CN106204734B - 基于多源地图整合的地图生成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于多源地图整合的地图生成方法，包括对瓦片进行重采样生成地图的最终步骤，在最终步骤之前还包括步骤：对于待整合的至少两个地图，指定用于接入地图的经纬度坐标系，判断每个待整合地图的像素坐标系和经纬度坐标系之间的转换关系是否已知，对于转换关系未知的地图，建立地图像素坐标系与经纬度坐标系之间的转换关系，再接入该地图；选择其中一个地图的切片方案作为目标切片方案，对所有非目标切片方案的地图重投影，生成采用目标切片方案的瓦片。利用该方法，本发明还提供了一种地图生成装置。本发明的方法及装置实现了让不同切片方案的地图在平台中联合显示，极大的增强了用户体验。

Description

基于多源地图整合的地图生成方法及装置

技术领域

本发明涉及地理信息技术领域，尤其涉及基于多源地图整合的地图生成方法以及装置。

背景技术

目前基于网络的视频监控技术的发展使得大量的视频监控资源能够被整合起来，各个摄像机的监控录像能够在监控平台中被调取，同时应用电子地图可以使各个摄像机的空间位置能够以一种十分直观的方式显现，相比传统的监控平台，基于电子地图的监控平台能够提供更好的用户体验，更加直观的显示，以及更好的功能。

由于视频监控行业用户需求的多样性，使得用户对私有地图接入的需求十分强烈，用户所提供的地图形式有遥感图、CAD图以及图片等，区域范围从园区到省市不等。由于用户所提供的地图具有十分强的针对性，即只在其关心的部分详细，其不关心的方面往往存在较大瑕疵，在用户体验上往往不是很好。小区域地图例如地铁CAD图，一般只在站点处详细标注，而非地铁区域则是空白；大区域地图如遥感图，用户提供的遥感图无标注信息，对于不熟悉当地的用户使用十分不方便。如果能够将CAD图与互联网地图进行整合，在地铁区域展示CAD图，其他区域展示互联网地图，对遥感图叠加标注信息，这对用户体验的提升是十分有意义的。

开放地理信息系统联盟(Open Geospatial Consortium，缩写为OGC)制定了一套与空间信息、基于位置服务相关的标准(即OGC标准)，在这套标准中包含了定义地图发布的相应规范，称为Web地图服务(Web map service，缩写为WMS)规范。该规范利用具有地理空间位置信息的数据制作地图,其中将地图定义为地理数据可视的表现。这个规范定义了三个操作：GetCapabitities操作，用于返回服务级元数据，它是对服务信息内容和要求参数的一种描述；GetMap操作，用于返回一个地图影像，其地理空间参考和大小参数是明确定义了的；GetFeatureInfo操作，用于返回显示在地图上的某些特殊要素的信息。其中，前两个操作为必要操作，最后一者为可选操作。

在目前的地图服务中，如果按照WMS规范发布地图，则这种发布方式屏蔽了底层的像素坐标与经纬度坐标计算，通过接口的方式返回地图，系统通过调用接口的方式与地图提供方的服务器进行交互，不断地向服务器发送请求获取指定区域的图片，系统的客户端根据所获取的图片以及相应的参数将地图显示在界面中。理论上而言，这种方式屏蔽了不同投影坐标系之间的换算，在实现上只需要完成图像的重采样即可实现不同源地图的整合显示。

但是，这种地图的发布方式要求地图提供方必须按照WMS方案提供服务，而实际上互联网地图大部分并未严格执行OGC标准，使得这一技术方案无从执行。因此，用户所提供的不同来源的地图，由于存在地图发布不规范，尤其是切片方案不统一的问题，无法通过简单的重采样来生成理想的地图。

另外，当具备WMS规范所定义的服务时，客户端需要根据对方服务器返回的地图实时进行重采样、图像处理等工作，这对系统的客户端产生一定的负荷，很容易造成用户使用地图时不流畅。

在地图编绘过程中，地图投影变换是一个重要组成部分，它主要研究从一种地图投影变换成另一种地图投影的理论和方法，其实质是建立两平面场之间及邻域双向连续点的一一对应关系。

地图的投影变换包括两个部分，一个是不同投影坐标系之间的换算，另一个则是图像的重采样，其中前部分是整个地图投影变换的核心。不同投影坐标系之间的换算包括数值变换法和解析变换法。目前中小区域地图坐标系与地理坐标系之间的换算效率较高的是数值变换法，而全球范围的地图，特别是商业地图，使用数值变换法很容易使地图精度产生偏差(方程拟合较差)，即便在瓦片的每一层加入偏移参数也很难保证精度在全球范围内精度不损失，分区域拟合成本十分高，同时这种地图在地图投影时在部分参数的选择上并未采用已知公开参数，并且人为地对地图数据进行加偏处理，这对于这种地图的解算都产生了十分大的困难。解析变换法又包括正解变换法以及反解变换法。如图1所示正解变换法直接建立两个坐标系之间的转换关系，在视频监控行业，由于接入地图的多样性，使用正解变换法成本较高；而反解变换法如图2所示，则是分别计算出两个地图的像素坐标系与经纬度坐标系之间的转换关系，通过经纬度坐标系作为中间转换坐标系完成两个坐标系之间的互转，这种变换法可以在保证精度的前提下降低成本，其中将一个地图的像素坐标系向经纬度坐标系转换的这一过程称为地图的接入。

发明内容

为了能够为用户提供具有详细信息的私人定制地图，针对已知投影方式的地图，本发明提供了一种地图的生成方法，将不同来源的地图整合显示。

一种基于多源地图整合的地图生成方法，包括对瓦片进行重采样生成地图的最终步骤，所述地图生成方法在最终步骤之前还包括步骤：

对于待整合的至少两个地图，指定用于接入地图的经纬度坐标系，判断每个待整合地图的像素坐标系和经纬度坐标系之间的转换关系是否已知，对于转换关系未知的地图，建立地图像素坐标系与经纬度坐标系之间的转换关系，再接入该地图；

选择其中一个地图的切片方案作为目标切片方案，对所有非目标切片方案的地图重投影，生成采用目标切片方案的瓦片。

本发明针对的待整合地图是已知投影方式的地图。由于地图在整合显示时需要以同样的切片方案进行显示，不同来源的多个地图所采用的切片方案可能存在不同，且切片方案可能已知也可能未知。一些地图采用了谷歌Online切片方案，这些地图的像素坐标系到投影坐标系以及经纬度坐标系之间存在精确的转换公式，且转换公式公开。而另一些地图例如百度地图，其像素坐标到经纬度坐标之间没有公开的转换公式。如果各地图像素坐标系到经纬度坐标系之间的关系均已知，即使切片方案不同，也可以利用已知的转换公式接入地图并精确地转换至目标切片方案；而对于转换关系未知的，则要通过经纬度坐标系建立起转换关系。

进一步而言，地图像素坐标系与经纬度坐标之间转换关系的建立包括如下步骤：

根据地图的投影方式获得经纬度坐标系与投影坐标系之间的转换公式，以进行经纬度坐标系与投影坐标系之间的互转；

利用地图上采集的样本点建立地图的像素坐标系与投影坐标系之间的转换方程式，以进行像素坐标系与投影坐标系之间的互转。

其中，地理坐标系(Geographic Coordinate System)，也称为经纬度坐标系，是使用三维球面来定义地球表面位置，以实现通过经纬度对地球表面点位引用的坐标系。一个地理坐标系包括角度测量单位、本初子午线和参考椭球体三部分。

投影坐标系(Projected Coordinate Systems)使用基于X,Y值的坐标系统来描述地球上某个点所处的位置。这个坐标系是从地球的近似椭球体投影得到的，它对应于某个地理坐标系。

像素坐标系是指地图经渲染之后生成的地图图像像素构成的坐标系，通常该坐标系以左上角为原点。

在实现地图的像素坐标与经纬度坐标系之间的互转过程中，由于地图的投影方式已知，因此可以通过查询得到投影坐标系与经纬度坐标系之间存在明确的转换公式，但是地图的像素坐标系与投影坐标系之间的转换关系是未知的，需要采集样本点来建立两者之间满足一定精度要求的转换方程式。其中，样本点个数为若干个，为了提高精度，样本点个数为多个。视需要可以求取样本点坐标值的平均值进行方程式的建立。

为了保证精度满足要求，作为一种优选方式，投影坐标系与像素坐标系之间转换方程式的建立包括如下步骤：

设(x,y)为投影坐标系中任意一点，则该点在像素坐标系的坐标为(px,py)，建立投影坐标系与像素坐标系之间的二元一次方程组：

x＝px*C1+C2

y＝py*C3+C4

其中，方程系数C1，C2，C3及C4通过代入样本点的投影坐标值及像素坐标值来确定；

利用二元一次方程组接入地图，验证接入后的地图是否满足精度要求：如果是，将所述二元一次方程组作为所述的坐标转换方程式；否则，选取多个样本点，对样本点采用最小二乘法拟合回归方程，所得二元二次的回归方程作为转换方程式。

由于投影坐标系与像素坐标系之间的转换关系满足线性关系，出于效率方面考虑，首先建立投影坐标系与像素坐标系之间的二元一次方程组，利用二元一次方程组接入地图后，通过现有手段比对地图的经纬度坐标值是否反映实际的地理坐标值来进行验证。这一比对过程人工完成，比对方法包括选取地图上若干位置的点，利用这些点的经纬度坐标值在已知高精度地图上查找对应的位置，比较两者是否为同一地理位置。在拟合回归方程的过程中，为了提高精度，较佳而言，样本点的个数多于三十个。

样本点的投影坐标值及像素坐标值获取方式为，在所述地图中选取样本点，得到样本点在所述地图中的像素坐标值，指定一个已知像素坐标系到经纬度坐标系之间转换关系的地图，在该地图中查找样本点的经纬度坐标值，并利用所述的已知切片方案将经纬度坐标值转换为所述投影坐标系中的投影坐标值。其中样本点的选取以及在已知切片方案的地图中经纬度值的查找也是通过人工完成。

如果地图的像素坐标系到经纬度坐标系之间的关系不是已知，则该地图还可能存在加密，其中加密是指对于地图上的点基于一定的数学法则进行偏移。因此，进一步而言，对于像素坐标系和经纬度坐标系之间的转换关系未知的地图，所述地图生成方法还包括判断地图是否经过加密的步骤，对于经过加密的地图，还包括通过加密和解密算法消除加密影响的步骤。对于现有的地图而言，可以通过查询相关资料判断地图是否经过加密并确定相应的加密函数。对于无法查询得到加密函数的地图，事实上不能够进行接入，因此本发明针对的是加密函数可以获得的地图。

对于加密的地图，需要消除其加密影响，使用户在使用地图时感知不到加密。进一步而言，通过加密和解密算法消除加密影响的方法包括如下步骤：

根据地图的加密算法将经纬度坐标系加密得到加密坐标系，并根据地图的投影方式，获得加密坐标系与投影坐标系之间的转换公式，以进行加密坐标系与投影坐标系之间的互转；

调用解密算法将加密坐标系转换至经纬度坐标系。

其中加密坐标系至经纬度坐标系之间方法有多种，但是考虑到效率问题，作为一种优选，调用的解密算法为，对于加密坐标系中任意一点(x′,y′)，迭代查找该点在经纬度坐标系中的坐标值(x,y)，使迭代得到的目标坐标值满足g(x,y)小于预定精度值，其中g(x,y)＝Abs(x′-x)+Abs(y′-y)，其中迭代查找目标坐标值方法为，设定经纬度坐标值x的初始值域区间为[x′-c,x′+c]，y的初始值域区间为[y′-c,y′+c]，其中c为指定值，在每次迭代中计算出各值域区间的中间值作为初始的目标坐标值代入g(x,y)，并判断所得g(x,y)是否满足小于预定精度值：如果满足，则将所得中间值作为最终的目标坐标值并结束迭代；否则，利用所得中间值缩小下一次迭代的值域区间范围，进入下一次迭代。

其中，预设精度视需要设定，例如为0.00000001。

这种方法事实上是改进的二分法。二分法的核心在于，在对目标值查找的同时，缩小查找的范围，一般将范围缩小一半，从而达到高效找到目标值的效果。在一元二分法算法中需要确定一个区间[a,b],其中必须满足f(a)*f(b)＜0,而二元二分法则是确定一个区域，根据偏移程度，可以设区域为[x′-c,x′+c],[y′-c,y′+c]，一般偏移不会超过0.5度。

在缩小区间范围时，各个值域区间的上限或下限发生变化，由于x′与y，y′与x并非无关，变量与因变量之间存在着十分弱的相关性，x的变化会对y′产生影响，y的变化也会对x′产生影响，这会使得二分法在迭代的过程中x,y区间可能不包含目标坐标值，在较低的概率下，算法无法退出循环，所以算法需要在每次迭代计算中加入值域区间的回退机制，以使值域区间在每次迭代的过程中都能包含目标坐标值。

进一步而言，利用所得中间值缩小下一次迭代的值域区间范围的方法包括：

对于经纬度坐标值x的值域区间，设值域区间上限为x′_上限，值域区间下限为x′_下限，判断中间值x′_中间值与的x′关系：如果x′_中间值＞x′,则将区间中间值设置为下一次迭代的值域区间上限，并且在满足Abs(x′_上限-x′_下限)小于第一预设值且Abs(x′_中间值-x′)大于第二预设值时，对区间上限x′_上限进行回退，x′_上限＝x′_上限+d；否则，将区间中间值设为下一次迭代的值域区间下限，并且在满足Abs(x′_上限-x′_下限)小于第一预设值且Abs(x′_中间值-x′)大于第二预设值时，对区间下限值x′_下限进行回退，x′_下限＝x′_下限-d；

对于经纬度坐标值y的值域区间，设值域区间上限为y′_上限，值域区间下限为y′_下限，判断中间值y′_中间值与的y′关系：如果y′_中间值＞y′,则将区间中间值设置为下一次迭代的值域区间上限，并且在满足Abs(y′_上限-y′_下限)小于第一预设值且Abs(y′_中间值-y′)大于第二预设值时，对区间上限y′_上限进行回退，y′_上限＝y′_上限+d；否则，将区间中间值设为下一次迭代的值域区间下限，并且在满足Abs(x′_上限-x′_下限)小于第一预设值且Abs(x′_中间值-x′)大于第二预设值时，对区间下限值y′_下限进行回退，y′_下限＝y′_下限-d；

其中第一预设值小于第二预设值，d为指定常量。

第一预设值及第二预设值根据经验进行取值，通常第一预设值为预设精度值的五分之一，第二预设值为预设精度值的二分之一。d视需要设定，例如可以为0.01。

本发明还提供了一种地图生成装置，利用本发明的地图生成方法将地图不同来源的地图进行接入和重投影，生成统一采用切片方案的瓦片，从而达到多源地图的整合。

一种基于多源地图整合的地图生成装置，包括对瓦片进行重采样生成地图的地图生成单元，还包括如下单元：

地图接入单元，对于待整合的至少两个地图，指定用于接入地图的经纬度坐标系，判断每个待整合地图的像素坐标系和经纬度坐标系之间的转换关系是否已知，对于转换关系未知的地图，建立地图像素坐标系与经纬度坐标系之间的转换关系，再接入该地图；

瓦片切割单元，选择其中一个地图的切片方案作为目标切片方案，对所有非目标切片方案的地图重投影，生成采用目标切片方案的瓦片。

进一步而言，地图接入单元包括如下用于建立地图像素坐标系与经纬度坐标系之间的转换关系的模块：

投影经纬度坐标系转换模块，根据地图的投影方式获得经纬度坐标系与投影坐标系之间的转换公式，以进行经纬度坐标系与投影坐标系之间的互转；

像素投影坐标系转换模块，利用地图上采集的样本点建立地图的像素坐标系与投影坐标系之间的转换方程式，以进行像素坐标系与投影坐标系之间的互转。

作为一种优选，所述地图生成单元还包括：

加密判断模块，对于像素坐标系和经纬度坐标系之间的转换关系未知的地图，判断地图是否经过加密；

加密影响消除模块，对于经过加密的地图，通过加密和解密算法消除加密影响。

进一步而言，加密影响消除模块包括如下子模块：

加密子模块，根据地图的加密算法将经纬度坐标系加密得到加密坐标系，并根据地图的投影方式，获得加密坐标系与投影坐标系之间的转换公式，以进行加密坐标系与投影坐标系之间的互转；

解密子模块，调用解密算法将加密坐标系转换至经纬度坐标系。

通过本发明的地图生成方法及装置，能够将已知投影的全球范围地图接入到监控平台中，并且保证地图坐标的精度满足监控行业的应用。能够让不同切片方案的地图在平台中联合显示，极大的增强了用户体验。对于加密地图，使用二分法解算加密算法在效率和精度上能够保证同一个坐标点多次加密解密精度不损失，这使得平台能够屏蔽地图源的坐标加密问题。

附图说明

图1为地图投影的正解变换法示意图；

图2为地图投影的反解变换法示意图；

图3为本发明一个实施例的地图接入方法流程图；

图4为图3当前实施例的二分法示意图；

图5为图3当前实施例生成地图的方法流程图。

具体实施方式

为了对本发明进行详细的解释，现结合附图和实施例对本发明进行阐述。

本发明一个实施例以遥感图地图为例，对本发明技术方案进行一个详细的阐述。本发明当前实施例以两个来源的地图为例，将用户提供的遥感地图与网络地图进行整合，其中网络地图为大区域范围内的地图。本发明一个实施例利用本发明所提供的地图生成装置，如图5所示，执行地图生成方法，包括如下步骤：

A，对于待整合的至少两个地图，指定用于接入地图的经纬度坐标系，判断每个待整合地图的像素坐标系和经纬度坐标系之间的转换关系是否已知，对于转换关系未知的地图，建立地图像素坐标系与经纬度坐标系之间的转换关系，再接入该地图。

该步骤由地图接入单元完成。其中，网络地图是瓦片形式。在当前实施例中，网络地图为POI瓦片地图。客户提供的地图可以是图片，遥感图或CAD图。

目前市场占有率较高或者绝大部分地图例如谷歌地图，都是采用网络墨卡托投影，而在进行像素坐标系与投影坐标系之间的换算时，如果区域范围为全球范围，采用回归方程精度十分低，分区域拟合成本又十分高，因此已经不适用于本发明中的计算，所以有必要针对墨卡托投影研究通用的换算方法。

地图的接入如图3所示。目前市场上地图分为两类，一类采用标准谷歌Online切片方案的地图，如高德、谷歌、天地图等，另一类为非谷歌Online切片方案地图，如百度地图。其中前者较为简单，这种坐标换算的方法十分成熟，精度也十分高，对于这类地图，本发明当前实施例通过像素坐标系与经纬度坐标系之间的转换公式接入地图；而后者则较难，同时由于加密算法等原因，算法也较为复杂，地图的像素坐标系与经纬度坐标系之间的转换关系未知。因此首先对地图的像素坐标系与经纬度坐标系是否已知进行判断。

在本发明当前实施例中，转换关系已知是以标准的谷歌Online切片方案为例，每张瓦片的大小为256个像素，切片的原点为-180，85.05112877980659，根据谷歌地图所采用的网络墨卡托投影的投影特征和具体的切片方案，可以得出每个像素与经纬度之间的转换关系，具体如下：

像素坐标转换至经纬度坐标：

lng＝360*xx

经纬度坐标转换至像素坐标公式为：

x＝xx*mapSizeX+0.5

y＝yy*mapSizeY+0.5

其中x,y为像素坐标，mapSizeX为当前层级的X方向上的像素总和，mapSizeY为Y方向上的像素总和，lat为纬度，lng为经度。

如果地图的切片方案不是谷歌Online切片方案(即地图的像素坐标系与经纬度坐标系之间的转换关系未知)，则需要考虑该切片方案是否经过加密，因此在步骤A中，对于未知切片方案的地图，将未知的地图切片方案转为已知的方法包括判断地图是否经过加密的步骤以及建立地图像素坐标系与经纬度坐标系之间转换关系的步骤，其中对于经过加密的地图，还包括通过加密和解密算法消除加密影响的步骤。

对于未加密的地图，建立从经纬度坐标系到像素坐标系之间的转换方程式包括如下步骤：

a-1，根据地图的投影方式获得经纬度坐标系与投影坐标系之间的转换公式，以进行得经纬度坐标系与投影坐标系之间的互转。这一步骤由投影经纬度坐标系转换模块完成。由于经纬度坐标系的投影方式已知，所以可以查询到经纬度坐标系与投影坐标系之间的关系，当前实施例中投影为网络墨卡托投影,网络墨卡托投影坐标系与经纬度坐标系之间的换算为已知的公式，所以可以通过网络墨卡托投影坐标系与像素坐标系之间的关系间接推算出经纬度坐标系与像素坐标系之间的关系，经纬度坐标系与网络墨卡托投影坐标系的换算如下：

经纬度至网络墨卡托投影坐标系：

其中t_m为中间计算结果值，x,y为网络墨卡托投影坐标系的坐标。

网络墨卡托投影坐标系至经纬度坐标系:

步骤a-2，利用地图上采集的样本点建立地图的像素坐标系与投影坐标系之间的转换方程式，以进行像素坐标系与投影坐标系之间的互转。

步骤a-2由像素投影坐标系转换模块完成。对于未经加密的待整合地图而言，建立像素坐标系与投影坐标系之间的方程式方法为，在待整合地图上选取若干样本点，计算出各个样本点在已知切片方案的经纬度坐标系中的坐标值，利用样本点确定方程系数。

理论上网络墨卡托坐标系与像素坐标系之间的关系是线性关系，因此首先建立网络墨卡托坐标系与像素坐标系中坐标值的二元一次方程式。设x,y为网络墨卡托坐标系中任意一点的坐标值，px,py为对应的像素坐标值，则二元一次方程式表达如下，

x＝px*C1+C2

y＝py*C3+C4

其中C1,C3是与地图缩放级数相关的常量，C2,C4则是与地图中心点相关的常量，反算也存在类似公式，通过对谷歌Online切片方案中的坐标点与像素点之间的取值验证发现，以上公式基本成立，如果取固定常量计算两个坐标系之间的关系，误差在1个像素以内，所以在理论上对于任意的地图，我们仅需知道其投影的方式即可测算出其相应的切片方案所采用的参数。

在待整合地图中选取样本点，得到样本点在待整合地图中的像素坐标，再利用所得到的像素坐标在采用已知切片方案的地图中查找对应像素坐标的经纬度坐标值，这一过程通过人工查找完成。之后使用步骤a-1中的公式将样本点在经纬度坐标系中的坐标值转换至投影坐标系中的坐标值，然后代入到方程式中，算出C1，C2，C3,C4的值(可以取其中某一个样本点的值或者取平均值)，得到二元一次方程式。

在实际的应用过程中，由于地图投影计算的复杂性，以及各个地图厂商算法的差异(尤其是地图投影时未能严格按照地图投影理论进行计算)，会使得理论计算的值存在差异，这种误差会具有随参数计算样本点越远误差越大的特性，且即便是非常远的距离(3000公里左右)误差也在300个像素点左右。因此上述的二元一次方程组不一定能够满足所需精度，此时就要对所得到的二元一次方程组进行精度验证，如果应用所得二元一次方程接入地图后，地图上各点经纬度坐标的精度能够满足所需精度，则将所得到的二元一次方程式作为投影坐标系到像素坐标系之间的转换方程式。否则，就需要进行线性拟合。

通过对误差的分布情况进行分析，可以发现这种误差通过回归方程应用最小二乘法是十分容易拟合的，由于上文中像素坐标与网络墨卡托投影坐标之间的计算是通过线性方程计算，而二元二次方程可以包含线性方程，所以可以通过取较多(30个)的样本点直接投影坐标系与像素坐标系之间的关系，最终得到像素坐标与投影坐标互转的二元二次方程组，以百度地图为例，对回归方程采用最小二乘法拟合，可以建立如下的方程式：

pixely＝7.35352340086685E-12*x²+9.39729146931851E-12*x

*y+8.12647141921724E-10*y²+1.98403678528303

*y-0.000212332608690639*x+3915.53854399894

pixelx＝2.26599796724512E-12*x²+3.5001926984551E-12*x

*y+7.10391945293842E-13*y²

-0.0000551338363883895*y+1.99995201582597*x

+546.960811821871

x＝-2.73297968370015E-13*pixelx²-4.3688646200802E-13

*pixelx*pixely-9.82000305954539E-14*pixely²

+0.0000139020525825477*pixely+0.500011499020342

*pixelx-267.697879080613

y＝-9.0298913442894E-13*pixelx²-1.19856067495038E-12

*pixelx*pixely-1.03052329152388E-10*pixely²

+0.504016205195998*pixely+0.0000524246363084467

*pixelx-1943.29405470358

其中x,y为墨卡托投影坐标，pixelx,pixely为19级像素坐标。

当待整合的地图未对数据进行加密时，利用上述转换方程式能够满足需求。但是如果待整合的地图基于一定的数学法则加密时，则上面方程式便很难收敛，因为无法使用一个二元二次方程来表示任意的函数。此时可通过加密判断模块对于像素坐标系和经纬度坐标系之间的转换关系未知的地图，判断地图是否经过加密，对于经过加密的地图，通过步骤a-1及步骤a-2算出经纬度坐标系(加密坐标系)与像素坐标之间的计算关系，并通过加密影响消除模块进行加密和解密算法消除加密影响。消除加密影响包括步骤：利用加密子模块，根据地图的加密算法将经纬度坐标系加密得到加密坐标系，并根据地图的投影方式，获得加密坐标系与投影坐标系之间的转换公式，以进行加密坐标系与投影坐标系之间的互转；利用解密子模块，调用解密算法将加密坐标系转换至经纬度坐标系。

一般已知切片方案的经纬度坐标系采用WGS84坐标系，而目前国内市场占有率较高的地图中都能够找到一个函数使得WGS84坐标系中点的坐标值能够计算到加密后得到的加密坐标系中的坐标值，而加密坐标系内的点换算到WGS84坐标系内坐标值则较难，本发明则通过改进的二分法(二元二分法)来拟合这个过程，流程图如图4所示，具体如下：

设WGS84坐标转换至加密后坐标的方法为f(x,y)→x′,y′，其中f(x,y)为转换函数，(x,y)为WGS84坐标系中的经纬度坐标值，(x′,y′)为加密后的坐标中的坐标值。设二分法目标函数为g(x,y)＝Abs(x′-x)+Abs(y′-y),算法的目的则是寻找一组解使得g(x,y)→0。

在实际的应用中通常需要保证用户对加密算法的不可感知性，所以加密函数一般为连续函数，即(x,y)自变量变化较小时，引起的因变量(x′,y′)也很小，所以在连续性上是能够满足二分法的，算法可以使用二分法进行计算。

在一元二分法算法中需要确定一个区间[a,b],其中必须满足f(a)*f(b)＜0,而二元二分法则是确定一个区域。根据加密函数的偏移程度，可以设区域为[x′-c,x′+c],[y′-c,y′+c]，此处(x,y)为WGS84坐标系中任意点的经纬度坐标值，一般偏移不会超过0.5度，所以c设为0.5。假设x′与y方向取值无关，y′与x方向取值无关，则可以将二元二分法分解为x,y方向的两个一元二分法。迭代运算二元二分法，x方向上初始的区间为[x′-c,x′+c]，y方向上初始的区间为[y′-c,y′+c]，在每次迭代中，取值域的区间中间值(区间上限和区间下限的平均值)代入到g(x,y)函数中进行计算，并判断g(x,y)是否小于指定精度值Prec(在当前实施例中取0.00000001)，如果小于则退出循环，否则利用中间值缩小下一次迭代的值域区间，进入下一次迭代直至完成计算。区间的中间值为x′_中间值,y方向上的中间值为y′_中间值，以x方向上为例，在每一次迭代中如果x′_中间值＞x′,则将区间中间值设置为下一次迭代的区间上限x′_上限，否则将区间中间值设置为下一次迭代中的区间下限x′_下限；对y方向上，每次迭代的区间和中间值的计算方式相同。由于实际上x′与y，y′与x并非无关，自变量与因变量之间存在着十分弱的相关性，x的变化会对y′产生影响，y′的变化也会对x产生影响，这会使得二分法在迭代的过程中x,y方向上区间可能不包含目标值，有较低的概率算法无法退出循环，所以算法需要在每次迭代计算中加入区间回退机制，以使区间在每次迭代的过程中都能包含目标值。因此，利用所得中间值缩小下一次迭代的值域区间范围的方法具体包括：

对于经纬度坐标值x的值域区间，设值域区间上限为x′_上限，值域区间下限为x′_下限，判断中间值x′_中间值与的x′关系：如果x′_中间值＞x′,则将区间中间值设置为下一次迭代的值域区间上限，并且在满足Abs(x′_上限-x′_下限)小于第一预设值且Abs(x′_中间值-x′)大于第二预设值时，对区间上限x′_上限进行回退，x′_上限＝x′_上限+d；否则，将区间中间值设为下一次迭代的值域区间下限，并且在满足Abs(x′_上限-x′_下限)小于第一预设值且Abs(x′_中间值-x′)大于第二预设值时，对区间下限值x′_下限进行回退，x′_下限＝x′_下限-d；

对于经纬度坐标值y的值域区间，设值域区间上限为y′_上限，值域区间下限为y′_下限，判断中间值y′_中间值与的y′关系：如果y′_中间值＞y′,则将区间中间值设置为下一次迭代的值域区间上限，并且在满足Abs(y′_上限-y′_下限)小于第一预设值且Abs(y′_中间值-y′)大于第二预设值时，对区间上限y′_上限进行回退，y′_上限＝y′_上限+d；否则，将区间中间值设为下一次迭代的值域区间下限，并且在满足Abs(x′_上限-x′_下限)小于第一预设值且Abs(x′_中间值-x′)大于第二预设值时，对区间下限值y′_下限进行回退，y′_下限＝y′_下限-d；

其中第一预设值小于第二预设值，d为指定常量。

其中d为常量值，当前实施例中取0.01,根据不同的加密算法有所不同，Prec/5和Prec/2为经验取值。

在本发明实施例中，待整合的地图为用户提供的遥感图以及POI地图，且用户提供的遥感图包含了坐标信息，所以无需做特殊处理。为了方便下文计算，将用户提供的遥感图(文件大小40GB左右)转换为谷歌Online切片方案的瓦片。

在步骤A中已经完成了不同坐标系之间的换算问题，利用坐标系之间的换算，可以将不同切片方案的地图转换到中间坐标系，从而将不同切片方案的地图最终转换为同一切片方案。此时可以利用同一切片方案进行地图的生成，即进行步骤B。

步骤B，选择其中一个地图的切片方案作为目标切片方案，对所有非目标切片方案的地图重投影，生成采用目标切片方案的瓦片。

其中采用具体哪种切片方案需要根据实际情况确定，基本原则是文字类的图像数据优先于图像类数据，尽可能地采用标准的谷歌Online切片方案，因为文字类图像在放大和缩小时都会对图像的显示效果产生影响，而谷歌Online切片方案市场占有率较高，采用这种切片方案能够减少工作量。由于需要叠加的POI图层中包含着字体，根据切片方案选择原则，选择POI地图切片方案为投影变换后的切片方案，将用户的地图切片方案重投影，变换到POI地图切片方案。

在实际的应用中，地图的显示是基于瓦片的，平台根据当前的视窗以及索引号来调取相应的瓦片，当地图之间的切片方案不同时就需要将其中一个地图以另一种切片方案重绘，如果这个过程在用户调取数据浏览数据时进行那么会对客户端产生一定的负荷，所以本发明当前实施例采用了预缓存的方法，将不同切片方案的瓦片数据转换为同一个瓦片方案并且存储起来。

确定了目标切片方案的地图之后，其余的地图都通过重投影，变换为目标切片方案，确定需要投影变换的瓦片索引列表。将非目标切片方案的地图称为源地图，目标切片方案的地图称为投影变换后的地图，则根据源地图瓦片与投影变换后的瓦片之间的关系，确定需要投影变换的瓦片的具体索引，并且加入到列表中。

根据地图的像素坐标系与投影变换后的像素坐标系之间的转换关系，确定地图对应的图像区域，将相对应的图像区域生成目标切片方案的瓦片，然后以目标切片方案瓦片的命名方案保存。

目前系统中处理的图像地图包括两种形式，一种以瓦片的形式存储，另一种直接以图片的形式存储，前者不涉及内存限制的问题，因为目前的计算机处理256*256的图片不存在任何负荷问题，而后者则存在较大的内存限制，例如当客户将一个区域的地图以图片的形式提供的时候往往十分大，通常行列都过万(完全加载需要内存>10G)，此时如果采用一般的图像处理技术直接加载很容易导致系统崩溃等问题，所以本发明当前实施例中参考遥感图像处理技术，使用部分加载技术以解决超大图像处理的问题，即图片不完全加载，每次根据需要提取图片的部分加载到内存中。

C，利用地图生成单元，对瓦片进行重采样生成地图。

当完成图片的加载之后，地图的重绘主要是根据其中一幅地图以及相应的坐标换算公式和另一幅的切片方案进行重绘，在监控领域，由于客户并不关心图像的科学计算，更多关心图像的成像效果，在图像重采样算法的选择中，通过试验发现使用最邻近法、二次双卷积法等算法逐点计算对于图像成像效果并不是十分好，且计算量十分巨大。因此，当前实施例以瓦片为单位，直接调用GDI+函数进行图像重采样，这种重采样方法的效果以及速度都远远高于逐点计算，其算法的实现关键是建立目标切片方案的每一张瓦片与源地图之间的对应关系，对于源地图在目标切片方案中的瓦片索引号为x,y的瓦片，取瓦片的左上角像素坐标(x*TitleSizeX,y*TitleSizeY)和右下角像素坐标((x+1)*TitleSizeX,(y+1)*TitleSizeY)，将两个像素坐标转换为经纬度坐标，之后再将经纬度坐标转换为源地图像素坐标，取出两个坐标点所对应的源地图的图像区域的图像，再将这部分图片缩放到TitleSizeX，TitleSizeY大小，之后以目标切片方案的索引号保存相应图片，依次遍历完成整幅地图的重采样。

整合完成的地图地理坐标信息以及文字标注信息同时显示，实现了让不同切片方案的地图在平台中联合显示，极大的增强了用户体验。并且将已知投影的全球范围地图接入到监控平台中，同时保证地图坐标的精度满足监控行业的应用。

Claims (9)

1.一种基于多源地图整合的地图生成方法，包括对瓦片进行重采样生成地图的最终步骤，其特征在于，所述地图生成方法在最终步骤之前还包括步骤：

对于待整合的至少两个地图，指定用于接入地图的经纬度坐标系，判断每个待整合地图的像素坐标系和经纬度坐标系之间的转换关系是否已知，对于转换关系未知的地图，建立地图像素坐标系与经纬度坐标系之间的转换关系，再接入该地图；

选择其中一个地图的切片方案作为目标切片方案，对所有非目标切片方案的地图重投影，生成采用目标切片方案的瓦片；

地图像素坐标系与经纬度坐标之间转换关系的建立包括如下步骤：

根据地图的投影方式获得经纬度坐标系与投影坐标系之间的转换公式，以进行经纬度坐标系与投影坐标系之间的互转；

利用地图上采集的样本点建立地图的像素坐标系与投影坐标系之间的转换方程式，以进行像素坐标系与投影坐标系之间的互转。

2.如权利要求1所述基于多源地图整合的地图生成方法，其特征在于，投影坐标系与像素坐标系之间转换方程式的建立包括如下步骤：

设(x,y)为投影坐标系中任意一点，则该点在像素坐标系的坐标为(px,py)，建立投影坐标系与像素坐标系之间的二元一次方程组：

x＝px*C1+C2

y＝py*C3+C4

其中，方程系数C1，C2，C3及C4通过代入样本点的投影坐标值及像素坐标值来确定；

利用二元一次方程组接入地图，验证接入后的地图是否满足精度要求：如果是，将所述二元一次方程组作为所述的坐标转换方程式；否则，选取多个样本点，对样本点采用最小二乘法拟合回归方程，所得二元二次的回归方程作为转换方程式。

3.如权利要求1至2任一项所述基于多源地图整合的地图生成方法，其特征在于，对于像素坐标系和经纬度坐标系之间的转换关系未知的地图，所述地图生成方法还包括判断地图是否经过加密的步骤，对于经过加密的地图，还包括通过加密和解密算法消除加密影响的步骤。

4.如权利要求3所述基于多源地图整合的地图生成方法，其特征在于，通过加密和解密算法消除加密影响的方法包括如下步骤：

根据地图的加密算法将经纬度坐标系加密得到加密坐标系，并根据地图的投影方式，获得加密坐标系与投影坐标系之间的转换公式，以进行加密坐标系与投影坐标系之间的互转；

调用解密算法将加密坐标系转换至经纬度坐标系。

5.如权利要求4所述基于多源地图整合的地图生成方法，其特征在于，调用的解密算法为，对于加密坐标系中任意一点(x′,y′)，迭代查找该点在经纬度坐标系中的坐标值(x,y)，使迭代得到的目标坐标值满足g(x,y)小于预定精度值，其中g(x,y)＝Abs(x′-x)+Abs(y′-y)，其中迭代查找目标坐标值方法为，设定经纬度坐标值x的初始值域区间为[x′-c,x′+c]，y的初始值域区间为[y′-c,y′+c]，其中c为指定值，在每次迭代中计算出各值域区间的中间值作为初始的目标坐标值代入g(x,y)，并判断所得g(x,y)是否满足小于预定精度值：如果满足，则将所得中间值作为最终的目标坐标值并结束迭代；否则，利用所得中间值缩小下一次迭代的值域区间范围，进入下一次迭代。

6.如权利要求5所述基于多源地图整合的地图生成方法，其特征在于，利用所得中间值缩小下一次迭代的值域区间范围的方法包括：

对于经纬度坐标值x的值域区间，设值域区间上限为x′_上限，值域区间下限为x′_下限，判断中间值x′_中间值与的x′关系：如果x′_中间值>x′,则将区间中间值设置为下一次迭代的值域区间上限，并且在满足Abs(x′_上限-x′_下限)小于第一预设值且Abs(x′_中间值-x′)大于第二预设值时，对区间上限x′_上限进行回退，x′_上限＝x′_上限+d；否则，将区间中间值设为下一次迭代的值域区间下限，并且在满足Abs(x′_上限-x′_下限)小于第一预设值且Abs(x′_中间值-x′)大于第二预设值时，对区间下限值x′_下限进行回退，x′_下限＝x′_下限-d；

对于经纬度坐标值y的值域区间，设值域区间上限为y′_上限，值域区间下限为y′_下限，判断中间值y′_中间值与的y′关系：如果y′_中间值>y′,则将区间中间值设置为下一次迭代的值域区间上限，并且在满足Abs(y′_上限-y′_下限)小于第一预设值且Abs(y′_中间值-y′)大于第二预设值时，对区间上限y′_上限进行回退，y′_上限＝y′_上限+d；否则，将区间中间值设为下一次迭代的值域区间下限，并且在满足Abs(x′_上限-x′_下限)小于第一预设值且Abs(x′_中间值-x′)大于第二预设值时，对区间下限值y′_下限进行回退，y′_下限＝y′_下限-d；

其中第一预设值小于第二预设值，d为指定常量。

7.一种基于多源地图整合的地图生成装置，包括对瓦片进行重采样生成地图的地图生成单元，其特征在于，还包括如下单元：

地图接入单元，对于待整合的至少两个地图，指定用于接入地图的经纬度坐标系，判断每个待整合地图的像素坐标系和经纬度坐标系之间的转换关系是否已知，对于转换关系未知的地图，建立地图像素坐标系与经纬度坐标系之间的转换关系，再接入该地图；

瓦片切割单元，选择其中一个地图的切片方案作为目标切片方案，对所有非目标切片方案的地图重投影，生成采用目标切片方案的瓦片；

地图接入单元包括如下用于建立地图像素坐标系与经纬度坐标系之间的转换关系的模块：

投影经纬度坐标系转换模块，根据地图的投影方式获得经纬度坐标系与投影坐标系之间的转换公式，以进行经纬度坐标系与投影坐标系之间的互转；

像素投影坐标系转换模块，利用地图上采集的样本点建立地图的像素坐标系与投影坐标系之间的转换方程式，以进行像素坐标系与投影坐标系之间的互转。

8.如权利要求7所述基于多源地图整合的地图生成装置，其特征在于，所述地图生成单元还包括：

加密判断模块，对于像素坐标系和经纬度坐标系之间的转换关系未知的地图，判断地图是否经过加密；

加密影响消除模块，对于经过加密的地图，通过加密和解密算法消除加密影响。

9.如权利要求8所述基于多源地图整合的地图生成装置，其特征在于，加密影响消除模块包括如下子模块：

加密子模块，根据地图的加密算法将经纬度坐标系加密得到加密坐标系，并根据地图的投影方式，获得加密坐标系与投影坐标系之间的转换公式，以进行加密坐标系与投影坐标系之间的互转；

解密子模块，调用解密算法将加密坐标系转换至经纬度坐标系。