CN108460146B - 一种地图显示数据的容量消减方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地图显示数据的容量消减方法，包括以下步骤：对地图显示数据中的数据元素进行预处理，确定匹配参照要素，并对所述线元素的节点，在不改变相对位置的前提下，按照指定顺序进行存储构成线元素池；遍历所述线元素池中的每一条线元素，根据所述匹配参照要素，查询与该线元素匹配的所述线元素池中的其他线元素并进行合并；将原始线元素上各节点的关联要素重新关联至合并后的线元素相应的节点上。本发明在对待消减的线或者面元素有较好的形状维持的前提下，可有效降低数据容量，提升地图绘制的效率。

Description

一种地图显示数据的容量消减方法

技术领域

本发明涉及地图导航技术领域，具体实际一种地图显示数据的容量消减方法。

背景技术

目前在导航电子地图领域，在存储地图数据或者描绘地图时，由于信息量很大，存储、描绘的效率较低，在特殊条件下(例如：高比例尺下)对地图显示视觉上很接近或者重叠的线元素(例如：上下线分离的道路、高精度的车道线)或者较窄的面元素(例如：河流等)，存在较低的存储、绘制效率问题。如果能减少不必要的冗余数据，将会提高导航电子地图数据的存储效率，同时在不降低地图显示效果的前提下，也可提高地图描绘的速度。

目前已有的技术主要是采用三角剖分的算法，但会形成明显的锯齿、欠平滑、局部形状维持较差。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供了一种地图显示数据的容量消减方法，处理的对象是显示视觉上很接近或者重叠的线元素或者较窄的面元素，该方法在容量消减后，能有较好的形状维持。对于较窄的面元素，可选择在合适的地方进行切开，转化成为线元素，处理方式与线元素的处理一致。本文将以线元素为例进行说明。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种地图显示数据的容量消减方法，包括以下步骤：

步骤1，对地图显示数据中的数据元素进行预处理，确定匹配参照要素，并对所述线元素的节点，在不改变相对位置的前提下，按照指定顺序进行存储构成线元素池；

步骤2，遍历所述线元素池中的每一条线元素，根据所述匹配参照要素，查询与该线元素匹配的所述线元素池中的其他线元素并进行合并；

步骤3，将原始线元素上各节点的关联要素重新关联至合并后的线元素相应的节点上。

进一步，所述匹配参照要素包括：线元素形态、线元素属性值和相邻线元素间的夹角。

所述线元素形态包括线形、双环形、V形和单环形；

其中针对双环形线元素，过环形闭合面的重心做垂线，从所述垂线与所述双环形线元素的交点处将所述双环形线元素切分成两条线形线元素，并将每条线性线元素上，位于所述垂线两侧且距离垂线最近的两个节点分别定义为该线形线元素的起始点和终了点；

针对V形和单环形线元素，从线元素曲率最大处将所述V形和单环形线元素切分，并在切分点重新定义切分后线元素的起始点或终了点。

进一步，所述的对所述线元素的节点，在不改变相对位置的前提下，按照指定顺序进行存储，包括：

对双环形线元素，若原线元素节点存储为顺时针，将切分后的线元素的节点进行反序存储，即调整为逆时针方向；

对其他形态的线元素，依据下列规则调整节点存储顺序：

统计构成所述线元素的所有节点，连接所述线元素的起始点和终了点，并计算斜率为Kse；依次连接所述线元素的起始点与构成该线元素的其他节点并依次计算各连线的斜率Ksi；Ksi表示构成线元素的第i个节点与起始点的连线的斜率，1≤i≤n-1，n为构成线元素的节点个数；

若Ksi≤Kse，则定义该节点的存储顺序为逆时针，否则定义该节点的存储顺序为顺时针，并分别统计所述线元素中存储顺序定义为逆时针或顺时针的节点个数；

若

当|Kse|≥1时，调整该线元素的节点沿Y轴方向依次存储，当|Kse|<1时，调整该线元素的节点沿X轴方向依次存储；若

则调整该线元素的节点按逆时针方向进行存储。

进一步，所述步骤2包括：

遍历所述线元素池中的每一条线元素，针对某一线元素，根据属性是否相同、相邻线元素间夹角是否不大于夹角阈值、是否与该线元素具备相同形态，判断所述线元素池中与该线元素可匹配的线元素；

记录匹配信息，并从所述线元素池中删除已匹配过的线元素；

对已匹配的两条线元素进行合并。

进一步，所述的对已匹配的两条线元素进行合并，包括：

重定义所述两条线元素的起始点和终了点，并根据重定义的起始点和终了点对两条线元素进行对齐操作；

引入滑动窗，查找所述滑动窗内所述两条线元素的匹配节点，得到若干匹配点对；所述滑动窗为一矩形虚拟窗口，用于界定匹配节点的可选范围；

取匹配点对的坐标中点并依次连接，生成合并后的线元素。

进一步，所述的重定义所述两条线元素的起始点和终了点，包括：

针对两条线元素：线A和线B，分别计算线A的起始点到线B的起始点及其之后若干节点之间的距离，记为距离集合a；

分别计算线B的起始点到线A的起始点及其之后若干节点间的距离，记为距离集合b；

取距离集合a和距离集合b距离最短的节点对作为线A和线B的起始点；

同理重定义所述两条线元素的终了点。

进一步，所述的引入滑动窗，查找所述滑动窗内所述两条线元素的匹配节点，得到若干匹配点对，包括：

对齐后的两线元素：线元素A、线元素B，假设线元素A上有m个点，线元素B上有n个点，其中m>n；

当为线元素A上的第1个点查找匹配点时，滑动窗框选包含线元素B的第1个点及其后r-1个点，将从滑动窗内的第1个点至第r个点中查找符合匹配条件的线元素A上第1个点的匹配点；

如果查找到匹配点则将该匹配点记为P_Bp，记录匹配点对(1，p)，移动滑动窗，框选第p个点及其后r-1个点，如有必要，可重新计算滑动窗的大小，改变框选的线元素B上的节点个数；

如果没有查找到匹配点，忽略线元素A上的第1个点，滑动窗不动，继续在该滑动窗口内查找线元素A上的第2个点的匹配点。

重复上述过程，直到线元素A上的终点处理完毕。

进一步，所述匹配条件包括：距离阈值条件和角度阈值条件；

所述距离阈值条件指：计算滑动窗内的点与待匹配点之间的距离，满足距离阈值且距离最短的点作为待匹配点的匹配点；

所述角度阈值条件指：对滑动窗内的点与待匹配点连线，计算所述连线与两条线元素构成的两个内错角，取内错角之和与180°的差值小于角度阈值的点作为待匹配点的匹配点；

上述两个匹配条件可根据实际情况任选其一或两者结合使用。

进一步，所述步骤3包括：

对于原始线元素中包含有关联要素的节点，在合并后的线元素上存在映射点的，则直接将所述关联要素关联至对应的映射点上；

对于原始线元素中包含有关联要素的节点，在合并后的线元素上不存在映射点的，按合并前后的拓扑结构，在合并后的线元素上相应位置，重新构造节点并关联所述关联要素。

本发明的有益效果是：在对待消减的线或者面元素有较好的形状维持的前提下，可有效降低数据容量，提升地图绘制的效率。

附图说明

图1为本发明一种地图显示数据的容量消减方法流程图；

图2为本发明双环形线元素切换示意图；

图3为本发明两条线元素对齐示意图；

图4为本发明内错角示意图。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1为本发明一种地图显示数据的容量消减方法流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤1，对地图显示数据中的数据元素进行预处理，确定匹配参照要素，并对所述线元素的节点，在不改变相对位置的前提下，按照指定顺序进行存储构成线元素池；

步骤2，遍历所述线元素池中的每一条线元素，根据所述匹配参照要素，查询与该线元素匹配的所述线元素池中的其他线元素并进行合并；

步骤3，将原始线元素上各节点的关联要素重新关联至合并后的线元素相应的节点上。

一、消减线元素匹配合并前的预处理

为便于后期线元素的匹配合并，需对线元素进行预处理，处理的内容如下：

(1)确定线元素的形态

根据线元素上点的空间位置关系，可以将线元素划分成如下形态：

①线形

②双环形(上下线均全闭合成环，例如：城市环线线路，全闭合)

③V字形(半闭合，上下线分离道路的其中一端交汇在一点)

④单环形(橄榄形，全闭合，上下线分离道路两端均交汇)

确定线元素形态，有利于线元素的快速匹配。

(2)特殊形态线元素的特殊处理

对闭合(双环形、单环形)、半闭合(V字形)的线元素，首先需要进行切断处理转变成线形，其次需要在切断处重新定义起始、终了点。

对于双环形的线元素，可过环形闭合面重心作垂线，取与闭合线相交，在重心的某一固定侧的交点处切开。参看图2.

对V字形半闭合及单环形的线元素，从线段间曲率角度最大处切开。

(3)统一线元素上点的存储顺序

由于本方案在处理时，需对点进行匹配。这样必须保证点的统一存储顺序。具体统一的方法如下：

①统计线元素各段在逆时针(包括x轴向、y轴向)、顺时针的存储次数

对于点的存储顺序定义如下：

连接首尾点(若是环，可连接尾点的倒数第2个点)，计算斜率为Kse。再依次连接首点与第2个点、第3个点…第i个点直到尾点(若是环，则为倒数第3个点)，并分别计算其斜率Ksi。

若Ksi≤Kse：该点的存储顺序定义为逆时针

若Ksi>Kse：该点的存储顺序定义为顺时针

②如果逆时针次数：顺时针次数小于2:1，若首尾点相连线段斜率绝对值大于等于1时，调整存储顺序为Y轴方向，若首尾点相连线段斜率绝对值小于1时：调整存储顺序为X轴方向。

③如果逆时针次数：顺时针次数大于或者等于2:1时，调整存储顺序为逆时针方向。

二、待消减线元素的匹配

线元素的匹配主要是通过匹配参照要素及匹配模型来完成。

(1)线元素的匹配参数及其获取方法：

①线元素的属性值

主要包括线元素的名称、种别、显示等级等，这些信息可直接从线元素的属性值中获取

②线元素间的夹角

取每条线元素的起始、终了点，构成线段，计算线段间的夹角即是线元素间的夹角

③线元素的形态

取预处理得到的线元素的形态即可。主要有线形、环形两种。

④有效匹配点数占所有点数的比率(可选)

按过程三中描述的线元素间点匹配的算法对线元素进行预匹配，计算有效匹配点占所有点数的比率。

(2)线元素的匹配模型

匹配模型中涉及到如下阈值：

①夹角阈值：20°(或者其他特定合适的值)

②有效匹配点比率阈值(可选)：30％(或者其他特定合适的值)

③滑动窗大小(面积)阈值：根据实际运用场景自行定义。

滑动窗是在进行线元素间进行点匹配时设置的一个虚拟的窗口，为一矩形，为点要素界定匹配点的可选范围。

匹配模型，即满足如下条件，被认为两线元素是匹配的。

①线元素的属性相同(名称、种别、显示等级等)

②线元素间的脚架不大于夹角阈值

③预处理后的线元素具有相同的形态

④有效匹配点比率不小于比率阈值(可选)

(3)对预处理后的线元素进行匹配

遍历处理每一条线元素池中的线元素，与线元素池中的其他每条线元素按上述(2)中的匹配模型进行最合适的匹配，如果成功匹配，记录匹配信息，并从线元素池中去掉这两条线元素，依次处理直到无法再找到匹配的线元素为止。

三、待消减线元素合并

对已经匹配的两条线元素，在进行合并是主要过程有：

(1)确定两线元素合并的起始、终了点，对齐处理，保留线头

为了更好地进行两线元素间的点匹配，首先需确定两线元素合并的最佳起始、终了点。即合并开始、终了点并不一定是两线元素的原始起始、终了点。确认最佳起始、终了点后，需要保留被截断的线头，待后期处理。

上述关于对齐，可参照附图3。

关于确定最佳起始、终了点的方法如下：

以其中一条线A的起始点，分别计算与另一条线B起始点及之后的若干点之间距离(可为曼哈顿距离)记为距离集合a，再以线B起始点，分别计算与线A的起始点及之后的若干点之间的距离，记为距离集合b。取集合a、集合b中距离最短的点对为最佳起始点。然后使用同样的方法得到最佳终了点。

(2)两线元素对齐部分的点的匹配

两线元素对齐后，例如，线元素a、线元素b，线元素a上有m个点(Pa1，Pa2…Pam)，线元素b上有n个点(m大于或者等于n)(Pb1，Pb2…Pbn)。匹配的目的是为线元素a上的m个点在线元素b上找到对应匹配的点。现引入滑动窗，为一特定大小的矩形，其大小可设置为阈值，根据具体情况设置。该矩形框住了线元素b上的若干个点(记为r1个)，具体匹配过程如下：

①当为线元素a上的第1个点查找匹配点时，滑动窗将包含线元素b的第1个点，这样线元素a上第1个点的匹配点，将从滑动窗内的第1个点至第r个点中查找匹配的点(匹配算法将在下面详细描述)。

②如果①中查找到匹配点(记为Pbp)，记录匹配的点对(1，p)，移动滑动窗至第p个点，如有必要，可重新计算滑动窗的大小，获得框住的线元素b上的若干个点(记为r2个)；

③如果①中没有查找到匹配点，忽略线元素a上的第1个点，滑动窗口不动，继续在该滑动窗口内查找线元素a上的第2个点的匹配点。

④重复①②③的过程，直到线元素a上的终点处理完毕

点的匹配算法主要有：

①距离最短算法

距离阈值：d

计算滑动窗口内的点与待匹配点的距离，取最短距离的点为匹配的点。计算距离时，为提高效率，可选择使用曼哈顿距离近似代替欧式距离。

②内错角和逼近180算法

角度阈值：a

计算滑动窗口内的点与待匹配点的连线与原线元素构成的内错角，取(内错角和-180)小于阈值a的点为匹配的点。

上述两种算法可按实际情况进行选择，也可以结合使用。

本文内均以距离最短算法为例进行演示。

上述关于内错角，可参照附图4。

(3)线元素合并及线头处理

计算(2)中获得的匹配点对的中点，依次连接中点，如果存在线头，将线头也连接进来。若要考虑形状位置，可考虑舍弃线头上的部分点进行连接。

四、原线元素关联要素的重新关联

由于进行了线元素的合并，原始的线元素不在被保留，原始线元素上关联的要素是需要重新关联至合并生成的新线元素上的。

对关联要素的重新关联，主要有以下两种情况：

(1)对于原始线元素中包含有关联要素的节点，在合并后的线元素上存在映射点的，则直接将所述关联要素关联至对应的映射点上。

(2)对于原始线元素中包含有关联要素的节点，在合并后的线元素上不存在映射点的，按合并前后的拓扑结构，在合并后的线元素上相应位置，重新构造节点并关联所述关联要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (7)

1.一种地图显示数据的容量消减方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对地图显示数据中的数据元素进行预处理，确定匹配参照要素，并对线元素的节点，在不改变相对位置的前提下，按照指定顺序进行存储构成线元素池；所述匹配参照要素包括：线元素形态、线元素属性值和相邻线元素间的夹角；

步骤2，遍历所述线元素池中的每一条线元素，根据所述匹配参照要素，查询与该线元素匹配的所述线元素池中的其他线元素并进行合并；

步骤3，将原始线元素上各节点的关联要素重新关联至合并后的线元素相应的节点上；

其中，所述线元素形态包括线形、双环形、V形和单环形；

针对双环形线元素，过环形闭合面的重心做垂线，从所述垂线与所述双环形线元素的交点处将所述双环形线元素切分成两条线形线元素，并将每条线性线元素上，位于所述垂线两侧且距离垂线最近的两个节点分别定义为该线形线元素的起始点和终了点；

针对V形和单环形线元素，从线元素曲率最大处将所述V形和单环形线元素切分，并在切分点重新定义切分后线元素的起始点或终了点；

所述的对线元素的节点，在不改变相对位置的前提下，按照指定顺序进行存储，包括：

对双环形线元素，若原线元素节点存储为顺时针，将切分后的线元素的节点进行反序存储，即调整为逆时针方向；

对其他形态的线元素，依据下列规则调整节点存储顺序：

统计构成所述线元素的所有节点，连接所述线元素的起始点和终了点，并计算斜率为Kse；依次连接所述线元素的起始点与构成该线元素的其他节点并依次计算各连线的斜率Ksi；Ksi表示构成线元素的第i个节点与起始点的连线的斜率，1≤i≤n-1，n为构成线元素的节点个数；

若Ksi≤Kse，则定义该节点的存储顺序为逆时针，否则定义该节点的存储顺序为顺时针，并分别统计所述线元素中存储顺序定义为逆时针或顺时针的节点个数；

若

当|Kse|≥1时，调整该线元素的节点沿Y轴方向依次存储，当|Kse|<1时，调整该线元素的节点沿X轴方向依次存储；若

则调整该线元素的节点按逆时针方向进行存储。

2.根据权利要求1所述一种地图显示数据的容量消减方法，其特征在于，所述步骤2包括：

遍历所述线元素池中的每一条线元素，针对某一线元素，根据属性是否相同、相邻线元素间夹角是否不大于夹角阈值、是否与该线元素具备相同形态，判断所述线元素池中与该线元素可匹配的线元素；

记录匹配信息，并从所述线元素池中删除已匹配过的线元素；

对已匹配的两条线元素进行合并。

3.根据权利要求2所述一种地图显示数据的容量消减方法，其特征在于，所述的对已匹配的两条线元素进行合并，包括：

重定义所述两条线元素的起始点和终了点，并根据重定义的起始点和终了点对两条线元素进行对齐操作；

引入滑动窗，查找所述滑动窗内所述两条线元素的匹配节点，得到若干匹配点对；所述滑动窗为一矩形虚拟窗口，用于界定匹配节点的可选范围；

取匹配点对的坐标中点并依次连接，生成合并后的线元素。

4.根据权利要求3所述一种地图显示数据的容量消减方法，其特征在于，所述的重定义所述两条线元素的起始点和终了点，包括：

针对两条线元素：线A和线B，分别计算线A的起始点到线B的起始点及其之后若干节点之间的距离，记为距离集合a；

分别计算线B的起始点到线A的起始点及其之后若干节点间的距离，记为距离集合b；

取距离集合a和距离集合b距离最短的节点对作为线A和线B的起始点；

同理重定义所述两条线元素的终了点。

5.根据权利要求3所述一种地图显示数据的容量消减方法，其特征在于，所述的引入滑动窗，查找所述滑动窗内所述两条线元素的匹配节点，得到若干匹配点对，包括：

对齐后的两线元素：线元素A、线元素B，假设线元素A上有m个点，线元素B上有n个点，其中m>n；

当为线元素A上的第1个点查找匹配点时，滑动窗框选包含线元素B的第1个点及其后r-1个点，将从滑动窗内的第1个点至第r个点中查找符合匹配条件的线元素A上第1个点的匹配点；

如果查找到匹配点则将该匹配点记为P_Bp，记录匹配点对(1，p)，移动滑动窗，框选第p个点及其后r-1个点，如有必要，可重新计算滑动窗的大小，改变框选的线元素B上的节点个数；

如果没有查找到匹配点，忽略线元素A上的第1个点，滑动窗不动，继续在该滑动窗口内查找线元素A上的第2个点的匹配点；

重复上述过程，直到线元素A上的终点处理完毕。

6.根据权利要求5所述一种地图显示数据的容量消减方法，其特征在于，所述匹配条件包括：距离阈值条件和角度阈值条件；

所述距离阈值条件指：计算滑动窗内的点与待匹配点之间的距离，满足距离阈值且距离最短的点作为待匹配点的匹配点；

所述角度阈值条件指：对滑动窗内的点与待匹配点连线，计算所述连线与两条线元素构成的两个内错角，取内错角之和与180°的差值小于角度阈值的点作为待匹配点的匹配点；

上述两个匹配条件可根据实际情况任选其一或两者结合使用。

7.根据权利要求1-6任一项所述一种地图显示数据的容量消减方法，其特征在于，所述步骤3包括：

对于原始线元素中包含有关联要素的节点，在合并后的线元素上存在映射点的，则直接将所述关联要素关联至对应的映射点上；

对于原始线元素中包含有关联要素的节点，在合并后的线元素上不存在映射点的，按合并前后的拓扑结构，在合并后的线元素上相应位置，重新构造节点并关联所述关联要素。

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