CN102929904B - 一种验证栅格数据的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种验证栅格数据的方法，包括：确定栅格数据文件的属性值约束条件并保存；将栅格数据分成预定大小的若干块数据；读取块数据中所有象素的值，并判断是否满足属性值约束条件，若是，则判定为通过合法性验证，块数据允许被写入文件。本发明还提供了相应的验证栅格数据的系统包括：存储单元，用于保存栅格数据文件的属性值约束条件；数据分割单元，用于将栅格数据分成若干块数据；第一验证单元，用于判断块数据是否满足属性值约束条件；写操作单元，将通过验证的块数据写入文件。可快速高效地验证待输入的数据，确保所写入数据的合法性，这尤其在对非常重要的栅格数据文件，从而保证在GIS系统中栅格数据文件的准确性和可用性。

Description

一种验证栅格数据的方法及系统

技术领域

本发明涉及信息技术领域，具体地说，涉及一种验证栅格数据的方法及系统。

背景技术

地理信息系统（GIS，GeographicInformationSystem）的一个重要部分就是数据。在GIS工程里，空间数据的获取占有很重要的地位。实际上，整个地理信息系统都是围绕空间数据的采集、加工、存储、分析和表现来展开的。基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，是指将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式；在应用系统中常用栅格数据文件来描述某一空间范围内的某对象的属性信息。因为栅格的每个网格（或称象素）上存储的是某属性的值，该属性值在指定的空间范围内往往是有取值范围约束的，比如在描述全国地面高程属性的栅格数据文件中，每个网格存储的是该网格对应的地面高程值，在全国范围内该属性值都有一个约束范围，所有的象素值都应该在[-2000，9000]范围内，超过此范围的象素值都是不合理的错误值。

在实际应用中，如何有效地保证写入的栅格数据的正确性，关系到栅格数据文件在GIS系统中的准确性和可用性，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种验证栅格数据的方法及系统，可快速高效地验证待输入的数据，确保所写入数据的合法性。

本发明提供的一种验证栅格数据的方法，包括：

基于栅格数据文件表示的对象，预先获知像素的取值范围，确定栅格数据文件的属性值约束条件信息并保存；

将待写入的栅格数据分成预定大小的若干块数据，以块数据为单元进行写操作；

读取所述块数据中所有象素的值，并判断是否满足所述属性值约束条件，若是，则判定为通过合法性验证，所述块数据允许被写入文件；否则，判定所述块数据不满足约束条件，不写入文件。

当所述栅格数据所表示的区域存在具有特殊取值范围约束的局部区域，分别获知所述各局部区域中像素的取值范围，确定所述各局部区域的属性值约束条件信息并保存；

识别判断所述各块数据是否位于所述局部区域中；

若是，则判断所述块数据是否满足该局部区域的属性值约束条件；若满足，则判定为通过合法性验证，所述块数据允许被写入文件；否则，判定所述块数据不满足约束条件，不写入文件。

本发明还提供一种验证栅格数据的系统，包括：

存储单元，用于保存栅格数据文件的属性值约束条件信息，该约束条件信息是基于栅格数据文件表示的对象，预先获知像素的取值范围而确定的；

数据分割单元，用于将待写入的栅格数据分成预定大小的若干块数据，以块数据为单元进行写操作；

第一验证单元，用于判断所述块数据中所有象素的值是否满足所述属性值约束条件；

写操作单元，若验证单元判定满足所述属性值约束条件，则判定为通过合法性验证，将所述块数据写入文件。

当所述栅格数据所表示的区域具有特殊取值范围约束的局部区域，所述存储单元中还存储有所述各局部区域的属性值约束条件信息；

所述各局部区域的属性值约束条件信息根据所述各局部区域中像素的取值范围确定；该系统还包括：

识别单元，用于识别判断该各块数据是否位于所述局部区域中；

第二验证单元，用于判断该块数据是否满足该局部区域的属性值约束条件；

对于所述识别单元判定位于所述局部区域中的块数据，第二验证单元判断所述块数据是否满足该局部区域的属性值约束条件；若满足，则判定为通过合法性验证，所述块数据允许被写入文件；否则，判定所述块数据不满足约束条件，不写入文件。

综上所述，本发明提供的验证栅格数据的技术方案，通过将待写入的栅格数据分成预定大小的若干块数据，以块数据为单元进行写操作，并判断各块数据是否满足预设的属性值约束条件或局部区域约束条件，若是，则判定为通过合法性验证，该块数据允许被写入文件；否则，不写入文件，这样可以在文件级别、栅格数据内部的局部区域动态的设置不同的约束属性，快速高效地验证待输入的数据，确保所写入数据的合法性，这尤其在对非常重要的栅格数据文件，从而保证在GIS系统中栅格数据文件的准确性和可用性，具有重要的应用价值。

附图说明

图1为本发明提供的一种验证栅格数据的方法流程图；

图2为本发明实施例中提供的北京市植被覆盖示意图；

图3为本发明实施例中提供的设置有局部区域约束条件的植被覆盖示意图；

图4为本发明提供的验证栅格数据的系统架构图。

具体实施方式

鉴于现有GIS系统中输入栅格数据不进行验证，为确保写入的栅格数据的正确性，本发明提出一种验证方法，在栅格数据文件写入时对数据合法性进行验证，可以快速高效的验证数据的是否合法性，同时可以动态的支持多个栅格数据文件级别的验证属性，也可以支持栅格数据文件的多个局部范围数据有多个特殊约束的合法性验证，在实际应用中可以有效的保证栅格数据的正确性，具有非常重要的应用价值。

参照图1，本发明提供的一种验证栅格数据的方法，包括如下步骤：

S101，基于栅格数据文件表示的对象，预先获知像素的取值范围，确定栅格数据文件的属性值约束条件信息并保存；

S102，将待写入的栅格数据分成预定大小的若干块数据，以块数据为单元进行写操作；

S103，读取所述块数据中所有象素的值，并判断是否满足所述属性值约束条件，若是，则判定为通过合法性验证，所述块数据允许被写入文件；否则，判定所述块数据不满足约束条件，不写入文件。

该方法，还包括：

S104，在所述栅格数据所表示的区域具有特殊取值范围约束的局部区域，分别获知所述各局部区域中像素的取值范围，确定所述各局部区域的属性值约束条件信息并保存；

S105，识别判断所述各块数据是否位于所述局部区域中；

S106，若是，则判断所述块数据是否满足该局部区域的属性值约束条件；若满足，则判定为通过合法性验证，所述块数据允许被写入文件；否则，判定所述块数据不满足约束条件，不写入文件。

在具体实施方案中，通常，文件级别的约束属性以及局部区域的约束属性都是在写操作之前就事先确定并存储好的；在写入时，对块数据进行文件级别的约束属性条件判断，如不满足，不写入文件；如满足，再去看是否有某局部区域的约束属性条件，如有并满足，则写入，如没有或不满足，则不写入。

所述确定栅格数据文件的属性值约束条件信息并保存，具体为：

建立一栅格数据文件级别的属性约束表（RasterFileConstraintTable），来存储每个栅格数据文件级别的属性值约束条件信息；

其中，一个栅格数据文件设置有一个或多个不同的约束属性码，一个约束属性码对应一个约束值。

所述约束值通常为最大值或最小值。

若在所述栅格数据所表示的区域存在具有特殊取值范围约束的局部区域，则所述属性约束表中还包含有表示局部区域的字段，并用不同的代码表示各局部区域，各局部区域具有其相对应的约束值。

在此，块数据包括m行n列个象素，50≤m，n≤600，m，n为自然数。

采用该方法，对多个栅格数据文件的待写入栅格数据同时进行验证；所述各栅格数据文件的若干块数据的验证操作并行进行。

具体地，在本发明的一个实施方案中，假设有栅格数据文件rd1、rd2、…,rdn，栅格数据的象素大小分别是a1*b1（象素宽度*象素高度）、a2*b2（象素宽度*象素高度）、…,an*bn（象素宽度*象素高度）.

a）.建立一张栅格数据文件级别的属性约束表RasterFileConstraintTable，来存储每个栅格数据的文件级别的属性值约束的信息。表1字段结构如下：

表1

RdFileName(string)

PropertyTargetCode(int)

Value(数值类型)

该表包含3个字段，分别为“RdFileName”字段类型为字符串，表示某栅格数据文件名称。“propertyTargetCode”字段类型为整型，表示约束的属性目标代码，“value”字段类型为数值类型，根据该栅格实际存储的数据类型，可以为int,float,double等。其中，字段“RdFileName”与“propertyTargetCode”字段共同组成该表的关键字，含义为某栅格数据文件可以有多个不同的约束属性码，同一个栅格数据文件，同一个约束属性码，只能有一个约束值。

b）.建立一张“propertyTargetCode（属性目标代码）”对应的属性信息表PropertyTargetTable，来存储每个propertyTargetCode相关的信息。表2字段结构如下：

表2

PropertyTargetCode(int)

Description(string)

该表包含2个字段，分别为“propertyTargetCode”字段类型为整型，对应与上表的字段。“Description”字段类型为字符串，描述该propertyTargetCode的属性含义。“propertyTargetCode”字段为关键字；

c）.建立一张存储栅格数据文件里的局部范围数据的约束属性表InnerConstraintInRdFileTable.表3字段结构如下：

表3

RdFileName(string)

Geometry

PropertyTargetCode(int)

Value

表3包含4个字段，分别为“RdFileName”字段类型为字符串，表示某栅格数据文件名称。该字段对应与RasterFileConstraintTable表的“RdFileName”字段。“Geometry”字段类型为二进制格式数据，存储的是表示某一几何范围的多边形的二进制格式数据，“propertyTargetCode”字段类型为整型，表示约束的属性目标代码，“value”字段类型为数值类型，根据该栅格实际存储的数据类型，可以为int,float,double等。该表用来存储所有具有内部数据子集约束属性的栅格数据文件的所有局部范围约束属性信息。一个栅格数据文件可以有多个表示子局部数据的几何多边形，在每个多边形里可以应用多个约束属性。

d）.下面以一实际栅格数据文件进行说明，如何使用上面的表，来设置并存储相关的约束属性信息以及如何在写入时进行合法性验证的判断过程。

以《2009年北京市植被覆盖》栅格数据文件为例，如图2所示。按照图中颜色深浅表示植被覆盖度，分别为在30%及以下、在30%至45%之间、在60%、达75%以及达100%。

对此栅格数据文件，根据先验知识，北京市的植被覆盖度在5%-85%之间，所以在表RasterFileConstraintTable中，对此栅格数据文件添加相应的文件级别的属性约束，添加后RasterFileConstraintTable表，如下表4所示：

表4

RdFileName(string)	PropertyTargetCode(int)	Value(数值类型)
			2009年北京市植被覆盖	1	85.0
2009年北京市植被覆盖	2	5.0

在表PropertyTargetTable中添加上面表中属性码对应的信息，如下表5所示：

表5

PropertyTargetCode(int)	Description(string)
		1	最大值
2	最小值
		3	平均值

在上面的表中添加的内容含义：在栅格数据文件级别上，对《2009年北京市植被覆盖》栅格数据设置的约束属性有：最大值、最小值以及平均值。最大值不能超过85，即最大植被覆盖度不会超过85%；最小值不能小于5，即最小植被覆盖度不会小于5%；propertyTargetCode为3的代表平均值的约束属性在下面将会用到。

在对《2009年北京市植被覆盖》文件进行写入时，必须要满足RasterFileConstraintTable表中的相应的所有该栅格数据文件的属性约束条件；如需要对此栅格数据文件添加其他的约束属性，只需要在PropertyTargetTable中添加个约束属性码，并确定其属性含义描述，再在RasterFileConstraintTable表中添加并设置此栅格数据文件的此约束属性值信息即可。按此方法可动态的支持多个栅格数据文件级别的验证属性。

然而，在图2中明显可以看出，该栅格数据具有明显的地域差异，如图3中所示，几何范围1内的所有象素都在植被覆盖比较高的区域，其象素值都比较大，而几何范围2代表城区范围，其植被覆盖度相对比较低，其象素值都比较小。可以对此栅格数据的2个局部范围设置3个约束属性，从而可保证在写入此栅格数据时，确保数据的更加合理正确。

在此，要对栅格数据《2009年北京市植被覆盖》添加2个局部范围的约束，分别是几何范围1和几何范围2；用多边形来存储几何范围1、几何范围2，可以使用ogr的WKB(WellKnowsBinary)格式来表示（这是gis软件开发里的常用的一种矢量处理库OGR的处理几何数据的通用方法），假设分别为geometry1,geometry2；每个几何范围内添加3个约束属性，分别为最大值，最小值和平均值。由于在表PropertyTargetTable中，已经有了描述这3个属性的属性码了，所以可以直接使用，不需要进行其他处理。在InnerConstraintInRdFileTable表中，添加如下的内容，如下表6所示：

表6

RdFileName(string)	Geometry(binary)	PropertyTargetCode	Value
				2009年北京市植被覆盖	Geometry1	1	80.0
2009年北京市植被覆盖	Geometry1	2	30.0
				2009年北京市植被覆盖	Geometry1	3	40.0，75.0
2009年北京市植被覆盖	Geometry2	1	40.0
				2009年北京市植被覆盖	Geometry2	2	5.0
2009年北京市植被覆盖	Geometry2	3	10.0，35.0

表6中，设置在几何范围1内的象素，必须满足最大值在80.0，最小值为30.0,平均值在40.0到75.0之间的这些约束属性条件（因为在写入时，并不是逐个象素地进行判断并写入，而是以块数据为写入单位的，下面会详细说明这点）；同样的，对于在城区范围的几何范围2的象素，设置必须满足最大值在40.0，最小值为5.0,平均值在10.0到35.0之间的这些约束属性条件；至此，可以支持栅格数据文件的多个局部范围数据有多个特殊约束工作已经完成。

下面会进行在实际写入时如何利用上面的这些表数据完成合法性验证的步骤了。

e).栅格数据写入时的验证过程；

首先，要确定写入（数据）单元的大小。

对栅格数据文件进行写入工作时，一般是以块数据为单元，进行写操作，块数据是由m行n列个象素组成。写入时的数据合法性验证也是以这个块数据为单位进行验证。块数据选取的过小，写操作次数就越多，处理效率就会降低；块数据选取的越大，在进行合法性验证时，无效的判断处理会增加，同样导致效率的低下。假设块大小选取1000*1000象素，在判断某约束属性时，前面的999999个象素都合法通过，只有最后一个象素不符合约束时，此块数据丢弃，不能写入数据文件。这样前面的999999次判断都为无效的处理过程。在实际应用中，应合理选择数据块的大小，假如块数据包括m*n个象素，m，n为自然数，50≤m，n≤600，优选地推荐块大小为256*256象素或512*512象素，这样在进行合法性验证时可以有较好的处理效率。

在对《2009年北京市植被覆盖》栅格数据文件写入某块数据时，先读RasterFileConstraintTable表，查询RdFileName”字段值为“2009年北京市植被覆盖”的记录，如果没有，则此栅格数据文件对写入并无约束条件，直接写入数据；如果有，则对每条记录，读出propertyTargetCode”字段值a，同时读出其Value字段的值b。栅格数据写入程序里会有对应的验证处理程序，如果a＝1，验证处理程序将查询此块数据的所有象素的最大值，看是否满足不大于b值，如果是，则通过合法性验证，否则此块数据不满足约束条件，不写入文件；（验证处理程序会对PropertyTargetTable表中的所有的propertyTargetCode”字段值提供相应的处理方法。）按此方法，对此块数据检验RasterFileConstraintTable表记录的此栅格数据文件层的所有约束条件。

然后，在读InnerConstraintInRdFileTable表，查询“RdFileName”字段值为“2009年北京市植被覆盖”并且该块数据在“Geometry”字段值范围内的记录；由于该块数据是由m行n列个象素组成，所以一定是个矩形，也就是判断一个矩形是否在一个多边形范围内（如上面图中的几何范围1或几何范围2），这有比较成熟的方法，在此不再赘述。假设该块数据在几何范围2的城区范围，那么可以查询出满足条件的3条记录，分别为最大值约束的属性、最小值的约束属性和平均值的约束属性，每个约束属性都有对应的取值。这样，对此块数据，逐个验证是否满足查询到的这3个约束条件；如果当前写入的块数据不在几何范围1或几何范围2内，那么查询此表，得到满足的0条记录，说明此栅格数据文件没有内部局部区域的约束条件，即在栅格数据文件级别验证后就可以写入数据文件了。

至此，所有过程都叙述完毕，按此方法，可以在文件级别、栅格数据内部的局部区域动态的设置不同的约束属性，从而确保写入的数据的合法性，这尤其在对非常重要的栅格数据文件，具有重要的应用价值。

本发明还相应地提供一种验证栅格数据的系统400，参照图4，包括：

存储单元410，用于保存栅格数据文件的属性值约束条件信息，所述属性值约束条件信息是基于栅格数据文件表示的对象，预先获知像素的取值范围而确定的；

数据分割单元420，用于将待写入的栅格数据分成预定大小的若干块数据，以块数据为单元进行写操作；

第一验证单元430，用于判断所述块数据中所有象素的值是否满足所述属性值约束条件；

写操作单元440，若验证单元判定满足所述属性值约束条件，则判定为通过合法性验证，将该块数据写入文件。

该系统中，在栅格数据所表示的区域存在至少两个取值范围不同的局部区域，存储单元410中还存储有各局部区域的属性值约束条件信息；

其中各局部区域的属性值约束条件信息根据所述各局部区域中像素的取值范围确定；该系统还包括：

识别单元450，用于识别判断该各块数据是否位于所述局部区域中；

第二验证单元460，用于判断该块数据是否满足该局部区域的属性值约束条件；

对于识别单元450判定位于所述局部区域中的块数据，第二验证单元判断该块数据是否满足该局部区域的属性值约束条件；若满足，则判定为通过合法性验证，该块数据允许被写入文件；否则，判定该块数据不满足约束条件，不写入文件。

其中块数据包括m行n列个象素，50≤m，n≤600，m，n为自然数；

该系统中，可同时对多个栅格数据文件的待写入栅格数据进行验证；各栅格数据文件的若干块数据的验证操作并行进行。

综上所述，本发明提供的验证栅格数据的技术方案，通过将待写入的栅格数据分成预定大小的若干块数据，以块数据为单元进行写操作，并判断各块数据是否满足预设的属性值约束条件或局部区域约束条件，若是，则判定为通过合法性验证，该块数据允许被写入文件；否则，不写入文件，这样可以在文件级别、栅格数据内部的局部区域动态的设置不同的约束属性，快速高效地验证待输入的数据，确保所写入数据的合法性，这尤其在对非常重要的栅格数据文件，从而保证在GIS系统中栅格数据文件的准确性和可用性，具有重要的应用价值。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种验证栅格数据的方法，其特征在于，包括：

基于栅格数据文件表示的对象，预先获知像素的取值范围，确定栅格数据文件的属性值约束条件信息并保存；其中，所述确定栅格数据文件的属性值约束条件信息并保存包括：建立一栅格数据文件级别的属性约束表，来存储每个栅格数据文件级别的属性值约束条件信息；其中，一个栅格数据文件设置有一个或多个不同的约束属性码，一个约束属性码对应一个约束值；

在所述栅格数据所表示的区域存在具有特殊取值范围约束的局部区域，分别获知所述各局部区域中像素的取值范围，确定所述各局部区域的属性值约束条件信息并保存；具体地，所述属性约束表中还包含有表示局部区域的字段，并用不同的代码表示各局部区域，各局部区域具有其相对应的约束值；

将待写入的栅格数据分成预定大小的若干块数据，以块数据为单元进行写操作；

读取所述块数据中所有像素的值，并判断是否满足数据文件级别属性值约束条件，若否，则判定所述块数据不满足约束条件，不写入文件；若是，则：

识别判断所述各块数据是否位于所述局部区域中；

若是，则判断所述块数据是否满足该局部区域的属性值约束条件；若满足，则判定为通过合法性验证，所述块数据允许被写入文件；否则，判定所述块数据不满足约束条件，不写入文件。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约束值为最大值或最小值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述块数据包括m行n列个像素，50≤m，n≤600，m，n为自然数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对多个栅格数据文件的待写入栅格数据同时进行验证；所述各栅格数据文件的若干块数据的验证操作并行进行。

5.一种验证栅格数据的系统，其特征在于，包括：

存储单元，用于保存栅格数据文件的属性值约束条件信息，所述属性值约束条件信息是基于栅格数据文件表示的对象，预先获知像素的取值范围而确定的；所述存储单元，具体用于建立一栅格数据文件级别的属性约束表，来存储每个栅格数据文件级别的属性值约束条件信息；其中，一个栅格数据文件设置有一个或多个不同的约束属性码，一个约束属性码对应一个约束值；

其中，在所述栅格数据所表示的区域具有特殊取值范围约束的局部区域，所述存储单元还用于保存所述各局部区域的属性值约束条件信息；所述各局部区域的属性值约束条件信息根据所述各局部区域中像素的取值范围确定；具体地，所述属性约束表中还包含有表示局部区域的字段，并用不同的代码表示各局部区域，各局部区域具有其相对应的约束值；

数据分割单元，用于将待写入的栅格数据分成预定大小的若干块数据，以块数据为单元进行写操作；

第一验证单元，用于判断所述块数据中所有像素的值是否满足数据文件级别属性值约束条件；若否，则判定所述块数据不满足约束条件，不写入文件；

所述系统还包括：识别单元，用于在第一验证单元判定满足所述数据文件级别属性值约束条件时，识别判断所述各块数据是否位于所述局部区域中；第二验证单元，用于对于所述识别单元判定位于所述局部区域中的块数据，判断所述块数据是否满足该局部区域的属性值约束条件；若满足，则判定为通过合法性验证，所述块数据允许被写入文件；否则，判定所述块数据不满足约束条件，不写入文件。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述块数据包括m行n列个像素，50≤m，n≤600，m，n为自然数。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，该系统中，同时对多个栅格数据文件的待写入栅格数据进行验证；所述各栅格数据文件的若干块数据的验证操作并行进行。