CN102542901A

CN102542901A - 用于电子地图的线段抽稀装置及其方法

Info

Publication number: CN102542901A
Application number: CN2010105993169A
Authority: CN
Inventors: 鹿培信
Original assignee: Shanghai Pateo Electronic Equipment Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Pateo Connect and Technology Shanghai Corp
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: CN102542901B

Abstract

本发明公开了一种用于电子地图的线段抽稀装置及其方法，该装置包括：地图导入模块，阈值设定模块，垂距计算模块，将所述曲线的首点PS、尾点PE连成的直线作为基准线，计算所述曲线上其余各端点到直线PS-PE的最大垂距dm；夹角计算模块，将最大垂距点记为Pm，并计算出矢量PS-Pm与矢量Pm-PE的夹角a；线段抽稀模块，比较dm与D，a与A的大小，如果dm≤D且a≤A，则曲线仅保留首尾点PS、PE，其余点全部舍去；如果dm＞D或者a＞A，则以Pm点将该曲线分为两部分，分别对该两部分重复进行垂距计算、夹角计算及线段抽稀，直到dm≤D且a≤A。本发明既能保证抽稀力度，保证一定的压缩率，又能兼顾抽稀形变，保证抽稀后线段的平滑度，不会使原线型过度失真。

Description

用于电子地图的线段抽稀装置及其方法

技术领域

本发明涉及GIS数据、图像数据处理领域，特别是涉及基于折线的数据压缩方法，尤其是涉及一种用于电子地图的线段抽稀装置及其方法。

背景技术

在对电子地图的处理过程中，以嵌入式车载导航设备为例，由于其受到外存及内存容量的限制，在满足显示功能要求的情况下总是要将显示用的地图数据进行抽稀，以减小地图大小。传统的矢量数据压缩方法中的道格拉斯-普克法(简称DP算法)较为常用，其基本思路如图1所示：对每一条曲线的首末点虚连一条直线。求所有点与直线的距离，找出最大距离值dmax。用dmax与阈值D相比；若dmax＞D，这条曲线上的中间点全部舍去；若dmax≥D，保留dmax对应的坐标点，并以该点为界，把曲线分为两部分，对这两部分重复使用该方法。

但分析数据处理结果发现，道格拉斯在曲率较小的地方，抽稀力度不够，有些点没有抽稀掉，压缩率低，如图2中的A点；而曲率较大的地方，抽稀幅度过大，平滑度不够，失真比较严重，如图3所示。即对弧度较大的近似曲线的路段则抽移后给人以明显的棱角感，尤其在大比例尺地图下最为明显。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的方法在曲率较小的地方压缩率低、曲率较大的地方失真严重的缺陷，提供一种兼顾压缩率和平滑度的用于电子地图的线段抽稀装置及其方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种用于电子地图的线段抽稀装置，其特点在于，其包括以下模块：

地图导入模块，用于将电子地图分割成若干条线路，然后将所述线路转化成对应的曲线；

阈值设定模块，用于分别设定距离阈值D，角度阈值A；

垂距计算模块，用于将所述曲线的首点PS、尾点PE连成的直线作为基准线，计算所述曲线上其余各端点到直线PS-PE的最大垂距dm；

夹角计算模块，用于将最大垂距点记为Pm，并计算出矢量PS-Pm与矢量Pm-PE的夹角a；

线段抽稀模块，用于比较dm与D，a与A的大小，如果dm≤D且a≤A，则曲线仅保留首尾点PS、PE，其余点全部舍去；如果dm＞D或者a＞A，则以Pm点将该曲线分为两部分，分别对该两部分重复进行垂距计算、夹角计算及线段抽稀，直到dm≤D且a≤A。

较佳地，该装置还包括一遍历模块，用于对该地图上其他的曲线依次进行遍历，重复进行垂距计算、夹角计算及线段抽稀，直到完成对该地图上所有曲线的抽稀。

较佳地，垂距计算模块中，垂距采用如下公式计算，PS-P-PE组成三角形，求其面积Area和底边PS-PE的长度Base，然后用三角形面积公式求其高获得垂距d，其中Area＝|(1/2)(x1y2+x2y3+x3y1-x2y1-x3y2-x1y3)|，Base＝v((x1-x2)^2+(x1-x2)^2)，d＝2*Area/Base，其中(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)分别为点PS、P、PE的坐标。

较佳地，夹角计算模块中，先计算cos(a)＝(x1x2+y1y2)/(v((x1^2+x2^2)*(x2^2+y2^2))，从而得出夹角a＝acrcos((x1x2+y1y2)/(v((x1^2+x2^2)*(x2^2+y2^2)))，其中，x1＝Pm.x-PS.x，y1＝Pm.y-PS.y，x2＝PE.x-Pm.x，y2＝PE.y-Pm.y，Pm.x、Pm.y、PS.x、PS.y、PE.x以及PE.y分别为点Pm、PS和PE的(x，y)坐标。

较佳地，所述电子地图为用于车载导航设备上的电子地图。

本发明的另一技术方案为：一种利用所述的装置的线段抽稀方法，其特点在于，其包括以下步骤：

S₁、将电子地图分割成若干条线路，然后利用地图导入模块将所述线路导入并转化成对应的曲线；

S₂、在阈值设定模块中，分别设定距离阈值D，角度阈值A；

S₃、先取一条曲线，将其首点PS、尾点PE连成的直线作为基准线，计算曲线上其余各端点到直线PS-PE的最大垂距dm；

S₄、利用夹角计算模块，将最大垂距点记为Pm，并计算出矢量PS-Pm与矢量Pm-PE的夹角a；

S₅、线段抽稀模块比较dm与D，a与A的大小，如果dm≤D且a≤A，则曲线仅保留首尾点PS、PE，其余点全部舍去；如果dm＞D或者a＞A，则以Pm点将该曲线分为两部分，分别对该两部分重复步骤S₃-S₅，直到dm≤D且a≤A；则到此对该条曲线的抽稀完成。

较佳地，该方法还包括步骤S₆：对该地图上其他的曲线依次进行遍历，重复步骤S₃-S₅，直到完成对该地图上所有曲线的抽稀。

较佳地，步骤S₃中垂距采用如下公式计算，PS-P-PE组成三角形，求其面积Area和底边PS-PE的长度Base，然后用三角形面积公式求其高获得垂距d，其中Area＝|(1/2)(x1y2+x2y3+x3y1-x2y1-x3y2-x1y3)|，Base＝v((x1-x2)^2+(x1-x2)^2)，d＝2*Area/Base，其中(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)分别为点PS、P、PE的坐标。

较佳地，步骤S₄中先计算cos(a)＝(x1x2+y1y2)/(v((x1^2+x2^2)*(x2^2+y2^2))，从而得出夹角a＝acrcos((x1x2+y1y2)/(v((x1^2+x2^2)*(x2^2+y2^2)))，其中，x1＝Pm.x-PS.x，y1＝Pm.y-PS.y，x2＝PE.x-Pm.x，y2＝PE.y-Pm.y，Pm.x、Pm.y、PS.x、PS.y、PE.x以及PE.y分别为点Pm、PS和PE的(x，y)坐标。

较佳地，所述电子地图为用于车载导航设备上的电子地图。

本发明的积极进步效果在于：本发明既能够保证足够的抽稀力度，又能兼顾高的压缩率，从而保证了抽稀后线段的平滑度，不会使原线段失真。尤其对弧度较大的近似曲线的路段抽移后也不会给人以明显的棱角感，即使在大比例尺地图下也很适用。

附图说明

图1为现有技术的道格拉斯-普克法流程图。

图2为现有技术中的利用DP算法处理曲率较小曲线的结果图。

图3为本发明的线段抽稀方法的流程图。

图4为本发明与现有技术的曲线处理结果对比图。

图5为本发明的方法中计算垂距的原理图。

图6为本发明的线段抽稀装置的模块图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

在具体说明本发明之前，首先对造成背景技术这种结果的原因进行分析，以更有利于理解本发明。其原因在于，道格拉斯-普克算法仅考虑了中间点到首尾点连成的直线的垂距，而未考虑首尾点之间的径向跨度(本领域常用术语，也即首尾点之间的距离)。使用同样的垂距阈值，在首尾点距离不同的情况下，造成的角度误差(本领域常用术语，如图3中的线段PS-P1与线段PS-P2之间的夹角即为角度误差)是不同的。首尾点距离较近时，抽稀后的角度误差会较大；而首尾点距离较远时，抽稀后角度误差较小。所以可以增加参量来控制角度误差对抽稀结果做出修正。

基于上面的分析，本实施例中具体的线段抽稀方法如下：

1、首先将电子地图分割成若干条线路，然后利用地图导入模块将所述线路导入并转化成对应的曲线。

2、设定距离阈值D，角度阈值A。电子地图上的道路、公园或者铁路等等元素，根据其类型的不同具有不同的级别，所以也具有不同的阈值。本实施例中以道路的阈值进行说明。其中，D值越大，抽稀后形变平移(本领域常用术语，即原始线段和抽稀后得到线段之间的平移距离)越大，压缩率越高；A值越大，抽稀后线型角度形变(本领域常用术语，如图4中的虚线框部分所示)越大，越不圆滑，压缩率越高。实际应用中需要考虑压缩率以及应用的需求确定合适的阈值参数，比如有的车载导航设备上供存放地图的空间有限，则就要求压缩率高一些等。这个道理就相当于用Photoshop软件对图像进行处理，处理的分辨率和处理后图像的大小，和用户的需求密切相关。

3、先以一条曲线为处理对象。取曲线首点PS，尾点PE两个端点连成的直线作为基准线，求出其余各点P到该直线(PS-PE)的垂距d，取得这些垂距中的最大垂距dm。求垂距的方法可以采用本领域中通用的手段进行求解，本实施例中的计算方法如下。

采用如下公式：PS-P-PE组成三角形，求其面积Area，和底边PS-PE的长度Base，然后用三角形面积公式求其高获得垂距d。其中假设PS、P、PE在坐标系中的坐标分别为(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)。则面积Area＝|(1/2)(x1y2+x2y3+x3y1-x2y1-x3y2-x1y3)|，此公式的原理如图5是用经过PS、P、PE三点的矩形面积，减去三个阴影部分的三角形的面积可得。底边Base＝v((x1-x2)^2+(x1-x2)^2)，所以可得d＝2*Area/Base。在算出每个端点P1、P2等的垂距D之后，就可以得到最大垂距点。其中，V为求平方根，||为求绝对值，^2为求2次方。

4、将最大垂距点记为Pm，求矢量PS-Pm与矢量Pm-PE的夹角a。先计算cos(a)＝(x1x2+y1y2)/(v((x1^2+x2^2)*(x2^2+y2^2))，从而得出夹角a＝acrcos((x1x2+y1y2)/(v((x1^2+x2^2)*(x2^2+y2^2)))，其中，x1＝Pm.x-PS.x，y1＝Pm.y-PS.y，x2＝PE.x-Pm.x，y2＝PE.y-Pm.y，Pm.x、Pm.y、PS.x、PS.y、PE.x以及PE.y分别为点Pm、PS和PE的(x，y)坐标。

5、比较dm与D，a与A的大小，

5.1、如果dm小于等于D且a小于等于A，则曲线仅保留首尾点，其余点全部舍去；抽稀结束。

5.2、如果5.1的条件不满足，则以Pm点将曲线分为两部分，分别对这两部分重复步骤3-5，直到dm≤D且a≤A，如图3所示，将Pm作为新的首点PS，对曲线右半部分再进行抽稀。则到此对该条曲线的抽稀完成。

此时，如图4所示，将经过上述方法抽稀后的线段与用传统的DP算法得到的线段对比可知，在曲线的右半部分(即图3中PS到PE的部分)，本发明处理后的线段更加平滑，几乎没有失真。即对弧度较大的近似曲线的路段抽移后没有给人以明显的棱角感，即使在大比例尺地图下也能适用。而传统DP算法处理的结果中，如图4中的PA点附近的线段，与原始曲线相比，则明显失真严重，而且很不平滑，有一个很明显的棱角，如果在大比例尺地图下显示则会更加的生硬，给用户的使用造成不便。

6、以上是对一条线路对应的曲线进行了抽稀，如果要处理地图上更多的线路或者某一区域的线路。则可以对该地图上其他的曲线依次进行遍历，重复步骤3-5，直到完成对该地图上需要处理的所有曲线的抽稀。最后将处理好的地图数据存储并用于导航软件等。

对应于上述的线段抽稀方法，本实施例中的线段抽稀装置可以以一个数据处理工具的形式实现，具体包括以下模块，如图6所示。

地图导入模块，用于将电子地图分割成若干条线路，然后将所述线路转化成对应的曲线。阈值设定模块，用于分别设定距离阈值D，角度阈值A。垂距计算模块，用于将所述曲线的首点PS、尾点PE连成的直线作为基准线，计算所述曲线上其余各端点到直线PS-PE的最大垂距dm。夹角计算模块，用于将最大垂距点记为Pm，并计算出矢量PS-Pm与矢量Pm-PE的夹角a。线段抽稀模块，用于比较dm与D，a与A的大小，如果dm≤D且a≤A，则曲线仅保留首尾点PS、PE，其余点全部舍去；如果dm＞D或者a＞A，则以Pm点将该曲线分为两部分，分别对该两部分重复步骤S₃-S₅，直到dm≤D且a≤A。如果要对地图上更多的线路或者某一区域的线路进行处理，该装置还包括一遍历模块，用于对该地图上其他的曲线依次进行遍历，重复进行垂距计算、夹角计算及线段抽稀，直到完成对该地图上所有曲线的抽稀。如果该线段抽稀装置采用一个软件工具的形式来实现，则上述各个模块均为该软件的各个功能模块，可以用对应的代码来实现，具体如何利用计算机编程实现这些代码为本领域的公知技术，在此不做赘述。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于电子地图的线段抽稀装置，其特征在于，其包括以下模块：

阈值设定模块，用于分别设定距离阈值D，角度阈值A；

2.如权利要求1所述的线段抽稀装置，其特征在于，该装置还包括一遍历模块，用于对该地图上其他的曲线依次进行遍历，重复进行垂距计算、夹角计算及线段抽稀，直到完成对该地图上所有曲线的抽稀。

3.如权利要求1所述的线段抽稀装置，其特征在于，垂距计算模块中，垂距采用如下公式计算，PS-P-PE组成三角形，求其面积Area和底边PS-PE的长度Base，然后用三角形面积公式求其高获得垂距d，其中Area＝|(1/2)(x1y2+x2y3+x3y1-x2y1-x3y2-x1y3)|，Base＝v((x1-x2)^2+(x1-x2)^2)，d＝2*Area/Base，其中(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)分别为点PS、P、PE的坐标。

4.如权利要求1所述的线段抽稀装置，其特征在于，夹角计算模块中，先计算cos(a)＝(x1x2+y1y2)/(v((x1^2+x2^2)*(x2^2+y2^2))，从而得出夹角a＝acrcos((x1x2+y1y2)/(v((x1^2+x2^2)*(x2^2+y2^2)))，其中，x1＝Pm.x-PS.x，y1＝Pm.y-PS.y，x2＝PE.x-Pm.x，y2＝PE.y-Pm.y，Pm.x、Pm.y、PS.x、PS.y、PE.x以及PE.y分别为点Pm、PS和PE的(x，y)坐标。

5.如权利要求1所述的线段抽稀装置，其特征在于，所述电子地图为用于车载导航设备上的电子地图。

6.一种利用权利要求1所述的装置的线段抽稀方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S₂、在阈值设定模块中，分别设定距离阈值D，角度阈值A；

7.如权利要求6所述的线段抽稀方法，其特征在于，该方法还包括步骤S₆：对该地图上其他的曲线依次进行遍历，重复步骤S₃-S₅，直到完成对该地图上所有曲线的抽稀。

8.如权利要求6所述的线段抽稀方法，其特征在于，步骤S₃中垂距采用如下公式计算，PS-P-PE组成三角形，求其面积Area和底边PS-PE的长度Base，然后用三角形面积公式求其高获得垂距d，其中Area＝|(1/2)(x1y2+x2y3+x3y1-x2y1-x3y2-x1y3)|，Base＝v((x1-x2)^2+(x1-x2)^2)，d＝2*Area/Base，其中(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)分别为点PS、P、PE的坐标。

9.如权利要求6所述的线段抽稀方法，其特征在于，步骤S₄中先计算cos(a)＝(x1x2+y1y2)/(v((x 1^2+x2^2)*(x2^2+y2^2))，从而得出夹角a＝acrcos((x1x2+y1y2)/(v((x1^2+x2^2)*(x2^2+y2^2)))，其中，x1＝Pm.x-PS.x，y1＝Pm.y-PS.y，x2＝PE.x-Pm.x，y2＝PE.y-Pm.y，Pm.x、Pm.y、PS.x、PS.y、PE.x以及PE.y分别为点Pm、PS和PE的(x，y)坐标。

10.如权利要求6所述的线段抽稀方法，其特征在于，所述电子地图为用于车载导航设备上的电子地图。