CN102116862B - 一种适合地图投影变换的srtm数据处理方法及装置 - Google Patents

一种适合地图投影变换的srtm数据处理方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种适合地图投影变换的SRTM数据处理方法及装置，所述方法包括：将原始SRTM数据按照经纬度等分为数据块，每个数据块的经纬度间隔相等；将每个SRTM数据块按照分辨率分为不同等级的多个SRTM文件；将每个SRTM文件转换为预定义的文件格式存储。根据这样的文件结构，可以较快定位某个经纬度点在屏幕图像中的位置。而且，这种文件分级方法，可以满足屏幕图像中不同位置需要不同级别文件的要求，很好地符合了非经纬度线性投影模式下，不同位置需要不同分辨率精度的文件的需求。

Description

一种适合地图投影变换的SRTM数据处理方法及装置
技术领域
本发明涉及GIS技术领域，特别是涉及一种适合地图投影变换的SRTM数据处理方法及装置。
背景技术
SRTM数据是一种存储地表高度信息的数据SRTM数据主要是由美国太空总署(NASA)和国防部国家测绘局(NIMA)联合测量的，SRTM的全称是Shuttle Radar Topography Mission，即航天飞机雷达地形测绘使命。
地图投影是指建立地球表面(或其他星球表面或天球面)上的点与投影平面(即地图平面)上的点之间的一一对应关系的方法，即建立之间的数学转换公式。地图投影是将一个不可展平的曲面即地球表面投影到一个平面的基本方法，保证了空间信息在区域上的联系与完整。这个投影过程将产生投影变形，而且不同的投影方法具有不同性质和大小的投影变形。常见的地图投影模式有兰伯特投影、麦卡托投影、北半球极地投影、南半球极地投影、经纬度线性投影、非经纬度线性投影等。
SRTM数据常用于地图制作，为了满足地图制作系统的速度，需要较为快速的读取SRTM数据。
而且，在制作地图过程中，通常要改变投影模式，投影模式的转换过程中也需要快速查找SRTM数据。这是因为：投影模式的改变会使屏幕上每个像素点的经纬度发生变化，除经纬度线性投影模式外，其他投影模式下屏幕上的点坐标跟经纬度坐标之间没有线性关系。而SRTM文件是以经纬度线性投影方式来存储的，当STRM文件读入内存之后，在非经纬度线性投影的情况下，高度数据需要每个像素点逐个赋值，无法使用memcpy等快速拷贝函数，所以需要在SRTM数据中快速查找屏幕上的某个像素点的高度值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适合地图投影变换的SRTM数据处理方法及装置，以便能快速读取SRTM数据。
为了解决上述问题，本发明公开了一种适合地图投影变换的SRTM数据处理方法，包括：
将原始SRTM数据按照经纬度等分为数据块，每个数据块的经纬度间隔相等；
将每个SRTM数据块按照分辨率分为不同等级的多个SRTM文件；
将每个SRTM文件转换为预定义的文件格式存储。
其中，所述预定义的文件格式包括：
文件头和数据部分，其中，
文件头用于描述SRTM数据块中所有点的信息，每个点的信息包括图像宽度、图像高度、1个像素点所占经度范围、1个像素点所占纬度范围、左下点经度坐标和左下点纬度坐标；
数据部分用于存储文件头所描述的所有点的高度信息。
优选的，所述方法还包括：
根据以下计算式确定某个点(经度坐标为L，纬度坐标为B)在文件数据部分的位置：
((B-m_dBLeftBottom)/m_dBPerPixel)*m_nWidth+(L-m_dLLeftBottom)/m_dLPerPixel；
其中，m_dBLeftBottom表示左下点纬度坐标，m_dBPerPixel表示1个像素点所占纬度范围，m_nWidth表示图像宽度，m_dLLeftBottom表示左下点经度坐标，m_dLPerPixel表示1个像素点所占经度范围。
其中，所述数据部分按照先左后右、先下后上的方式，存储文件头所描述的所有点的高度信息。
优选的，所述方法还包括：
针对屏幕图像上不同的位置，读取不同等级的SRTM文件。
优选的，每个SRTM数据块的经度间隔都为5°，纬度间隔都为5°；
每个SRTM数据块按照分辨率分为6个等级的SRTM文件。
本发明还提供了一种适合地图投影变换的SRTM数据处理装置，包括：
数据分块模块，用于将原始SRTM数据按照经纬度等分为数据块，每个数据块的经纬度间隔相等；
数据分级模块，用于将每个SRTM数据块按照分辨率分为不同等级的多个SRTM文件；
格式转换模块，用于将每个SRTM文件转换为预定义的文件格式存储。
其中，所述预定义的文件格式包括：
文件头和数据部分，其中，
文件头用于描述SRTM数据块中所有点的信息，每个点的信息包括图像宽度、图像高度、1个像素点所占经度范围、1个像素点所占纬度范围、左下点经度坐标和左下点纬度坐标；
数据部分用于存储文件头所描述的所有点的高度信息。
优选的，所述装置还包括：
位置计算模块，用于根据以下计算式确定某个点(经度坐标为L，纬度坐标为B)在文件数据部分的位置：
((B-m_dBLeftBottom)/m_dBPerPixel)*m_nWidth+(L-m_dLLeftBottom)/m_dLPerPixel；
其中，m_dBLeftBottom表示左下点纬度坐标，m_dBPerPixel表示1个像素点所占纬度范围，m_nWidth表示图像宽度，m_dLLeftBottom表示左下点经度坐标，m_dLPerPixel表示1个像素点所占经度范围。
优选的，所述装置还包括：
数据读取模块，用于针对屏幕图像上不同的位置，读取不同等级的SRTM文件。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
首先，本发明将原始SRTM数据转换为预定义的文件格式，该文件格式包括文件头和数据部分，其中，文件头用于描述SRTM数据块中所有点的信息，每个点的信息包括图像宽度、图像高度、1个像素点所占经度范围、1个像素点所占纬度范围、左下点经度坐标和左下点纬度坐标；数据部分用于存储文件头所描述的所有点的高度信息。根据这样的文件结构，可以较快定位某个经纬度点在屏幕图像中的位置。
其次，本发明原始SRTM数据按照经纬度等分为数据块，并将每个SRTM数据块按照分辨率分为不同等级的多个SRTM文件。这种文件分级方法，可以满足屏幕图像中不同位置需要不同级别文件的要求，很好地符合了非经纬度线性投影模式下，不同位置需要不同分辨率精度的文件的需求。而且，世界范围内同一级别的文件个数是相等的(即所有的Level_00级别的文件个数与所有的Level_01的文件个数相等)，不会导致小文件过多等问题。
附图说明
图1是本发明实施例中南半球投影下的中国地图；
图2是本发明实施例所述一种适合地图投影变换的SRTM数据处理方法流程图；
图3是本发明实施例所述一种适合地图投影变换的SRTM数据处理装置的结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
为了快速读取SRTM数据，本发明提出了一种SRTM数据处理方法，适合于地图投影变换中快速查找某个经纬度点的高度值。
本发明主要从两个方面对原始SRTM数据进行处理：
第一，将原始SRTM文件转换为预定义的文件格式存储；
这种文件结构，可以较快定位某个经纬度点在屏幕图像中的位置。
第二，将SRTM数据按照分辨率进行分级，每个等级的数据分辨率不同。
这种文件分级方法，可以满足屏幕图像中不同位置需要不同级别文件的要求，很好地符合了非经纬度线性投影模式下，不同位置需要不同分辨率精度的文件的需求。
下面通过实施例分别进行说明。
1、将原始SRTM文件转换为预定义的文件格式存储
预定义的文件是按照经纬度线性投影方式来存储的，包括文件头和数据部分。
其中，文件头的定义如表1：
  4个字节(DWORD)   文件版本号
  4个字节(INT)   图像宽度
  4个字节(INT)   图像高度
  8个字节(DOUBLE)   1个像素点所占经度范围
  8个字节(DOUBLE)   1个像素点所占纬度范围
  8个字节(DOUBLE)   左下点经度坐标
  8个字节(DOUBLE)   左下点纬度坐标
  4个字节(DWORD)   保留1
  4个字节(DWORD)   保留2
表1
其中，“保留1”和“保留2”是预留的字节，用于扩展使用。
预定义文件的数据部分存储所有文件头所描述的所有点的高度信息，每个点都是一个short型，占两位，按照先左后右、先下后上的方式存储。以左下点经度坐标为85度，纬度坐标为30度，图像高度为200，图像宽度为200，1像素占经度范围为0.025，1像素占纬度范围为0.025为例，它的数据部分如表2：
  位置(字节)   数据类型   存储内容
  0-1   short   点(经度85.000，纬度30.000)的高度
  2-3   short   点(经度85.025，纬度30.000)的高度
  4-5   short   点(经度85.050，纬度30.000)的高度
  ……   ……   ……
  200-201   short   点(经度85.000，纬度30.025)的高度
  202-203   short   点(经度85.025，纬度30.025)的高度
  204-205   short   点(经度85.050，纬度30.025)的高度
  ……   ……   ……
表2
基于表1和表2，存储左下点的经度坐标、左下点的纬度坐标以及1个像素所占的经度范围、纬度范围，其主要目的是快速找到某个经纬度点在文件数据部分中的位置。
例如，若文件类的成员变量如下：
UINT m_nWidth；//图像宽度
UINT m_nHeight；//图像高度
double m_dLPerPixel；//每个像素所占的经度
double m_dBPerPixel；//每个像素所占的纬度
double m_dLLeftBottom；//左下点的经度坐标
double m_dBLeftBottom；//左下点的纬度坐标
则点(经度坐标为：L，纬度坐标为：B)在文件数据部分的位置为：
((B-m_dBLeftBottom)/m_dBPerPixel)*m_nWidth+(L-m_dLLeftBottom)/m_dLPerPixel。
通过以上计算式，就可以快速定位某个经纬度点在屏幕图像中的位置。
2、将SRTM数据按照分辨率进行分级，每个等级的数据分辨率不同
参照图1，是本发明实施例中南半球投影下的中国地图。
图1中的灰色线代表间距为5度的经纬线，经纬线把图像分成很多个“方格”(即数据块)，每个“方格”所覆盖的经纬度范围是相同的，都为5经度*5纬度。从图1中可以发现，在图像中不同的位置，每个“方格”所占的面积不等，也就表示，每个“方格”所需要的数据文件的精度等级是不一样的。如果对整幅图像读入同一精度等级的文件，如果按照最高精度等级的文件来读，则造成读入的文件过大，影响效率、浪费内存；如果不按照最高精度等级的文件来读，则会造成图像某些位置模糊不清。
由于每个“方格”所需要的精度可以不一样，所以有必要以每个方格为单位，进行分级。
分级的方法为：
(1)以每个“方格”为单位进行分级；
(2)每个“方格”的范围都为5经度*5纬度；
(3)每个“方格”分为6个不同级别的文件，分别为Level_00至Level_05。其中，Level_00的精度最低，Level_05的精度最高，下一级别的精度约为上一级别精度的2倍。
每个级别文件的信息如表3：
  级别   图像宽度   图像高度  1像素点所占经度  1像素点所占纬度
  Level_00   200   200   0.025   0.025
  Level_01   400   400   0.0125   0.0125
  Level_02   800   800   0.00625   0.00625
  Level_03   1600   1600   0.003125   0.003125
  Level_04   3200   3200   0.0015625   0.0015625
  Level_05   6000   6000   0.000833333333333   0.000833333333333
表3
这样，每个“方格”的数据都按照6种分辨率存为6个文件，在不同的显示精度要求下，可以从不同等级的文件中读取符合当前显示精度要求的数据。
因此，这种文件分级方法，可以满足屏幕图像中不同位置需要不同级别文件的要求，很好地符合了非经纬度线性投影模式下，不同位置需要不同分辨率精度的文件的需求。而且，世界范围内同一级别的文件个数是相等的(即所有的Level_00级别的文件个数与所有的Level_01的文件个数相等)，不会导致小文件过多等问题。
基于上述内容，参照图2，是本发明实施例所述一种适合地图投影变换的SRTM数据处理方法流程图。
步骤201，将原始SRTM数据按照经纬度等分为数据块，每个数据块的经纬度间隔相等；
每个数据块即指上述的每个“方格”，每个数据块表示的经纬度范围大小相等，例如，每个数据块的经度间隔都为5°，纬度间隔都为5°。
步骤202，将每个SRTM数据块按照分辨率分为不同等级的多个SRTM文件；
例如，将每个数据块按照分辨率分为6个等级的SRTM文件，每个等级的SRTM文件表示一种分辨率。这样，针对屏幕图像上不同的位置，可以读取不同等级的SRTM文件。
步骤203，将每个SRTM文件转换为预定义的文件格式存储。
所述预定义的文件格式包括文件头和数据部分，其中，文件头用于描述SRTM数据块中所有点的信息，每个点的信息包括图像宽度、图像高度、1个像素点所占经度范围、1个像素点所占纬度范围、左下点经度坐标和左下点纬度坐标等信息；数据部分用于存储文件头所描述的所有点的高度信息。而且，所述数据部分按照先左后右、先下后上的方式，存储文件头所描述的所有点的高度信息。
基于上述文件格式，根据以下计算式就可以确定某个点(经度坐标为L，纬度坐标为B)在文件数据部分的位置：
((B-m_dBLeftBottom)/m_dBPerPixel)*m_nWidth+(L-m_dLLeftBottom)/m_dLPerPixel；
其中，m_dBLeftBottom表示左下点纬度坐标，m_dBPerPixel表示1个像素点所占纬度范围，m_nWidth表示图像宽度，m_dLLeftBottom表示左下点经度坐标，m_dLPerPixel表示1个像素点所占经度范围。
针对上述方法实施例，本发明还提供了相应的装置实施例。
参照图3，是本发明实施例所述一种适合地图投影变换的SRTM数据处理装置的结构图。
所述装置主要包括：
数据分块模块31，用于将原始SRTM数据按照经纬度等分为数据块，每个数据块的经纬度间隔相等；
数据分级模块32，用于将每个SRTM数据块按照分辨率分为不同等级的多个SRTM文件；
格式转换模块33，用于将每个SRTM文件转换为预定义的文件格式存储。
其中，所述预定义的文件格式包括文件头和数据部分，其中：
文件头用于描述SRTM数据块中所有点的信息，每个点的信息包括图像宽度、图像高度、1个像素点所占经度范围、1个像素点所占纬度范围、左下点经度坐标和左下点纬度坐标；
数据部分用于存储文件头所描述的所有点的高度信息。
而且，所述数据部分是按照先左后右、先下后上的方式，存储文件头所描述的所有点的高度信息。
优选的，基于上述文件格式，所述装置还可以包括：
位置计算模块34，用于根据以下计算式确定某个点(经度坐标为L，纬度坐标为B)在文件数据部分的位置：
((B-m_dBLeftBottom)/m_dBPerPixel)*m_nWidth+(L-m_dLLeftBottom)/m_dLPerPixel；
其中，m_dBLeftBottom表示左下点纬度坐标，m_dBPerPixel表示1个像素点所占纬度范围，m_nWidth表示图像宽度，m_dLLeftBottom表示左下点经度坐标，m_dLPerPixel表示1个像素点所占经度范围。
优选的，基于上述文件分级，所述装置还可以包括：
数据读取模块35，用于针对屏幕图像上不同的位置，读取不同等级的SRTM文件。
综上所述，根据所述文件结构，所述装置可以较快定位某个经纬度点在屏幕图像中的位置。而且，根据所述文件分级，所述装置还可以满足屏幕图像中不同位置需要不同级别文件的要求。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上对本发明所提供的一种适合地图投影变换的SRTM数据处理方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种适合地图投影变换的SRTM数据处理方法，其特征在于，包括：
将原始SRTM数据按照经纬度等分为数据块，每个数据块的经纬度间隔相等；
将每个SRTM数据块按照分辨率分为不同等级的多个SRTM文件；
将每个SRTM文件转换为预定义的文件格式存储；
针对屏幕图像上不同的位置，读取不同等级的SRTM文件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定义的文件格式包括：
文件头和数据部分，其中，
文件头用于描述SRTM数据块中所有点的信息，每个点的信息包括图像宽度、图像高度、1个像素点所占经度范围、1个像素点所占纬度范围、左下点经度坐标和左下点纬度坐标；
数据部分用于存储文件头所描述的所有点的高度信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
根据以下计算式确定某个点（经度坐标为L，纬度坐标为B）在文件数据部分的位置：
((B-m_dBLeftBottom)/m_dBPerPixel)*m_nWidth+(L-m_dLLeftBottom)/m_dLPerPixel；
其中，m_dBLeftBottom表示左下点纬度坐标，m_dBPerPixel表示1个像素点所占纬度范围，m_nWidth表示图像宽度，m_dLLeftBottom表示左下点经度坐标，m_dLPerPixel表示1个像素点所占经度范围。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述数据部分按照先左后右、先下后上的方式，存储文件头所描述的所有点的高度信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
每个SRTM数据块的经度间隔都为5°，纬度间隔都为5°；
每个SRTM数据块按照分辨率分为6个等级的SRTM文件。
6.一种适合地图投影变换的SRTM数据处理装置，其特征在于，包括：
数据分块模块，用于将原始SRTM数据按照经纬度等分为数据块，每个数据块的经纬度间隔相等；
数据分级模块，用于将每个SRTM数据块按照分辨率分为不同等级的多个SRTM文件；
格式转换模块，用于将每个SRTM文件转换为预定义的文件格式存储；
数据读取模块，用于针对屏幕图像上不同的位置，读取不同等级的SRTM文件。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预定义的文件格式包括：
文件头和数据部分，其中，
文件头用于描述SRTM数据块中所有点的信息，每个点的信息包括图像宽度、图像高度、1个像素点所占经度范围、1个像素点所占纬度范围、左下点经度坐标和左下点纬度坐标；
数据部分用于存储文件头所描述的所有点的高度信息。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：
位置计算模块，用于根据以下计算式确定某个点（经度坐标为L，纬度坐标为B）在文件数据部分的位置：
((B-m_dBLeftBottom)/m_dBPerPixel)*m_nWidth+(L-m_dLLeftBottom)/m_dLPerPixel；
其中，m_dBLeftBottom表示左下点纬度坐标，m_dBPerPixel表示1个像素点所占纬度范围，m_nWidth表示图像宽度，m_dLLeftBottom表示左下点经度坐标，m_dLPerPixel表示1个像素点所占经度范围。
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