CN108304593A - 纸质地图与电子地图互动显示的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纸质地图与电子地图互动显示的方法，包括：获取地图图像；对地图图像进行预处理；录入元数据；构建全球地理网络框架；建立无坐标地图图像切片模型和有坐标地图图像切片模型；构建地图瓦片数据库；生成带有二维码的地图图像；将带有二维码的地图图像及对应的元数据存储于地图瓦片数据库中；构建特征点数据库；构建地图扩展阅读数据库；构建兴趣点数据库；进行扫码识图；进行拍图定位，确定感兴趣区域范围；基于全球地理网络框架下，将基础地图数据作为地图显示的底图数据；对感兴趣区域进行地图的扩展阅读。本发明不仅实现了纸质地图与电子地图的有机结合，将纸质地图在全球地图框架中准确定位，同时达到纸质地图扩展阅读的目的。

Description

纸质地图与电子地图互动显示的方法

技术领域

本发明涉及地图领域，特别涉及一种纸质地图与电子地图互动显示的方法。

背景技术

地图长期以来被认为是表达、传输和研究地理信息最重要的载体。纸质地图以其宏观性、整体性和抽象性等优点，成为人们认识空间信息的重要工具。但随着信息化的加速，纸质地图因图面信息量有限、负载量不可扩展、不可对局部信息进行精确查看、缺乏交互和动态效果等缺陷，因此越来越难以满足用户对地图的阅读需求。但是纸质地图方便阅读、轻便易携带、幅面完整、可实时标记等优势又决定其无法被取代。

电子地图是利用计算机技术，以数字方式存储和查阅的地图，因其具有大量精确的数据信息、快速存取显示、地理要素可分层分等级显示、立体化、动态化、可量测等优势被人们广泛应用，但电子地图显示受到显示屏幕大小的制约，不利于大范围整体观测，且不便于实时标记。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种不仅实现了纸质地图与电子地图的有机结合，将纸质地图在全球地图框架中准确定位，同时达到纸质地图扩展阅读的目的的纸质地图与电子地图互动显示的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种纸质地图与电子地图互动显示的方法，包括如下步骤：

A)获取地图图像；

B)对所述地图图像进行预处理后，得到无坐标地图图像或有坐标地图图像；

C)采用地图元数据录入工具，针对所述无坐标地图图像和有坐标地图图像分别进行元数据的录入；

D)采用四叉树的方法构建全球地理网络框架；

E)针对所述无坐标地图图像建立无坐标地图图像切片模型，针对所述有坐标地图图像建立有坐标地图图像切片模型；

F)构建地图瓦片数据库，将录入元数据后的有坐标地图图像上传到服务器，按照所述有坐标地图图像切片模型对其进行切片，在切片的过程中，每张所述地图图像会随机产生一个唯一的编码；

G)通过二维码生成器将每张地图图像的编码分别生成对应的二维码图片；

H)将所述二维码图片放置于所述地图图像的右下角，生成带有二维码的地图图像；

I)将所述带有二维码的地图图像及对应的元数据上传至所述服务器，存储于所述地图瓦片数据库中；所述地图瓦片数据库中记录的信息至少包括地图图像的编码、图片名称、经度、纬度和尺寸；

J)构建特征点数据库；

K)构建地图扩展阅读数据库；所述地图扩展阅读数据库中记录地图扩展阅读数据，所述地图扩展阅读数据包括基础地图数据和专题地图数据，所述基础地图数据包括线划图、影像图和晕渲图；

L)构建兴趣点数据库；

M)将带有二维码的地图图像打印成纸质地图，通过移动终端扫描所述纸质地图上的二维码图片的方式实现扫码识图；

N)通过所述移动终端对所述纸质地图上的感兴趣区域进行拍照的方式实现拍图定位，确定所述感兴趣区域的范围；

O)基于所述全球地理网络框架下，将所述基础地图数据作为地图显示的底图数据；

P)对所述感兴趣区域内的感兴趣点进行地图的扩展阅读，或者根据所述带二维码的地图图像的元数据中的区域名称字段，进行所述感兴趣区域的地图图像的扩展阅读。

在本发明所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法中，所述步骤A)进一步包括如下步骤：

A1)获取出版原图数据；

A2)判断所述出版原图数据是栅格数据还是矢量数据，若是所述栅格数据，则执行步骤A3)；若是矢量数据，输出为分辨率不低于设定分辨率的栅格图片，格式为jpg或png；

A3)判断所述出版原图数据的数据格式是否是jpg或png格式，如是，输出分辨率不低于所述设定分辨率的栅格图片；否则，将所述出版原图数据的数据格式转换为jpg或png格式，再输出为不低于所述设定分辨率的栅格图片。

在本发明所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法中，所述步骤B)进一步包括如下步骤：

B1)将所述地图图像直接栅格化输出得到所述无坐标地图图像；或者

B1′)从所述地图图像中选择一张带地理坐标的作为参考图像，将其它的地图图像与所述参考图像进行配准；

B2′)在对配准后的地图图像进行投影变换时，先确定所述配准后的地图图像的投影方式及第一投影参数；

B3′)采用反解变换法，将所述第一投影参数变换为Web Mercator投影参数。

在本发明所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法中，所述元数据包括比例尺分母、扫描分辨率、坐标系、投影参数、左上角经度、左上角纬度、左下角经度、左下角纬度、右上角经度、右上角纬度、右下角经度、右下角纬度、所属图集、图集页码、图名、印刷长度、印刷宽度、作者、出版社、出版时间、印刷时间、资料年代、区域尺度、区域名称、主题分类、兴趣分类、横向像素数、纵向像素数、中心点像素坐标_X、中心点像素坐标_Y、中心点经度、中心点纬度、是否透明层、密级、投影信息是否准确、比例尺是否准确、数据类型、地图类型、最大zoomlevel和最小zoomlevel。

在本发明所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法中，所述步骤D)中在构建全球地理网络框架时，当显示级别z＝0时，将全球视为1个网格，中心经纬度为(0,0)；当显示级别z＝1时，分为4个网格，每个所述网格的编号为：左上x＝0，y＝0；右上x＝1，y＝0；左下x＝0，y＝1；右下x＝1，y＝1；其中x代表行号，y代表列号；每放大一倍，每个所述网格都分裂为四块，直至最高显示级别；在进行地图瓦片显示时，所述全球地理网络框架的第0级显示瓦片金字塔最高级别的瓦片数据。

在本发明所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法中，所述步骤J)进一步包括如下步骤：

J1)通过SIFT算法对每张录入元数据后的地图图像进行特征点提取，得到每张地图图像的特征点数据；所述特征点数据包括像素坐标值、特征值和编码；

J2)将所有地图图像的特征点数据形成特征点数据库；

J3)将提取的所有地图图像的特征点数据上传至所述服务器，并存储于所述特征点数据库中。

在本发明所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法中，全部兴趣点存放于同一个shapefile文件中，每个所述兴趣点都对应一个网页源文件夹，所述网页源文件夹中存储的数据为所述兴趣点的文字介绍、图片数据、音频数据、视频数据和HTML5文件；将兴趣点数据与所述网页源文件夹上传至所述服务器的指定目录下，则每个所述网页源文件夹会生成各自的存储路径信息；建立所述兴趣点数据库，所述兴趣点数据库中记录的信息包括编码、经度、纬度和网页源文件夹存储路径信息。

在本发明所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法中，所述步骤M)进一步包括如下步骤：

M1)将带有二维码的地图图像打印成纸质地图；

M2)通过移动终端扫描所述纸质地图上的二维码图片获得所述纸质地图的编码；

M3)在所述地图瓦片数据库中调取对应的地图瓦片，同时叠加感兴趣区域的面状要素；

M4)用户通过调高显示级别进行局部细节的观测，或通过调低显示级别进行整体观测。

在本发明所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法中，

所述步骤N)进一步包括如下步骤：

N1)用所述移动终端对所述纸质地图上的感兴趣区域进行拍照，采用SIFT算法提取拍照图像的特征点，得到拍照图像的特征点数据；

N2)根据通过扫二维码图片得到的编码，在所述特征点数据库中调取对应的地图图像的所有特征点数据；

N3)将所述拍照图像的特征点数据与所述特征点数据库中调取的特征点数据进行匹配，采用特征点的特征向量的欧式距离作为两幅图像中的相似性判定度量，取距离比率在0.4-0.6范围内的特征点作为正确匹配的特征点；

N4)采用单应矩阵求解所述拍照图像的中心点的平面坐标。

在本发明所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法中，所述步骤P)进一步包括如下步骤：

P1)从所述感兴趣点数据库中筛选感兴趣区域范围内的感兴趣点；

P2)显示在所述感兴趣区域范围内的感兴趣点，并查看所述感兴趣区域范围内的感兴趣点的详细信息；或者

P1′)根据扫描二维码图片得到的编码，在所述地图图像瓦片数据库中查询得到当前编码对应的地图图像元数据中的区域名称字段；

P2′)根据所述区域名称字段的属性值，在所述地图扩展阅读数据库中对专题地图元数据进行查询，得到与所述区域名称字段相同的专题地图。

实施本发明的纸质地图与电子地图互动显示的方法，具有以下有益效果：由于采用地图唯一的编码生成的二维码图片与地图图像合并的方法，通过使用移动终端扫纸质地图上的二维码，可精确查找存储在服务器上对应的电子地图图像，实现了纸质地图与电子地图的有机结合；采用特征点匹配的方法，通过移动终端对纸质地图上的感兴趣区域拍照，将拍照图像的特征点与该特征点数据库相匹配，实现纸质地图在全球地图框架中准确定位的功能；根据感兴趣区域的范围，查看该感兴趣区域范围内的感兴趣点的详细信息，同时根据带二维码的地图图像的区域名称属性字段，推荐相同字段的专题地图，达到纸质地图扩展阅读的目的，因此不仅实现了纸质地图与电子地图的有机结合，将纸质地图在全球地图框架中准确定位，同时达到纸质地图扩展阅读的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明纸质地图与电子地图互动显示的方法一个实施例中的流程图；

图2为所述实施例中获取地图图像的具体流程图；

图3为所述实施例中对地图图像进行预处理后，得到无坐标地图图像或有坐标地图图像的具体流程图；

图4为所述实施例中构建特征点数据库的具体流程图；

图5为所述实施例中将带有二维码的地图图像打印成纸质地图，通过移动终端扫描纸质地图上的二维码图片的方式实现扫码识图的具体流程图；

图6为所述实施例中通过移动终端对纸质地图上的感兴趣区域进行拍照的方式实现拍图定位，确定感兴趣区域的范围的具体流程图；

图7为实施例中对感兴趣区域内的感兴趣点进行地图的扩展阅读，或者根据所述带二维码的地图图像的元数据中的区域名称字段，进行感兴趣区域的地图图像的扩展阅读的具体流程图；

图8为所述实施例中元数据的文本示意图；

图9为所述实施例中扫码识图的示意图；

图10为所述实施例中拍图定位的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明纸质地图与电子地图互动显示的方法实施例中，该纸质地图与电子地图互动显示的方法的流程图如图1所示。图1中，该纸质地图与电子地图互动显示的方法包括如下步骤：

步骤S001获取地图图像：本步骤中，获取地图图像，后续会对该步骤进行详细描述。

步骤S002对地图图像进行预处理后，得到无坐标地图图像或有坐标地图图像：本步骤中，对地图图像进行预处理，可以得到无坐标地图图像或有坐标地图图像，后续会对该步骤进行详细描述。

步骤S003采用地图元数据录入工具，针对无坐标地图图像和有坐标地图图像分别进行元数据的录入：本步骤中，采用地图元数据录入工具，分别针对无坐标地图图像和有坐标地图图像进行各自元数据的录入。元数据包括用于描述地图的比例尺分母、扫描分辨率、坐标系、投影参数、左上角经度、左上角纬度、左下角经度、左下角纬度、右上角经度、右上角纬度、右下角经度、右下角纬度、所属图集、图集页码、图名、印刷长度、印刷宽度、作者、出版社、出版时间、印刷时间、资料年代、区域尺度、区域名称、主题分类、兴趣分类、横向像素数、纵向像素数、中心点像素坐标_X、中心点像素坐标_Y、中心点经度、中心点纬度、是否透明层、密级、投影信息是否准确、比例尺是否准确、数据类型、地图类型、最大zoomlevel和最小zoomlevel。元数据的文本示意图如图8所示。地图元数据的填写规范如表1所示：

表1

当对无坐标地图图像进行录入元数据时，元数据的前六行均为0。当针对投影变换后的有坐标地图图像进行元数据录入时，元数据的前六行均有对应的数值。

步骤S004采用四叉树的方法构建全球地理网络框架：本实施例中，全球地理网格框架采用的是Web Mercator投影，也就是将地球模拟成半径r＝6378137m的球体，令一个与地轴方向一致的圆柱在赤道切于地球，以赤道作为标准纬线，将球面上的经纬网按等角条件投影于圆柱表面上，然后将圆柱面沿180°经线剪开展成平面。将本初子午线作为中央经线，标准纬线与中央经线的交点为坐标原点，向东向北为正，向西向南为负。

本步骤中，采用四叉树的方法构建全球地理网格框架：当显示级别z＝0时，将全球视为1个网格，它的中心经纬度为(0,0)；当显示级别z＝1时，分为4个网格，每个网格的编号(即行列号)为：左上x＝0，y＝0；右上x＝1，y＝0；左下x＝0，y＝1；右下x＝1，y＝1，其中x代表行号，y代表列号。依次类推，每放大一倍，每个网格(每一小块)都分裂为四块，直至最高显示级别，本实施例中，最高显示级别为第23级，当然，在实际应用中，最高显示级别的大小可以根据具体情况进行相应调整；在进行地图瓦片显示时，全球地理网格框架第0级显示瓦片金字塔最高级别的瓦片数据。

步骤S005针对无坐标地图图像建立无坐标地图图像切片模型，针对有坐标地图图像建立有坐标地图图像切片模型：本步骤中，构建地图切片模型，地图切片是指将栅格地图图像切割成256*256像素的若干张瓦片，其中每级瓦片与地图显示级别的对应关系如表2所示：

表2

地图显示级别	地理网格框架级别	瓦片数
			第0级	第0级	20*20＝1
第1级	第1级	21*21＝4
			第2级	第2级	22*22＝16
第3级	第3级	23*23＝64
			……	……	……
第22级	第22级	222*222＝17592186044416
			第23级	第23级	223*223＝70368744177664

切片后，瓦片的命名规则为“显示级别-瓦片行号-瓦片列号。

本步骤中，分别针对无坐标地图图像和有坐标地图图像建立切片模型，也就是针对无坐标地图图像建立无坐标地图图像切片模型，针对有坐标地图图像建立有坐标地图图像切片模型。

在对无坐标地图图像进行地图切片时，将栅格化输出后的无坐标地图图像作为最底层，即第0层，并按256*256像素大小对其进行切片，形成第0层瓦片数据；在第0层地图数据的基础上，按照每2*2个像素合成一个像素的方法生成第1层地图数据，并按256*256像素大小对其进行切片，形成第1层瓦片数据；依次类推，直到形成的地图数据像素小于1024*768时，不再进行切片，由此形成无坐标地图图像的瓦片金字塔，从无坐标地图图像的瓦片金字塔的底层到顶层，分辨率越来越低。

对有坐标地图图像切片时，需根据移动终端(可以是手机或平板电脑等)的显示分辨率计算各显示级别的显示比例尺大小。假设移动终端的显示分辨率D，已知地球的半径R＝6378137m，赤道长度L＝2πR，1英寸＝0.0254m，每张栅格地图切割成256*256像素的若干张瓦片，可得到：0级时，一个瓦片的成图比例尺为按照瓦片金字塔模型，可得出每个显示级别的显示比例尺大小如表3所示。

表3

在进行地图切片时，首先读取该地图图像的元数据文件，得到地图的比例尺m；将地图比例尺m与每个显示级别的比例尺M进行对比，可得到与地图比例尺m最接近的显示比例尺为M₀，即可确定最适显示级别n₀；最后，确定地图切片的级别为n₀+2、n₀+1、n₀、n₀-1、n₀-2。

步骤S006构建地图瓦片数据库，将录入元数据后的有坐标地图图像上传到服务器，按照有坐标地图图像切片模型对其进行切片，在切片的过程中，对切片得到的每张地图图片会随机产生一个唯一的编码：本实施例中，地图瓦片数据库的数据源为有坐标地图图像。本步骤中，将录入元数据后的有坐标地图图像上传到服务器，按照有坐标地图图像切片模型对其进行切片，在切片的过程中，每张地图图像会随机产生一个唯一的编码，该编码即为地图的标识码，可以标记为GUID。一张地图图像经过切片后，会得到几十张或几百张地图瓦片。

步骤S007通过二维码生成器将每张地图图片的编码分别生成对应的二维码图片：通过二维码生成器将每张地图图像的编码分别生成对应的二维码图片，该二维码图片为256像素*256像素的图片。

步骤S008将二维码图片放置于对应地图图像的右下角，生成带有二维码的地图图像：本步骤中，将二维码图片放置于对应地图图像的右下角，生成带有二维码的地图图像，替换原有的地图图片。

步骤S009将带有二维码的地图图像及对应的元数据上传至服务器，存储于地图瓦片数据库中：本步骤中，将带有二维码的地图图像及对应的元数据上传至服务器，存储于地图瓦片数据库中。地图瓦片数据库中记录的信息至少包括地图图像的编码(GUID)、图片名称(name)、经度(lon)、纬度(lat)和尺寸(size)。

步骤S010构建特征点数据库：特征点是指图像中具有鲜明特性并能够有效反映图像本质特征，能够标识图像中目标物的点，是完成图像匹配的重要指标。本步骤中，采用SIFT算法提取图像特征点，构建特征点数据库。

步骤S011构建地图扩展阅读数据库：本步骤中，构建地图扩展阅读数据库，地图扩展阅读数据库中记录地图扩展阅读数据，该地图扩展阅读数据包括基础地图数据和专题地图数据，该基础地图数据包括线划图、影像图和晕渲图。

具体的，线划图即为交通图，突出反映陆地、海洋、空中交通线路及其附属设施的质量、规模和分布状况。在线划图生产中，主要使用的源数据为1:1400万世界地图。线划图数据的生产流程是将源数据进行格式转换，经过投影变换、数学基础转换和拼接裁剪等预处理工作后，依照统一的分类分级方案对要素进行选取形成工作底图数据，再对底图数据进行内容更新和修编，然后根据配图方案对地物要素进行符号化配图，将配图结果进行栅格化形成栅格图幅数据，最终形成线划图数据。

影像图是用航空或卫星遥感影像直接反应地表状况的一类地图。在影像图的生产过程中，主要使用的源数据是正射影像数据。

晕渲图是通过模拟实际地面本影与落影的方法反应地形起伏特征的一种地形表达。在晕渲图生产过程中，主要使用的源数据包括晕渲底图数据和晕渲地标数据。其中晕渲底图数据包括覆盖全球的900米分辨率的GDEM数据、覆盖全球的90米分辨率的STRM数据以及覆盖全球陆地的30米分辨率的ASTER数据；晕渲地标数据包括1:5800万世界地图和1:1400万世界地图。

数据处理过程中，首先根据不同的显示比例尺，选取适当分辨率的DEM数据来生产晕渲底图，通过选取分析DEM数据、处理DEM数据、设置高度色表、生成晕渲效果和晕渲效果处理，最终生成晕渲底图；其次，通过对1:5800万世界地图和1:1400万世界地图数据进行要素提取和要素编辑，最终生成地表数据；最后，将相同比例尺的晕渲底图数据和地标数据进行合成，形成晕渲图数据。

专题地图又称特种地图，是在地理底图上按照地图主题的要求，突出并完善地表示与主题相关的一种或几种要素，使地图内容专题化、表达形式各异和用途专门化的地图。在专题地图生产过程汇总，主要使用的源数据是经计算机制作或扫描得到的格式为.jpg或.png的栅格专题地图(即无坐标地图图片)。

当对地图扩展阅读数据进行处理时，针对每张基础地图和专题地图，利用元数据录入工具，进行元数据录入，格式为.jpg的专题地图对应的元数据格式为.jgw，格式为.png的专题地图对应的元数据格式为.pgw。

具体的，针对基础地图数据，按照有坐标地图图像处理方法对其进行图像处理，并上传至服务器，根据有坐标地图图像切片模型，对其进行切片处理，将得到的瓦片数据存储于地图扩展阅读数据库中，地图扩展阅读数据库中记录的主要信息有：GUID(编码)、name(瓦片名称)、type(类型)、lon(左上角经度)、lat(左上角纬度)、size(尺寸)和ppi(分辨率)。

针对专题地图数据，按照无坐标地图图像处理方法对其进行图像处理，并上传至服务器，根据无坐标地图图像切片模型，对其进行切片处理，将得到的瓦片数据存储于地图扩展阅读数据库中，地图扩展阅读数据库中记录的主要信息有：GUID(编码)、name(瓦片名称)、type(类型)、size(尺寸)和ppi(分辨率)。

步骤S012构建兴趣点数据库：本步骤中，构建兴趣点(POI)数据库。兴趣点可以是宾馆酒店、饮食信息、商场大厦、公众服务、旅游风景、娱乐体育、政府单位或综合信息等；兴趣点的文件格式为shapefile(*.shp)，将全部兴趣点存放于同一个shapefile文件中。每个兴趣点都对应一个网页源文件夹，命名方式为对应兴趣点的编码(code)，网页源文件夹中存储的数据为兴趣点的文字介绍、图片数据、音频数据、视频数据和HTML5文件；将兴趣点数据与网页源文件夹上传至服务器的指定目录下，则每个网页源文件夹会生成各自的存储路径信息；建立兴趣点数据库，兴趣点数据库中记录的信息包括编码、经度、纬度和网页源文件夹存储路径信息(HTML5)。按照编码一一对应的原则，将网页源文件夹的存储路径更新至兴趣点数据的HTML5属性信息中。

步骤S013将带有二维码的地图图像打印成纸质地图，通过移动终端扫描纸质地图上的二维码图片的方式实现扫码识图：本步骤中，将带有二维码的地图图像打印成纸质地图，通过移动终端扫描纸质地图上的二维码图片的方式实现扫码识图。

步骤S014通过移动终端对纸质地图上的感兴趣区域进行拍照的方式实现拍图定位，确定感兴趣区域的范围：本步骤中，通过移动终端对纸质地图上的感兴趣区域进行拍照的方式实现拍图定位，具体就是利用拍照图像中心点O的平面坐标和拍照图像的像素坐标范围，可计算出拍照图像四个角点的平面坐标，将四个角点依次连接，形成感兴趣区面，进而可以确定感兴趣区域的范围。

步骤S015基于全球地理网络框架下，将基础地图数据作为地图显示的底图数据：基于全球地理网格框架下，将基础地图数据作为地图显示的底图数据，不仅可以起到电子地图浏览的效果，同时还可以准确查看感兴趣区范围内的影像图、线划图和晕渲图信息。

步骤S016对感兴趣区域内的感兴趣点进行地图的扩展阅读，或者根据带二维码的地图图像的元数据中的区域名称字段，进行感兴趣区域的地图图像的扩展阅读：本步骤中，对感兴趣区域内的感兴趣点进行地图的扩展阅读，或者根据带二维码的地图图像的元数据中的区域名称字段，进行感兴趣区域的地图图像的扩展阅读，后续会对该步骤进行详细描述。

本发明的纸质地图与电子地图互动显示的方法建立与纸质地图一一对应的电子地图数据库，形成一套完整的纸质地图入库流程方案。采用地图唯一的编码生成的二维码图片与地图图像合并的方法，通过使用移动终端扫纸质地图上的二维码，可精确查找存储在服务器上对应的电子地图图像，实现了纸质地图与电子地图的有机结合；采用特征点匹配的方法，通过移动终端对纸质地图上的感兴趣区域拍照，将拍照图像的特征点与该特征点数据库相匹配，实现纸质地图在全球地图框架中准确定位的功能；根据感兴趣区域的范围，查看该感兴趣区域范围内的感兴趣点的详细信息，同时根据带二维码的地图图像的区域名称属性字段，推荐相同字段的专题地图，达到纸质地图扩展阅读的目的，因此不仅实现了纸质地图与电子地图的有机结合，将纸质地图在全球地图框架中准确定位，同时达到纸质地图扩展阅读的目的。

对于本实施例而言，上述步骤S001还可进一步细化，其细化后的流程图如图2所示。图2中，上述步骤S001进一步包括如下步骤：

步骤S11获取出版原图数据：本步骤中，获取出版原图数据。

步骤S12判断出版原图数据的是栅格数据还是矢量数据：本步骤中，判断出版原图数据的是栅格数据还是矢量数据，若是栅格数据，例如：tiff等非jpg和png格式的栅格数据，则执行步骤S14；若是矢量数据，例如：*.cdr、*.ai等格式的矢量出版原图，则执行步骤S13。

步骤S13输出为分辨率不低于设定分辨率的栅格图片，格式为jpg或png：如果步骤S12中的判断结果为矢量数据，则执行本步骤。本步骤中，输出为分辨率不低于设定分辨率的栅格图片，该栅格图片的格式为jpg或png。

步骤S14判断出版原图数据的数据格式是否是jpg或png格式：如果上述步骤S12的判断结果为栅格数据，则执行本步骤。本步骤中，判断出版原图数据的数据格式是否是jpg或png格式，如果判断的结果为是，则执行步骤S15；否则，执行步骤S16。

步骤S15输出分辨率不低于设定分辨率的栅格图片：如果上述步骤S14的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，输出分辨率不低于设定分辨率的栅格图片。

步骤S16将出版原图数据的数据格式转换为jpg或png格式，再输出为不低于设定分辨率的栅格图片：如果上述步骤S14的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，将出版原图数据的数据格式转换为jpg或png格式，再输出为不低于设定分辨率的栅格图片。

本实施例中，上述设定分辨率为400dpi，当然，在实际应用中，上述设定分辨率的大小还可以根据具体情况进行相应调整。格式为.jpg的地图图像对应的元数据格式为.jgw，格式为.png的地图图像对应的元数据格式为.pgw。

对于本实施例而言，上述步骤S002还可进一步细化，其细化后的流程图如图3所示。图3中，上述步骤S002进一步包括如下步骤：

步骤S21将地图图像直接栅格化输出得到无坐标地图图像：本步骤中，将地图图像直接栅格化输出得到无坐标地图图像，其不需要经过图像配准、投影变换等数据预处理。

或者包括如下步骤：

步骤S21′从地图图像中选择一张带地理坐标的作为参考图像，将其它的地图图像与参考图像进行配准：本步骤中，从地图图像中选择一张带地理坐标的作为参考图像，将其它的地图图像与参考图像进行配准。配准后图像的地图投影与参考图像的地图投影一致，可获得图像左下角的坐标值。

步骤S22′在对配准后的地图图像进行投影变换时，先确定配准后的地图图像的投影方式及第一投影参数：因不同区域选择的参考图像的投影方式不同，若要在全球地图图框架下进行显示，则需对配准后的地图图像进行投影变换。在进行投影变换时，先确定变换前地图图像(配准后的地图图像)的投影方式及第一投影参数f1。

步骤S23′采用反解变换法，将第一投影参数变换为Web Mercator投影参数：本步骤中，采用反解变换法，将第一投影参数f1变换为Web Mercator投影参数f2，使之与全球地图框架的投影保持一致。反解变化法是由一种投影的坐标反解出地理坐标(x,y→B,L)，然后再将地理坐标带入另一种投影坐标公式中(B,L→X,Y)，从而实现由一种投影的坐标到另一种投影的坐标变换，即(x,y)→(X,Y)。通过上述步骤S21实现对无坐标地图图像的获取，通过上述步骤S21′至步骤S23′实现对有坐标地图图像的获取。

对于本实施例而言，上述步骤S010还可进一步细化，其细化后的流程图如图4所示。图4中，上述步骤S010进一步包括如下步骤：

步骤S101通过SIFT算法对每张录入元数据后的地图图像进行特征点提取，得到每张地图图像的特征点数据：本步骤中，通过SIFT算法对每张录入元数据后的地图图像进行特征点提取，得到每张地图图像的特征点数据，特征点数据包括像素坐标值、特征值和编码(与对应地图图像的GUID一致)。

步骤S102将所有地图图像的特征点数据形成特征点数据库：本步骤中，将所有地图图像的特征点数据形成特征点数据库。

步骤S103将提取的所有地图图像的特征点数据上传至服务器，并存储于特征点数据库中：本步骤中，将提取的所有地图图像的特征点数据上传至服务器，并存储于特征点数据库中，特征点数据库中记录的信息主要有：GUID(编码)、data(特征值)和Pixel(像素坐标)。通过上述步骤S101至步骤S103实现对特征点数据库的构建。

对于本实施例而言，上述步骤S013还可进一步细化，其细化后的流程图如图5所示。图5中，上述步骤S013进一步包括如下步骤：

步骤S31将带有二维码的地图图像打印成纸质地图：本步骤中，将带有二维码的地图图像打印成纸质地图。执行完本步骤，执行步骤S32或步骤S32’。

步骤S32通过移动终端扫描纸质地图上的二维码图片获得纸质地图的编码：本步骤中，通过移动终端扫描纸质地图上的二维码图片，可获得纸质地图的编码。

步骤S33在地图瓦片数据库中调取对应的地图瓦片，同时叠加感兴趣区域的面状要素：本步骤中，在地图瓦片数据库中调取对应的地图瓦片，同时叠加感兴趣区域的面状要素。

步骤S34用户通过调高显示级别进行局部细节的观测，或通过调低显示级别进行整体观测：本步骤中，针对感兴趣区，用户可通过调高显示级别进行局部细节的观测，也可通过调低显示级别进行整体观测。图9为本实施例中扫码识图的示意图。

对于本实施例而言，上述步骤S014还可进一步细化，其细化后的流程图如图6所示。图6中，上述步骤S014进一步包括如下步骤：

步骤S41用移动终端对纸质地图上的感兴趣区域进行拍照，采用SIFT算法提取拍照图像的特征点，得到拍照图像的特征点数据：本步骤中，用移动终端对纸质地图上的感兴趣区域进行拍照，采用SIFT算法提取拍照图像的特征点，得到拍照图像的特征点数据，即得到拍照图像特征点的像素坐标、特征值和编码(与对应地图图像的编码一致)。

步骤S42根据通过扫二维码图片得到的编码，在特征点数据库中调取对应的地图图像的所有特征点数据：本步骤中，根据通过扫二维码图片得到的编码，在特征点数据库中调取对应的地图图像的所有特征点数据。

步骤S43将拍照图像的特征点数据与特征点数据库中调取的特征点数据进行匹配，采用特征点的特征向量的欧式距离作为两幅图像中的相似性判定度量，取距离比率在0.4-0.6范围内的特征点作为正确匹配的特征点：本步骤中，将拍照图像的特征点数据与特征点数据库中调取的特征点数据进行匹配，采用特征点的特征向量的欧式距离作为两幅图像中的相似性判定度量，取距离比率在0.4-0.6范围内的特征点作为正确匹配的特征点。

步骤S44采用单应矩阵求解拍照图像的中心点的平面坐标：本步骤中，采用单应矩阵H求解拍照图像中心点，具体的，通过拍照图像与对应地图图像正确匹配的特征点，可求解出拍照图像与对应地图图像之间的单应矩阵H；根据拍照图像中心点O的像素坐标，通过单应矩阵H，即可计算出该点对应地图图像上点O′的像素坐标，因地图图像的平面坐标已知，则可得到点O′的平面坐标，也就是拍照图像中心点O的平面坐标。图10为本实施例中拍图定位的示意图。

对于本实施例而言，上述步骤S016还进进一步细化，其细化后的流程图如图7所示。图7中，上述步骤S016进一步包括如下步骤：

步骤S61从感兴趣点数据库中筛选感兴趣区域范围内的感兴趣点：本步骤中，从感兴趣点数据库中筛选感兴趣区域范围内的感兴趣点，可根据拍照图像的四个角点构成感兴趣区面，判断感兴趣点是否在感兴趣区域内。

步骤S62显示在感兴趣区域范围内的感兴趣点，并查看感兴趣区域范围内的感兴趣点的详细信息：显示在感兴趣区域范围内的感兴趣点，并可查看感兴趣区域范围内的感兴趣点的详细信息，例如：文字描述、音频、视频和图片等。

或者包括如下步骤：

步骤S61′根据扫描二维码图片得到的编码，在地图图像瓦片数据库中查询得到当前编码对应的地图图像元数据中的区域名称字段：本步骤中，根据扫描二维码图片得到的编码，可在地图图像瓦片数据库中查询得到当前编码对应的地图图像元数据中的区域名称字段。

步骤S62′根据区域名称字段的属性值，在地图扩展阅读数据库中对专题地图元数据进行查询，得到与区域名称字段相同的专题地图：本步骤中，根据区域名称字段的属性值，在地图扩展阅读数据库中对专题地图元数据进行查询，得到与区域名称字段相同的专题地图。因专题地图没有经过图像配准和投影变换处理，从而能保证专题地图的完整性和真实性，同时将其以图片的形式显示，以达到地图扩展阅读的目的。

总之，本发明能克服纸质地图与电子地图各自的不足，同时发挥二者的优势，本发明首次提出互动地图的概念，首先通过录入元数据的方法，实现地图图像在全球地图框架中准确显示的目的；其次，采用将地图的编码(唯一标识符GUID)生成的二维码图片，将地图图像与二维码图片按照地图切片模型进行切片处理，通过用二维码瓦片替换地图图像中右下角瓦片的方法，可形成带有二维码的地图图像瓦片，实现纸质地图与电子地图的有效结合；同时，采用特征点匹配的方法，通过移动终端对纸质地图上的感兴趣区域拍照，将拍照图像的特征点与该地图特征点数据库相匹配，实现纸质地图在全球地图框架中准确定位的功能；最后，根据感兴趣区域范围，查看该感兴趣区域范围内感兴趣点的详细信息，同时根据地图图像元数据中的区域尺度字段，可筛选出与区域尺度一致的专题地图，达到纸质地图扩展阅读的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纸质地图与电子地图互动显示的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)获取地图图像；

B)对所述地图图像进行预处理后，得到无坐标地图图像或有坐标地图图像；

C)采用地图元数据录入工具，针对所述无坐标地图图像和有坐标地图图像分别进行元数据的录入；

D)采用四叉树的方法构建全球地理网络框架；

E)针对所述无坐标地图图像建立无坐标地图图像切片模型，针对所述有坐标地图图像建立有坐标地图图像切片模型；

F)构建地图瓦片数据库，将录入元数据后的有坐标地图图像上传到服务器，按照所述有坐标地图图像切片模型对其进行切片，在切片的过程中，每张所述地图图像会随机产生一个唯一的编码；

G)通过二维码生成器将每张地图图像的编码分别生成对应的二维码图片；

H)将所述二维码图片放置于所述地图图像的右下角，生成带有二维码的地图图像；

I)将所述带有二维码的地图图像及对应的元数据上传至所述服务器，存储于所述地图瓦片数据库中；所述地图瓦片数据库中记录的信息至少包括地图图像的编码、图片名称、经度、纬度和尺寸；

J)构建特征点数据库；

K)构建地图扩展阅读数据库；所述地图扩展阅读数据库中记录地图扩展阅读数据，所述地图扩展阅读数据包括基础地图数据和专题地图数据，所述基础地图数据包括线划图、影像图和晕渲图；

L)构建兴趣点数据库；

M)将带有二维码的地图图像打印成纸质地图，通过移动终端扫描所述纸质地图上的二维码图片的方式实现扫码识图；

N)通过所述移动终端对所述纸质地图上的感兴趣区域进行拍照的方式实现拍图定位，确定所述感兴趣区域的范围；

O)基于所述全球地理网络框架下，将所述基础地图数据作为地图显示的底图数据；

P)对所述感兴趣区域内的感兴趣点进行地图的扩展阅读，或者根据所述带二维码的地图图像的元数据中的区域名称字段，进行所述感兴趣区域的地图图像的扩展阅读。

2.根据权利要求1所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法，其特征在于，所述步骤A)进一步包括如下步骤：

A1)获取出版原图数据；

A2)判断所述出版原图数据是栅格数据还是矢量数据，若是所述栅格数据，则执行步骤A3)；若是矢量数据，输出为分辨率不低于设定分辨率的栅格图片，格式为jpg或png；

A3)判断所述出版原图数据的数据格式是否是jpg或png格式，如是，输出分辨率不低于所述设定分辨率的栅格图片；否则，将所述出版原图数据的数据格式转换为jpg或png格式，再输出为不低于所述设定分辨率的栅格图片。

3.根据权利要求1所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法，其特征在于，所述步骤B)进一步包括如下步骤：

B1)将所述地图图像直接栅格化输出得到所述无坐标地图图像；或者

B1′)从所述地图图像中选择一张带地理坐标的作为参考图像，将其它的地图图像与所述参考图像进行配准；

B2′)在对配准后的地图图像进行投影变换时，先确定所述配准后的地图图像的投影方式及第一投影参数；

B3′)采用反解变换法，将所述第一投影参数变换为Web Mercator投影参数。

4.根据权利要求1所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法，其特征在于，所述元数据包括比例尺分母、扫描分辨率、坐标系、投影参数、左上角经度、左上角纬度、左下角经度、左下角纬度、右上角经度、右上角纬度、右下角经度、右下角纬度、所属图集、图集页码、图名、印刷长度、印刷宽度、作者、出版社、出版时间、印刷时间、资料年代、区域尺度、区域名称、主题分类、兴趣分类、横向像素数、纵向像素数、中心点像素坐标_X、中心点像素坐标_Y、中心点经度、中心点纬度、是否透明层、密级、投影信息是否准确、比例尺是否准确、数据类型、地图类型、最大zoomlevel和最小zoomlevel。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法，其特征在于，所述步骤D)中在构建全球地理网络框架时，当显示级别z＝0时，将全球视为1个网格，中心经纬度为(0,0)；当显示级别z＝1时，分为4个网格，每个所述网格的编号为：左上x＝0，y＝0；右上x＝1，y＝0；左下x＝0，y＝1；右下x＝1，y＝1；其中x代表行号，y代表列号；每放大一倍，每个所述网格都分裂为四块，直至最高显示级别；在进行地图瓦片显示时，所述全球地理网络框架的第0级显示瓦片金字塔最高级别的瓦片数据。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法，其特征在于，所述步骤J)进一步包括如下步骤：

J1)通过SIFT算法对每张录入元数据后的地图图像进行特征点提取，得到每张地图图像的特征点数据；所述特征点数据包括像素坐标值、特征值和编码；

J2)将所有地图图像的特征点数据形成特征点数据库；

J3)将提取的所有地图图像的特征点数据上传至所述服务器，并存储于所述特征点数据库中。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法，其特征在于，全部兴趣点存放于同一个shapefile文件中，每个所述兴趣点都对应一个网页源文件夹，所述网页源文件夹中存储的数据为所述兴趣点的文字介绍、图片数据、音频数据、视频数据和HTML5文件；将兴趣点数据与所述网页源文件夹上传至所述服务器的指定目录下，则每个所述网页源文件夹会生成各自的存储路径信息；建立所述兴趣点数据库，所述兴趣点数据库中记录的信息包括编码、经度、纬度和网页源文件夹存储路径信息。

8.根据权利要求1所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法，其特征在于，所述步骤M)进一步包括如下步骤：

M1)将带有二维码的地图图像打印成纸质地图；

M2)通过移动终端扫描所述纸质地图上的二维码图片获得所述纸质地图的编码；

M3)在所述地图瓦片数据库中调取对应的地图瓦片，同时叠加感兴趣区域的面状要素；

M4)用户通过调高显示级别进行局部细节的观测，或通过调低显示级别进行整体观测。

9.根据权利要求1所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法，其特征在于，所述步骤N)进一步包括如下步骤：

N1)用所述移动终端对所述纸质地图上的感兴趣区域进行拍照，采用SIFT算法提取拍照图像的特征点，得到拍照图像的特征点数据；

N2)根据通过扫二维码图片得到的编码，在所述特征点数据库中调取对应的地图图像的所有特征点数据；

N3)将所述拍照图像的特征点数据与所述特征点数据库中调取的特征点数据进行匹配，采用特征点的特征向量的欧式距离作为两幅图像中的相似性判定度量，取距离比率在0.4-0.6范围内的特征点作为正确匹配的特征点；

N4)采用单应矩阵求解所述拍照图像的中心点的平面坐标。

10.根据权利要求1所述的纸质地图与电子地图互动显示的方法，其特征在于，所述步骤P)进一步包括如下步骤：

P1)从所述感兴趣点数据库中筛选感兴趣区域范围内的感兴趣点；

P2)显示在所述感兴趣区域范围内的感兴趣点，并查看所述感兴趣区域范围内的感兴趣点的详细信息；或者

P1′)根据扫描二维码图片得到的编码，在所述地图图像瓦片数据库中查询得到当前编码对应的地图图像元数据中的区域名称字段；

P2′)根据所述区域名称字段的属性值，在所述地图扩展阅读数据库中对专题地图元数据进行查询，得到与所述区域名称字段相同的专题地图。