CN102568009B - 用于电子地图的线段抽稀装置及其方法 - Google Patents

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，夹角计算模块，用于先取一条曲线，设其拐点分别为P0、P1、P2、P3…Pn，取笛卡尔坐标系x轴正向为基准线，从P1开始，依次求出每点与前一点所形成的线段与基准线所构成的夹角a₁、a₂、a₃…、a_n；标准差计算模块，用于求出所述各夹角a₁、a₂、a₃…、a_n的标准差σ；线段抽稀模块，用于根据角度标准差σ在距离阈值数组中找到对应的距离阈值项，取其D值，以此D值进行标准的道格拉斯-普克抽稀过程。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。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，用于设定距离阈值数组{{σ₁，D₁}，{σ₂，D₂}，…{σ_n，D_n}}，其中σ为角度标准差，用于衡量一条曲线曲率的值，D为距离阈值；

夹角计算模块，用于先取一条曲线，设其拐点分别为P0、P1、P2、P3…Pn，取笛卡尔坐标系x轴正向为基准线，从P1开始，依次求出每点与前一点所形成的线段与基准线所构成的夹角a₁、a₂、a₃…、a_n；

标准差计算模块，用于求出所述各夹角a₁、a₂、a₃…、a_n的标准差σ；

线段抽稀模块，用于根据角度标准差σ在距离阈值数组中找到对应的距离阈值项，取其D值，以此D值进行标准的道格拉斯-普克抽稀过程。

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，重复进行夹角计算、标准差计算及线段抽稀，直到完成对该地图上所有曲线的抽稀。

较佳地，所述距离阈值数组按照角度标准差σ由小到大或由大到小进行排序。

较佳地，标准差计算模块中，标准差σ的计算方法为，先求各夹角的平均值然后求标准差其中a_i为每点与前一点所形成的线段与基准线所构成的夹角a₁、a₂、a₃…、a_n。

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：

一种利用上述的装置的线段抽稀方法，其特征在于，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，设定距离阈值数组{{σ₁，D₁}，{σ₂，D₂}，…{σ_n，D_n}}，其中σ为角度标准差，用于衡量一条曲线曲率的值，D为距离阈值；

S₃、先取一条曲线，设其拐点分别为P0、P1、P2、P3…Pn，取笛卡尔坐标系x轴正向为基准线，从P1开始，依次求出每点与前一点所形成的线段与基准线所构成的夹角a₁、a₂、a₃…、a_n；

S₄、利用标准差计算模块，求出所述各夹角a₁、a₂、a₃…、a_n的标准差σ；

S₅、根据角度标准差σ在距离阈值数组中找到对应的距离阈值项，取其D值，以此D值进行标准的道格拉斯-普克抽稀过程。

较佳地，所述距离阈值数组按照角度标准差σ由小到大或由大到小进行排序。

较佳地，步骤S₅中使用二分查找法在距离阈值数组中查找对应的项，取其D值。

较佳地，步骤S₄中，标准差σ的计算方法为，先求各夹角的平均值然后求标准差其中a_i为每点与前一点所形成的线段与基准线所构成的夹角a₁、a₂、a₃…、a_n。

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，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，因为对各种不同弧度的路段均采用了同一阈值进行抽稀，所以如果能做到识别出不同弧度的路段，然后对不同弧度的路段施以不同的抽稀阈值，即能较好的解决此问题。所以本发明的基本思想为，对于电子地图中的一条路段，依次求取每部分(除第一点外的其它点)与x轴正向的夹角，求所有夹角的标准差。根据标准差确定抽稀阈值参数，当标准差为0时说明此路段为直线，阈值最大。标准差越大，说明此路段的弧度越大，则使用阈值越小。最后根据此阈值使用道格拉斯-普克算法进行抽稀。

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、设定距离阈值数组D_array。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数组。本实施例中以道路的阈值数组进行说明。道路的曲率越大，则其求得的角度标准差越大，此时应以较小的距离阈值D值进行DP方法的抽稀。而道路的曲率越小，则其求得的角度标准差越小，则应以较大的D值进行DP方法的抽稀。但由于角度标准差与D值不是简单的反比关系，所以在实际操作中用一组经验数据以数组的形式给出。此数组的每一项为一个二元项，由角度标准差和距离阈值构成，且此数组按照角度标准差由小到大进行排序。举例如下(第一项为角度标准差，第二项为距离阈值)：

[0，1000]

[0.3，800]

[0.5，500]

[0.8，400]

[1.2，300]

…

3、如图3先以一条曲线为处理对象，设其拐点分别为P0、P1、P2、P3…Pn，取笛卡尔坐标系x轴正向为基准线。从P1开始，依次求出每点与前一点所形成的线段与基准线所构成的夹角a1、a2、a3…。求夹角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。

求取夹角的方法是直接取反正切值即可。Tan a1＝(y1-y0)/(x1-x0)，所以a1＝arc tan((y 1-y0)/(x 1-x0))；a2＝arc tan((y2-y 1)/(x2-x 1))。依次可得an＝arctan((yn-yn-1)/(xn-xn-1))。

4.计算角度的标准差做为衡量此曲线曲率的值。

标准差σ的计算方法为，先求各夹角的平均值然后求标准差其中a_i为每点与前一点所形成的线段与基准线所构成的夹角a1、a2、a3…。

5、根据角度的标准差在距离数组中找到对应的项，取其D值。

由于距离数据是有序的，所以这里可以使用二分查找法在距离数据组查找对应的项。当找到存在该角度标准差的项时，取出该项的D值。以此D值进行标准的DP抽稀过程。DP抽稀过程为本领域公知的方法，在此不再赘述。

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4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，用于设定距离阈值数组{{σ₁，D₁}，{σ₂，D₂}，…{σ_n，D_n}}，其中σ为角度标准差，用于衡量一条曲线曲率的值，D为距离阈值；夹角计算模块，用于先取一条曲线，设其拐点分别为P0、P1、P2、P3…Pn，取笛卡尔坐标系x轴正向为基准线，从P1开始，依次求出每点与前一点所形成的线段与基准线所构成的夹角a₁、a₂、a₃…、a_n；标准差计算模块，用于求出所述各夹角a₁、a₂、a₃…、a_n的标准差σ；线段抽稀模块，用于根据角度标准差σ在距离阈值数组中找到对应的距离阈值项，取其D值，以此D值进行标准的道格拉斯-普克抽稀过程。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，重复进行夹角计算、标准差计算及线段抽稀，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 (11)

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：

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

阈值设定模块，用于设定距离阈值数组{{σ₁,D₁},{σ₂,D₂},L{σ_n,D_n}}，其中σ为角度标准差，用于衡量一条曲线曲率的值，D为距离阈值；

夹角计算模块，用于先去一条曲线，设其拐点分别为P0、P1、P2、P3…Pn，取笛卡尔坐标系x轴正向为基准线，从P1开始，依次求出每点与前一点所形成的线段与基准线所构成的夹角a₁、a₂、a₃…、a_n；

标准差计算模块，用于求出各夹角a₁、a₂、a₃…、a_n的标准差σ；

线段抽稀模块，拥挤根据角度标准差σ在距离阈值数组中找到对应的距离阈值项，取其D值，以此D值进行标准的道格拉斯-普克抽稀过程。

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，重复进行夹角计算、标准差计算及线段抽稀，知道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，所述距离阈值数组按照角度标准差σ由小到大或由大到小进行排序。

4.如权利要求1所述的线段抽稀装置，其特征在于，标准差计算模块中，标准差σ的计算方法为，先求各夹角的平均值然后求标准差其中a_i为每点与前一点所形成的线段与基准线所构成的夹角a₁、a₂、a₃…、a_n。

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：

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，设定距离阈值数组{{σ₁,D₁},{σ₂,D₂},"{σ_n,D_n}}，其中σ为角度标准差，用于衡量一条曲线曲率的值，D为距离阈值；

S₃、先取一条曲线，设其外电分别为P0、P1、P2、P3…Pn，取笛卡尔坐标系x轴正向为基准线，从P1开始，依次求出每点与前一点所形成的线段与基准线所构成的夹角a₁、a₂、a₃…、a_n；

S₄、利用标准差计算模块，求出各夹角a₁、a₂、a₃…、a_n的标准差σ；

S5、根据角度标准差σ在距离阈值数组中找到对应的距离阈值项，取其D值，以此D值进行标准的道格拉斯-普克抽稀过程。

7.如权利要求6所述的线段抽稀方法，其特征在于，所述距离与之数组按照角度标准差σ由小到大或由大到小进行排序。

8.如权利要求7所述的线段抽稀方法，其特征在于，步骤S₅中使用二分查找法在距离阈值数组中查找对应的项，取其D值。

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，标准差σ的计算方法为，先求各夹角的平均值然后求标准差其中a_i为每点与前一点所形成的线段与基准线所构成的夹角a₁、a₂、a₃…、a_n。

10.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，指导完成对该地图上所有的曲线的抽稀。

11.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。