CN102855322A - 一种基于空间探索技术的地图数据存储方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种基于地理区域二级栅格化和空间信息索引的地图数据存储方法。该方法包括：（1）确定待存储的地图范围、地图层及属性信息；（2）对地图数据进行二次栅格化处理；（3）对地图坐标数据进行倍数放大；（4）将地图数据保存在索引文件、数据文件、属性文件中。本发明提出一种采用整型数据存储地图坐标信息的方式，大大降低了对物理空间的需求；采用二级栅格化方式存储地图数据，大大减弱了数据存储的冗余度。

Description

一种基于空间探索技术的地图数据存储方法

技术领域

本发明涉及的是一种基于地理区域二级栅格化和空间信息索引的地图数据存储方法。

背景技术

随着地理信息系统的发展，地图信息越来越复杂，因此提供一种不仅可以快速索引地图数据的地图数据，并且占用最小物理存储空间的数据文件具有重要意义。一个高质量的地图数据应该包含尽可能多的地图信息，并且占用尽可能少的物理存储空间。由于地图数据通常包含大量信息，需要建立一个方便快捷的索引体系，能够在最短时间内索引到需要的地图信息，避免对系统信息处理的实时性造成影响。现代交通朝着智能化的方向发展，其中一个关键因素就是电子地图的存储结构和索引方式，其存储结构和索引方式直接关系到空间数据库调用的效率和地图信息的完整性。减小地图数据存储所占用的物理空间而又不损害地图数据所包含的属性信息，解决方法之一是降低地图数据精度或裁减地图数据信息，例如减少地图数据中折线形状节点个数，不存储较小道路属性信息等，但这不符合现代智能交通系统对地图精度的要求；解决方法之二就是对地图数据进行处理并采用限制位数的二进制数据存储方式。现有的地图数据存储方式也有采用二进制存储方式存储地图数据，但地图数据中的坐标信息为double型数据，存储中需要占用8个字节的空间。

现有的地图数据存储体系及索引结构有：规则网格分割地图、KD树索引、BSP树结构索引、八叉树和R树系列索引体系等，其中尤其以规则网格索引效率高，但现有的地图数据存储中，规则网格方式数据冗余量大，在不同网格内经常重复存储着同一条道路。在现有地图数据存储中，最为流行的是kiwi格式和kiwi plus，但这两种方式也都存在数据冗余量大，内部结构固定，缺少灵活性的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可以简化数据存储方式和索引结构，高效索引地图数据，节约物理存储空间的地图数据存储方法。

本发明的目的是这样实现的：

该方法包括如下步骤：

（1）确定待存储的地图范围、地图层及属性信息；

（2）对地图数据进行二次栅格化处理，并存储分层栅格化的地图数据；

（3）对地图坐标数据进行倍数放大，采用32位整型数据以二进制方式存储地图数据；

（4）将地图数据的文件头、一级栅格化数据和二级栅格化的数据偏移量、地图数据中各元素的ID号以及在数据文件中的偏移量保存在索引文件中；将地图数据中各元素的坐标信息及其在属性文件中的偏移量、道路的节点个数及道路宽度和颜色信息储存在数据文件中；将道路名称，道路ID号，道路初始节点ID，道路终止节点ID，道路入角度，道路出角度，道路长度信息储存在属性文件中。

本发明的有益效果在于：

本发明提出一种采用整型数据存储地图坐标信息的方式，将原始坐标信息以统一的尺度进行放大，保证不损失地图精度的前提下将double型数据转换为32位整型数据进行存储，即一个坐标数据只占用4个字节的物理空间，在存储坐标数据部分比采用double型数据减少了4个字节的存储空间，大大降低了对物理空间的需求。本发明采用二级栅格化方式存储地图数据，同时针对数据冗余采用通过ID索引方式实现空间信息索引，重复存储的数据仅仅为道路的ID号而不重复存储道路实际坐标信息，从而大大减弱了数据存储的冗余度。

附图说明

图1是第一次栅格化后的地图栅格示意图；

图2是两次栅格化示意图；

图3是索引文件数据存储结构示意图；

图4是道路轴向外包示意图；

图5是数据文件存储结构示意图；

图6是属性文件存储结构示意图；

图7是数据索引读取示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步描述：

由于导航地图数据中，人们最关心的地图信息即是道路信息，而且，道路信息也是最具代表性的地图数据，为方便后续阐述，以道路信息地图层为基础阐述本专利所提出的地图数据存储方法。具体实现过程如下所述：

1.确定所要存储的地图范围

对地图数据处理之前，设定要处理的地图区域，可表示为：MapMinEast,MapMinNorth,MapMaxEast,MapMaxNorth。各变量分别表示所选地图区域东向最小坐标值，北向最小坐标值，东向最大坐标值，北向最大坐标值。

2.确定所要存储的地图层及相关属性信息

不同地图元素在电子地图数据中表现形式不同。例如对一些商店，车站等地图元素，其表现形式通常为一个坐标点；对道路，河流等地图元素，其表现形式通常为折线。所以存储地图将以分层形式存储，存储前需确定所要存储的图层。此外，针对不同地图图层，其地图元素属性信息也不相同，同时，为满足不同用户需要，地图属性信息可根据需要设定。在此需要确定所要存储的地图属性信息，如道路长度、宽度、颜色、方向等。

3.给每条道路设定一个ID号，给每个道路节点设定一个ID号

为区分不同道路，通过设定ID号的方式，使每条道路对应一个唯一的ID号码。不同道路交叉点这里称之为节点，一个节点连接两条及两条以上的道路。为区分不同节点，需要为每个节点指定一个ID号。对只连接两条道路的节点，其节点号可与两条道路中的一条ID号相同。

4.对选定区域第一次栅格化处理

采用平均栅格化方式栅格化选定区域。设将选定区域东西方向平均栅格化为EastGridNum个区域带，南北方向平均栅格化为NorthGridNum个区域带，那么，选定地图区域第一次栅格化后可分为EastGridNum×NorthGridNum个栅格。每个栅格东西方向和南北方向距离可表示为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{EastLength}=(\mathrm{MapMaxEast}-\mathrm{MapMinEast})/\mathrm{EastGridNum}\\ \mathrm{NorthLength}=(\mathrm{MapMaxNorth}-\mathrm{MapMinNorth})/\mathrm{NorthGridNum}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，EastLength和NorthLength分别表示每个栅格东西方向和南北方向的距离。

通过第一次栅格化后的地图如图1所示。

5.对选定区域第二次栅格化处理

经过初次栅格化后的地图区域通常由于其栅格内包含的数据量太大等因素还不能满足一些导航设备的需求，因此有必要对地图数据进行二次栅格化处理。同时，采用二级栅格化方式分割地图区域，通过调节两级栅格化中的栅格数目可以方便的适用于不同的导航终端设备及上位机对地图的需求。

根据第一次栅格化后，栅格内包含的数据量确定第二次栅格化的栅格数目。同样采用平均栅格化方法，将步骤4处理后的每个栅格再次栅格化。两次栅格化示意图如图2所示。

6.存储地图索引文件

索引文件存储格式采用二进制存储方式按照栅格化方式存储，方便进行空间索引。在索引文件中，包含文件头、一级栅格化数据和二级栅格化的数据偏移量以及地图数据中各元素（如道路折线点信息、区域信息、点信息等）的ID号及在数据文件中的偏移量。在索引文件开始部分，存储地图数据信息、一级栅格化横向和纵向数目以及每个栅格横向距离和纵向距离。其中，地图数据信息主要说明地图版本，地图属性文件包含的内容以及其他相关说明。第二部分存储一级栅格化区域的偏移量，通过该偏移量可以快速找到第一个栅格图的索引地址，该偏移地址仍然在索引文件内偏移。第三部分存储二级栅格化偏移地址、栅格化数目、地图元素ID及地图元素在数据文件中的偏移量，为了消除同一条道路在不同栅格图内都有包含而出现数据冗余的现象，索引文件中每个栅格图内只包含道路的ID号而不包含道路实际坐标信息。索引文件数据结构图如图3所示。

7.存储地图数据文件

数据文件采用二进制数据存储，数据文件中存储了各地图元素的坐标信息及其在属性文件中的偏移量，存储坐标信息的同时，存储了道路的节点个数及道路宽度和颜色信息。地图元素的坐标信息采用调整后的数据存储，将原始坐标按照指定倍数放大，将其变换为整型数据，该整型数据能够用32位二进制数据表示。通过对实际地图数据的考察，采用该方式存储地图数据足以保证导航地图精度需求。此外，数据文件中也存储了道路的外包信息，采用轴向外包法存储道路的外包信息。道路外包示意图如图4所示。数据文件结构如如图5所示。

8.存储地图属性文件

地图属性文件是对地图元素的补充，对导航电子地图来说，主要包含道路名称，道路ID号，道路初始节点ID，道路终止节点ID，道路入角度，道路出角度，道路长度等信息，为提高地图数据的适用性，本发明提出的存储方式并不对属性文件进行限制，可根据需要设定不同属性信息。属性信息均已二进制存储。其中，属性文件中的道路名称等数据根据不同地区文字的编码格式存储。例如中国道路采用中文名称，其存储格式采用GB2312编码格式存储。属性文件存储结构示意图如图6所示。为方便地图使用者进行地图索引，属性文件中也同时存储了相应地图元素在数据文件中的偏移地址。

以上所述，仅为本发明存储结构和方法，不以存储内容限定本发明实施的范围，依本发明的技术方案及说明书内容所做的等效变化与修饰，皆应属于本发明涵盖的范围。

Claims (1)

1.一种基于空间探索技术的地图数据存储方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）确定待存储的地图范围、地图层及属性信息；

（2）对地图数据进行二次栅格化处理，并存储分层栅格化的地图数据；

（3）对地图坐标数据进行倍数放大，采用32位整型数据以二进制方式存储地图数据；

（4）将地图数据的文件头、一级栅格化数据和二级栅格化的数据偏移量、地图数据中各元素的ID号以及在数据文件中的偏移量保存在索引文件中；将地图数据中各元素的坐标信息及其在属性文件中的偏移量、道路的节点个数及道路宽度和颜色信息储存在数据文件中；将道路名称，道路ID号，道路初始节点ID，道路终止节点ID，道路入角度，道路出角度，道路长度信息储存在属性文件中。

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