与①基于空间坐标的地理信息快速访问中的c相同。

以下以在城市中危险品运输车辆实时监控及应急管理为例，对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

在危险品运输中，主要关心的问题是当前运输车辆对周围的影响，在出现爆炸泄漏等紧急情况时，需要在极短时间内对车辆周围区域影响进行分析；在正常情况下，也需要实时模拟如果出现爆炸泄漏事故，对当前位置周围区域的危险性分析，由于车辆在不停移动，因此需要持续完成对以上分析。

为此，可将本发明中提及的方法应用于以上实例中。其过程如下：

1）利用本发明方法对车辆运行周边范围的地理信息栅格化处理，并将处理结果进行存储。

2）实时监控并按照以下步骤完成实时分析

（1）将上述1）中存放的在车辆运行周边范围的栅格化地理信息，存放到二维数组中。同时以危险品位置为基准点，按照前述“根据指定范围边界确定范围栅格相对位置坐标”方法，结合危险品特点，确定危险品影响范围的栅格相对位置坐标。

（2）在正常情况下，根据车辆传回的位置信息，模拟在线分析危险品出现爆炸或者泄漏等事故对周围环境的影响。其过程为：

① 利用前述 “对点实体的空间信息的栅格化处理”中的方法得到车辆当前位置对应的栅格位置，并以该栅格位置为基准点，根据已经确定的上述危险品影响范围的栅格相对位置坐标，计算得到危险品在当前位置如果出现爆炸或者泄漏等事故所影响的周围区域范围的栅格绝对坐标。

② 利用坐标转换得到以上周围区域范围的栅格绝对坐标对应的二维数组单元下标位置，从二维数组单元中取出存储内容，并对取出存储内容进行解码。重复以上过程直至范围内所有栅格对应信息都被处理完，于是就得到范围内的相关地理信息。

（3）在出现危险品爆炸或者泄漏的事故时，根据事故应急管理的需要，分别按照基于空间位置条件和基于属性信息，访问指定地点（主要为事故点）的位置信息，快速分析危险品出现爆炸或者泄漏等事故对周围环境的影响。其过程为：

① 根据空间位置条件访问指定地点（主要为事故发生地点）周围的地理信息

该过程与本具体实施例中（2）“在正常情况下，根据车辆传回的位置信息，模拟在线分析危险品出现爆炸或者泄漏等事故对周围环境的影响。”过程类似，唯一区别是本具体实施例中（2）中的“车辆当前位置”在本过程中为“指定地点（主要为事故发生地点）”

② 根据属性信息条件访问指定具有某个属性特征值（如地名）的地点的周围的地理信息

该过程中，首先根据属性信息条件，利用本发明提及 “基于栅格数据的地理信息快速查询”中的②“基于属性信息的地理信息快速访问”的方法，结合属性信息内容与栅格位置关系的索引表，得到符合指定属性信息条件（如地名）对应栅格单元的栅格绝对坐标，在以栅格单元的栅格绝对坐标为基准点。

然后，利用本发明提及的 “基于栅格数据的地理信息快速查询”中的（1）“地理信息快速访问”中的① “基于空间坐标的地理信息快速访问”中的a.“根据指定范围边界确定范围栅格相对位置坐标”方法，确定指定地点周围范围的栅格相对位置坐标。

最后，采用与本具体方式中2）中的（2）中的②提出的方法得到以上范围对应的相关地理信息。

Claims

1.一种便于快速查询的电子地图信息栅格化处理及查询方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2）设定栅格化电子地图的基本参数：根据实际应用要求，确定需要栅格化处理的电子地图覆盖范围，确定栅格分辨率，所述分辨率为一个栅格沿横坐标方向和纵坐标方向上的长度，单位与栅格化前的电子地图单位相同，确定起始栅格地理坐标，确定用于存储栅格化地理实体信息的二维数组的空间大小；

3）电子地图中地理实体的空间信息栅格化处理：将采集得到的点、线、面三类地理实体的空间信息进行栅格化处理，将采集的地理实体的空间信息按如下的方法转化成栅格形式的信息：

a、点实体空间信息的栅格化处理

根据已经得到的栅格分辨率和电子地图覆盖范围给出的起始栅格地理坐标，点实体A的栅格位置坐标(m，n)为：

式中[ ]为取整操作，(X_O，Y_O)为起始栅格对应的地理坐标, (X_A，Y_A)为点实体A的位置坐标，(X_R，Y_R) 为栅格分辨率，将该点实体的属性信息按照以下d步骤进行转换，将转换后的信息存放到该栅格对应的数组单元中；

b、线实体空间信息的栅格化处理

根据已经得到的栅格分辨率和电子地图覆盖范围给出的起始栅格地理坐标，按照横坐标方向对线实体以栅格横坐标方向分辨率对线实体进行采样，或按照纵坐标方向对线实体以栅格纵坐标方向分辨率对线实体进行采样，将得到的采样点为线实体关节点，并按照点实体的栅格化处理方法对线实体关节点栅格化处理，从而得到该线实体所有关节点的采样点栅格位置坐标，并以此为线实体的栅格化表示；在此基础上，将该线实体的属性信息按照以下d步骤中给出的方法进行转换，并将转后的信息存入该线实体关节点的栅格对应的数组单元中；

c、面实体空间信息的栅格化处理

根据已经得到的栅格分辨率和电子地图覆盖范围，将该覆盖范围分割为栅格，以各个栅格中的某一指定点作为采样点代替栅格，判断该点是否在面实体范围内，如在面实体范围内，按照点实体的栅格化处理方法对以上采样点进行栅格化处理，得到该采样点的栅格位置坐标，重复以上过程，确定面实体覆盖的所有栅格的栅格位置坐标，实现面实体的栅格化处理；在此基础上，将该面实体的属性信息按照以下d步骤中给出的方法进行转换，并将转后的信息存入该面实体的栅格对应的数组单元中；

d、地理实体属性信息的栅格化编码处理

将属于某栅格的各个地理实体，按照地图图层——地理实体——属性信息三个层次对属性信息进行编码，即该实体所属图层，实体名和实体的属性信息进行编码，将以上信息及属于某栅格的各个地理实体以不同的分隔符分隔，得到属于该栅格的所有地理实体信息，完成地理实体属性的栅格化编码；

4）坐标转换，主要完成：

（1）地理实体的地理空间位置坐标与栅格位置坐标的转换：在已知栅格分辨率和起始栅格对应地理实体的地理空间位置的条件下，完成电子地图中地理实体的地理空间位置坐标与栅格位置坐标的双向转换；

（2）栅格位置坐标与二维数组单元地址的转换：在已经设置好的栅格横向和纵向栅格单元数的条件下，完成栅格所对应的数组下标与二维数组单元地址的双向转换；

5）基于栅格化地理数据的地理信息快速查询：包括基于空间条件的地理实体查询；建立属性信息内容与栅格位置关系索引表，完成基于属性条件的查询：

（1）基于空间位置信息条件的快速查询

（2）基于属性信息条件的快速查询

通过属性信息内容与栅格位置关系的索引表，在需要根据属性信息对地理数据进行访问的时候，根据当前属性条件得到存放对应属性信息的栅格绝对位置，再根据该栅格绝对位置由坐标转换得到对应的存放地理信息的二维数组单元下标，从数组单元取出存放的数据,对该数据进行解码得到查询结果。