CN103164861A - 一种基于剖分编码的影像结构化表达方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于剖分编码的影像结构化表达的实现方法，能够避免使用矢量数据表达地理对象带来的各种弊端。该方法包括：步骤1，采用指定层的GeoSOT网格对影像数据进行剖分处理，并采用GeoSOT编码方案对剖分获得的每个剖分面片进行编码，得到剖分编码；步骤2：获取点状、线状和面状地理对象的剖分面片编码集；根据点状、线状、面状地理对象的剖分面片编码集；步骤3：从经过步骤1处理的影像中提取地理对象对应的剖分面片集合，并组合表达地理对象。

Description

一种基于剖分编码的影像结构化表达方法

技术领域

本发明涉及地球空间信息组织技术领域，具体涉及一种基于剖分编码方法实现地理对象影像结构化表达的方法。

背景技术

随着遥感技术的发展，人们可以越来越容易的获取高分辨率的遥感影像。遥感影像中已经包含了大量原始的地物信息，与矢量地图相比，能够更直观、全面、真实地反映空间信息。为了在遥感影像上清晰地表现各种地理对象，一般的做法是将矢量图层与遥感影像相叠加，将属性查询、空间查询等操作放在矢量图层中进行。此方法存在以下几个问题：

第一，在使用矢量数据表达地理对象时，需要进行矢量与影像的匹配操作，且往往出现二者配不准的情况，影响了数据使用的准确性与效率。而事实上对于高分辨率遥感影像来说，即使不借助矢量数据，实体的类型也能够被直接辨别。

第二，对于一般用户来说，矢量数据的获取实际上并不容易，各种矢量格式之间、矢量数据之间也存在着互相不兼容、不唯一的问题。

第三，由于影像数据缺少统一的组织基准，当需要进行动态数据的表达时，不同时相影像数据的变化检测实现较为困难，且对于变化区域数据进行局部更新时，还没有一种较为完整的变化区域数据组织基准与更新手段。

因此，有没有可能脱离矢量图层的表达方式，直接通过遥感影像表达各个空间实体的信息，是我们关心的一个问题。近年来，各种剖分数据组织模型不断被提出，为表达影像信息提供了一个新的手段。利用剖分网格进行影像的统一组织，设计使用影像的地理对象直接表达方法，以及局部区域的动态更新方法，具有重要的实际意义和较高的可行性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明以实现直接表达影像中所含地理对象为目标，设计提出一种基于剖分编码方法实现直接表达影像中地理对象的方法，避免使用矢量数据表达地理对象带来的各种弊端。

为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种基于剖分编码的影像结构化表达的实现方法，该方法具体步骤包括：

步骤1：影像数据的剖分预处理；

采用指定层的GeoSOT网格对影像数据进行剖分处理，并采用GeoSOT编码方案对剖分获得的每个剖分面片进行编码，得到剖分编码；

步骤2：获取地理对象剖分面片集合并编码；

对于点状地理对象，获取点状地理对象所在剖分面片的剖分编码，组成剖分面片编码集；

对于线状地理对象，获取顶点连线所经过剖分面片的剖分编码，组成剖分面片编码集；

对于面状地理对象，获取面状地理对像所覆盖剖分面片的剖分编码，组成剖分面片编码集；

步骤3：地理对象的影像结构化表达；

根据点状、线状、面状地理对象的剖分面片编码集，从经过预处理的影像中提取地理对象对应的剖分面片集合，并组合表达地理对象。

其中，步骤1中，所述对影像数据进行剖分处理的方式分为物理划分与逻辑划分两种：

物理划分指：对影像数据进行物理分块划分，将得到的各剖分面片分文件存储，并且采用剖分面片的剖分编码对文件进行命名；

逻辑划分指：不改变影像数据的存储结构，从逻辑上对其进行划分，生成划分结果对应的索引文件，该索引文件记录剖分面片的起始点在影像数据中的像素坐标值以及剖分面片的剖分编码。

其中，所述步骤3具体为：

当采用物理划分时，根据剖分面片编码集查找文件名，获取各剖分面片，组成剖分面片集合，根据剖分编码指示的覆盖范围和地理位置组合表达地理对象；

当采用逻辑划分时，根据剖分面片编码集查找索引文件，获取剖分面片的像素坐标值和剖分编码，根据像素坐标值从影像数据中提取剖分面片的影像数据，再根据剖分编码指示的覆盖范围和地理位置组合表达地理对象。

其中，所述对于线状地理对象，获取顶点连线所经过剖分面片的剖分编码具体为：找到线状地理对象所有顶点的经纬度坐标，按顺序记录下来，依次对相邻顶点间线段经过的剖分面片进行提取，得到线状地理对象经过的所有剖分面片集合。

其中，所述对于面状地理对象，获取面状地理对像所覆盖剖分面片的剖分编码具体为：找到面状地理对象边界上所有顶点的经纬度坐标，按顺序记录下来，依次对相邻顶点间线段经过的剖分面片进行提取，直至面状地理对象边界线段闭合为止，再提取闭合边界内部的所有剖分面片，所有提取的剖分面片组成剖分面片集合。

其中，对于面状地理对象，其剖分面片编码集的记录方式为：记录面状地理对象的角点定位面片以及面状地理对象覆盖的各剖分面片与角点定位面片的偏移；

所述的角点定位面片为：找到面状地理对象所覆盖剖分面片集的最小外包矩形，将该最小外包矩形其中一个角点所在剖分面片作为角点定位面片；

所述偏移的记录方式分为按行记录或按列记录：

按行记录时，针对剖分面片集中的每一行面片，记录该行与角点定位面片的行偏移量，以及该行中的起止面片与角点定位面片的列偏移量；

按列记录时，针对剖分面片集中的每一列面片，记录该列行与角点定位面片的列偏移量，以及该列中的起止面片与角点定位面片的行偏移量。

优选地，当地理对象位于东北半球时，角点定位面片为地理对象最小外包矩形的左下角点面片；

当地理对象位于西北半球时，角点定位面片为地理对象最小外包矩形的右下角点面片；

当地理对象位于东南半球时，角点定位面片为地理对象最小外包矩形的左上角点面片；

当地理对象位于西南半球时，角点定位面片为地理对象最小外包矩形的右上角点面片。

有益效果：

与传统方法相比，本发明提供了一种使用影像直接表达地理对象的方法，可以避免使用矢量表达地理对象时，矢量与影像数据叠加时的匹配与效率问题，以及矢量结构多样的问题。同时，在进行动态数据表达时，不同时相影像数据的变化检测，可以直接针对重点关注区域的影像面片集合进行变化检测，并支持以影像面片为单位的并行计算；当检测到变化面片时，将新的影像面片覆盖原有影像面片即可完成变化区域数据的局部更新，方法简单易行，具有较高的处理效率。

附图说明

图1为使用GeoSOT网格对影像数据进行划分的原理图。

图2为使用剖分方法表示影像中的地理对象的基本原理图。

图3为将点状地理对象的点坐标转换为剖分网格编码的示意图。

图4为线状地理对象相邻顶点间路经面片填充操作示意图。

图5(a)～(d)为使用剖分网格表示面状地理对象并进行编码的示意图。

图6(a)～(b)为不同区域角点定位面片C₀的选择方法示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表述的更加清楚明白，以下结合附图，对本发明实现方法做详细说明。

本发明按照统一网格方法对遥感影像数据进行划分，并记录点状、现状、面状地理对象的剖分编码标识，使用该编码直接表达进而提取影像中所含地理对象。统一网格的划分和编码使用可以采用专利申请《一种统一现有经纬度剖分网格的方法》（公开号为CN102609525，申请日为2012/02/10）中所公开的GeoSOT网格划分方式和GeoSOT的剖分编码方式。该方案将地球表面空间从全球剖分至厘米级，共计32层，并且给出了四种编码方式。

下面对空间对象数据采用剖分表达的具体实现进行详细描述。

图1为本发明实现影像结构化表达的剖分编码方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤1、基于GeoSOT网格对影像数据进行剖分预处理

传统影像数据组织方式多种多样，为了将其统一起来，本发明使用GeoSOT网格对影像数据进行统一划分与组织。具体来说，GeoSOT网格是一种多层金字塔的网格结构，本步骤根据表达精度的需要选择一层GeoSOT网格，采用选定层的GeoSOT网格对影像数据进行剖分处理，并采用GeoSOT编码方案对影像数据所在剖分面片进行编码，得到剖分面片的剖分编码。由此建立起剖分面片与遥感影像数据之间的严格映射关系，使用GeoSOT网格对影像数据进行划分的原理如图2所示。

影像数据的剖分处理方式分为物理划分与逻辑划分两种：

物理划分指：对影像数据进行物理分块划分，将得到的各GeoSOT面片分文件存储，一个面片存储为一个文件，并且采用剖分编码对文件进行命名。根据GeoSOT编码方案可知，剖分编码能够指示出该剖分面片的覆盖范围和地理位置。

逻辑划分指：不改变影像数据的存储结构，只是从逻辑上对其进行面片划分，生成划分结果对应的索引文件，该索引文件中记录每个剖分面片的起始点在影像数据中的像素坐标值以及剖分面片的剖分编码。

步骤2、地理对象剖分面片集合的提取及编码

影像内部的地理对象的剖分编码方法仍以GeoSOT网格为基础，对地理对象所在的剖分面片集进行编码，使该编码中包含地理对象的空间位置、形状等信息，从而支持地理对象表达。

地理对象分为点状地理对象、线状地理对象和面状地理对象，下面分别进行描述：

对于点状地理对象，采用与步骤1相同的GeoSOT网格层级，获取点状地理对象所在剖分面片的剖分编码。如图3所示，如果某个面片中有多个顶点，则不重复记录。。

例如：某点坐标的经纬度为：

东经116.17727136度，北纬39.95908119度。

若指定表达层级为第8级GeoSOT网格，则其对应的GeoSOT网格编码为：G00131032。

对于线状地理对象，获取顶点连线所经过剖分面片的剖分编码，组成剖分面片编码集。剖分面片编码集的获取过程可以利用地理对象的顶点经纬度坐标实现。地理对象的顶点经纬度坐标是指对地理对象进行采样而获得的点坐标数据；当地理对象为点状对象，则顶点坐标就是点状地理对象的坐标；当地理对象为线状对象时，则一组点坐标表示一条线；当地理对象为面状对象时，一组闭合的点坐标表示一个面。如图4所示，对于线状地理对象来说，首先找到线状地理对象所有顶点的经纬度坐标，按顺序记录下来，然后依次对相邻顶点间线段经过的剖分面片进行提取，得到线状地理对象经过的所有剖分面片集合。

例如：某线状对象4个顶点的经纬度坐标序列为：

东经116.13942801度，北纬40.07385929度，

东经116.13616034度，北纬40.07033654度，

东经116.14372424度，北纬40.06710761度，

东经116.12820405度，北纬40.06718369度。

若选择第19级GeoSOT网格作为基础表达层级，则4个顶点对应的编码序列为：

G0013121000012000321，G0013121000012000032，

G0013121000012001001，G0013121000003111010。

则线段经过的剖分面片的集合为：

G0013121000012000302，G0013121000012000211，G0013121000012000032，

G0013121000012000031，G0013121000012000120，G0013121000012000121，

G0013121000012000130，G0013121000012000113，G0013121000012001002，

G0013121000012001001，G0013121000012001000，G0013121000012000111，

G0013121000012000110，G0013121000012000101，G0013121000012000100，

G0013121000012000011，G0013121000012000010，G0013121000012000001，

G0013121000012000000，G0013121000003111110，G0013121000003111101，

G0013121000003111100，G0013121000003111011，G0013121000003111010。

对于面状地理对象，获取面状地理对像所覆盖剖分面片的剖分编码，组成剖分面片编码集。如图5（a）～图5（c）所示，（a）找到面状地理对象边界上所有顶点的经纬度坐标，按顺序记录下来，（b）依次对相邻顶点间线段经过的剖分面片进行提取，直至面状地理对象边界线段闭合为止，（c）再提取闭合边界内部的所有剖分面片，所有提取的剖分面片组成剖分面片集合。面状对象的处理方法与线状对象类似，所不同的是面状对象的坐标序列为一个闭环，即其坐标序列的首尾两个坐标相等，因此转换出的编码也是首尾相同。

面状地理对象的剖分编码集在记录时可以逐一记录每个组成面片的编码，但是如果面状地理对象比较大，则编码存储量增大，本发明提供了一种小资源消耗的记录方式，即记录面状地理对象的角点定位面片以及面状地理对象覆盖的各剖分面片与角点定位面片的偏移。如图5（d）所示，具体来说，面状地理对象采用（C₀，M，N）的方法进行编码：

其中，角点定位面片为：找到面状地理对象所覆盖剖分面片集的最小外包矩形，将该最小外包矩形其中一个角点所在剖分面片作为角点定位面片，将角点定位面片的剖分编码记为C₀；

所述偏移的记录方式分为按行记录或按列记录：

按行记录时，针对剖分面片集中的每一行面片（相同纬度网格），记录该行与角点定位面片的行偏移量m，以及该行中的起止面片与角点定位面片的列偏移量（j，k），其中，m的取值从0～M，j与k之间的跨度为N。图5（d）示出了按行记录方式。

按列记录时，针对剖分面片集中的每一列面片，记录该列行与角点定位面片的列偏移量，以及该列中的起止面片与角点定位面片的行偏移量。

两种记录方式的偏移量均以网格为单位。

例如，对于图5（c）所示的面状对象，假设此面状对象以第19级GeoSOT网格为表达层级，则其（C₀，M，N）编码为：

$G0013121000012000120,\left\{\begin{array}{c}\mathrm{0,4}-7\\ \mathrm{1,2}-9\\ \mathrm{2,2}-9\\ \mathrm{3,1}-10\\ \mathrm{4,1}-10\\ \mathrm{5,0}-10\\ \mathrm{6,0}-11\\ \mathrm{7,0}-11\\ \mathrm{8,1}-10\\ \mathrm{9,1}-9\\ \mathrm{10,2}-9\\ \mathrm{11,3}-9\\ \mathrm{12,4}-9\end{array}\right\}$

对于角点定位面片C₀的选择，希望使得各半球区域数据的偏移量在数值上的增减方向与经纬度增减方向一致。例如在西北半球，角点定位面片C₀应该选定为地理对象最小外包矩形的右下角点面片，当偏移量增大时，经纬度也增大，这样在根据偏移量计算经纬度时，不需要考虑偏移方向问题。

那么角点定位面片C₀的选择原则为：如图6(a)～(b)所示，当地理对象位于东北半球时，角点定位面片C₀为地理对象最小外包矩形的左下角点面片；当地理对象位于西北半球时，角点定位面片C₀为地理对象最小外包矩形的右下角点面片；当地理对象位于东南半球时，角点定位面片C₀为地理对象最小外包矩形的左上角点面片；当地理对象位于西南半球时，角点定位面片C₀为地理对象最小外包矩形的右上角点面片。这种角点选取方式适用于四个半球，在根据偏移量计算经纬度时，不用考虑半球差异，采用一套计算即可。

步骤3、基于剖分编码的地理对象结构化表达

影像中地理对象的表达方法的核心是将影像数据、影像数据块及像素位置与地理对象的面片集合建立映射关联关系。在将影像文件进行剖分预处理的基础上，根据上述对点状、线状、面状地理对象的剖分编码，从影像文件中提取影像面片集合，并组合表达地理对象。

当采用物理划分时，根据剖分面片编码集查找文件名，获取各剖分面片，组成剖分面片集合，根据剖分编码指示的覆盖范围和地理位置组合表达地理对象；

当采用逻辑划分时，根据剖分面片编码集查找索引文件，获取剖分面片的像素坐标值和剖分编码，由于GeoSOT面片大小是已知的，因此可以根据像素坐标值获知各剖分面片在影像数据中的像素范围，从而从影像数据中提取剖分面片的影像数据，然后再根据剖分编码指示的覆盖范围和地理位置组合表达地理对象。

可见，本发明按照统一网格方法对遥感影像数据进行划分，并记录点状、现状、面状地理对象的剖分编码标识，使用该编码直接表达进而提取影像中所含地理对象。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于剖分编码的影像结构化表达的实现方法，其特征在于，该方法具体步骤包括：

步骤1：影像数据的剖分预处理；

采用指定层的GeoSOT网格对影像数据进行剖分处理，并采用GeoSOT编码方案对剖分获得的每个剖分面片进行编码，得到剖分编码；

步骤2：获取地理对象剖分面片集合并编码；

对于点状地理对象，获取点状地理对象所在剖分面片的剖分编码，组成剖分面片编码集；

对于线状地理对象，获取顶点连线所经过剖分面片的剖分编码，组成剖分面片编码集；

对于面状地理对象，获取面状地理对像所覆盖剖分面片的剖分编码，组成剖分面片编码集；

步骤3：地理对象的影像结构化表达；

根据点状、线状、面状地理对象的剖分面片编码集，从经过预处理的影像中提取地理对象对应的剖分面片集合，并组合表达地理对象。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述对影像数据进行剖分处理的方式分为物理划分与逻辑划分两种：

物理划分指：对影像数据进行物理分块划分，将得到的各剖分面片分文件存储，并且采用剖分面片的剖分编码对文件进行命名；

逻辑划分指：不改变影像数据的存储结构，从逻辑上对其进行划分，生成划分结果对应的索引文件，该索引文件记录剖分面片的起始点在影像数据中的像素坐标值以及剖分面片的剖分编码。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

当采用物理划分时，根据剖分面片编码集查找文件名，获取各剖分面片，组成剖分面片集合，根据剖分编码指示的覆盖范围和地理位置组合表达地理对象；

当采用逻辑划分时，根据剖分面片编码集查找索引文件，获取剖分面片的像素坐标值和剖分编码，根据像素坐标值从影像数据中提取剖分面片的影像数据，再根据剖分编码指示的覆盖范围和地理位置组合表达地理对象。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对于线状地理对象，获取顶点连线所经过剖分面片的剖分编码具体为：找到线状地理对象所有顶点的经纬度坐标，按顺序记录下来，依次对相邻顶点间线段经过的剖分面片进行提取，得到线状地理对象经过的所有剖分面片集合。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对于面状地理对象，获取面状地理对像所覆盖剖分面片的剖分编码具体为：找到面状地理对象边界上所有顶点的经纬度坐标，按顺序记录下来，依次对相邻顶点间线段经过的剖分面片进行提取，直至面状地理对象边界线段闭合为止，再提取闭合边界内部的所有剖分面片，所有提取的剖分面片组成剖分面片集合。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于面状地理对象，其剖分面片编码集的记录方式为：记录面状地理对象的角点定位面片以及面状地理对象覆盖的各剖分面片与角点定位面片的偏移；

其中，角点定位面片为：找到面状地理对象所覆盖剖分面片集的最小外包矩形，将该最小外包矩形其中一个角点所在剖分面片作为角点定位面片；

所述偏移的记录方式分为按行记录或按列记录：

按行记录时，针对剖分面片集中的每一行面片，记录该行与角点定位面片的行偏移量，以及该行中的起止面片与角点定位面片的列偏移量；

按列记录时，针对剖分面片集中的每一列面片，记录该列行与角点定位面片的列偏移量，以及该列中的起止面片与角点定位面片的行偏移量。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

当地理对象位于东北半球时，角点定位面片为地理对象最小外包矩形的左下角点面片；

当地理对象位于西北半球时，角点定位面片为地理对象最小外包矩形的右下角点面片；

当地理对象位于东南半球时，角点定位面片为地理对象最小外包矩形的左上角点面片；

当地理对象位于西南半球时，角点定位面片为地理对象最小外包矩形的右上角点面片。

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