CN108491427B - Pdf瓦片地图及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PDF瓦片地图及制作方法。PDF瓦片地图采用瓦片金字塔模型以PDF格式存储具有地图表达的图形信息和可交互的地理信息，具有PDF地图全部特征，制作方法主要包括：首先建立PDF瓦片地图金字塔模型，然后将其他投影的PDF地图经过投影变换为Web墨卡托投影PDF地图，最后基于PDF瓦片地图金字塔模型对Web墨卡托投影PDF地图进行裁剪处理，对具有相同瓦片坐标的PDF瓦片地图进行拼接处理，最终得到PDF瓦片地图。本发明中的PDF瓦片地图既能够提供多级栅格瓦片地图服务，又具备地理要素交互能力，通过瓦片化处理将PDF地图无缝组织管理并提供多种地图可视化服务，使PDF地图的使用不再受图幅限制。

Description

PDF瓦片地图及制作方法

技术领域

本发明属于PDF地图技术领域，具体涉及一种PDF瓦片地图及制作方法。

背景技术

PDF(portable document format)是Adobe公司开发设计的一种广泛使用的电子文档格式，其显著特点是在不同设备上可以保持相同的显示效果。GeoPDF是雷顿图形公司(Layton Graphics)的子公司TerraGo技术公司的注册商标，正快速地成为地图分发的首先格式，OGC组织已经将GeoPDF作为了推荐的地图编码标准。目前，GeoPDF的使用都是基于单幅图的，用户浏览GeoPDF时只能被局限于一个GeoPDF文件内，这是GeoPDF使用时一个很大的缺陷。PDF地图是国内研究Geospatial PDF的重要成果，其制作和使用同GeoPDF类似。

地图“瓦片”技术是迄今解决互联网地图服务的主要途径，目前主流的网络地图都采用栅格瓦片的形式将地图图片发布在客户端。考虑到栅格瓦片存在数据总量庞大、缺乏对地理要素的交互能力等不足，基于矢量数据的网络地图的研究逐渐成为热点问题，“矢量瓦片”地图相继出现。通常，矢量瓦片地图采用图示表达的方式，以地理要素为基础，通过建立符号映射机制快速获得符号化地图，但是这种符号化地图效果远不如经过编辑处理的用于出版的标准地图。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的是提供一种PDF瓦片地图及制作方法，用于拓展GeoPDF和PDF地图的使用模式，弥补目前的栅格瓦片数据总量庞大、缺乏地理要素交互能力和矢量瓦片缺乏地图表达能力的不足。PDF瓦片地图采用瓦片金字塔模型以PDF格式存储具有地图表达的图形信息和可交互的地理信息，具有PDF地图全部特征。PDF瓦片地图制作方法主要包括：首先建立PDF瓦片地图金字塔模型，然后将其他投影的PDF地图经过投影变换为Web墨卡托投影PDF地图，最后基于瓦片金字塔模型对Web墨卡托投影PDF地图进行裁剪处理，对具有相同瓦片坐标的PDF瓦片地图进行拼接处理，最终得到PDF瓦片地图。

本发明所采用的技术方案为：

PDF瓦片地图，其特征在于：

所述PDF瓦片地图采用瓦片金字塔模型以PDF格式存储具有地图表达的图形信息和可交互的地理信息，具有PDF地图全部特性，既能够提供多级栅格瓦片地图服务，又具备地理要素交互能力，通过瓦片化处理将PDF地图无缝组织管理并提供多种地图可视化服务，使PDF地图的使用不再受图幅限制。

如所述的PDF瓦片地图的制作方法，其特征在于：

PDF瓦片地图的制作方法由以下步骤实现：

采用瓦片金字塔模型以PDF格式分块存储PDF地图，首先建立PDF瓦片地图金字塔模型，然后将其他投影的PDF地图经过投影变换为Web墨卡托投影PDF地图，最后基于PDF瓦片地图金字塔模型对Web墨卡托投影PDF地图进行裁剪处理，对具有相同瓦片坐标的PDF瓦片地图进行拼接处理，最终得到PDF瓦片地图。

具体包括以下步骤：

步骤1：建立PDF瓦片地图金字塔模型，具体包括：

(1)建立Web墨卡托投影坐标变换对象；

(2)划分PDF瓦片地图金字塔级别，将Web墨卡托投影坐标变换为金字塔级别中某级别Z下的瓦片坐标对应的PDF瓦片地图的用户坐标；

步骤2：PDF地图投影变换为Web墨卡托投影，具体包括：

(1)利用PDF地图解析器解析高斯投影PDF地图文件，得到高斯投影PDF地图对象；

(2)建立高斯投影PDF地图向Web墨卡托投影PDF地图的坐标变换模型；

(3)提取PDF地图页面内所有图形对象，利用坐标变换模型对图形对象中点坐标进行坐标变换；

(4)设置页面大小、地图投影参数及变换矩阵参数，保存Web墨卡托投影PDF地图文件。

步骤3：基于PDF瓦片地图金字塔模型对Web墨卡托投影PDF地图进行裁剪处理，具体包括：

(1)利用PDF地图对象，获取地图比例尺和图幅范围，计算并返回图幅范围覆盖的瓦片坐标列表；

(2)基于瓦片坐标列表，利用PDF页面裁剪技术对PDF地图页面内图形对象进行裁剪处理；

步骤4：获取并拼接由相邻图幅裁剪得到的具有相同瓦片坐标的PDF瓦片地图。

所述步骤1(1)，建立Web墨卡托投影坐标变换对象，具体由以下步骤实现：

PDF瓦片地图金字塔模型取一个正方形区域，因此，在采用墨卡托投影时将地球看作一个球体，将赤道作为标准纬线，本初子午线作为中央经线，两者交点为坐标原点，向东为X轴正向，向北为Y轴正向，其投影公式如公式1所示：

其中：

R＝6378137米，即地球半径；

λ—经度，单位为弧度；

—纬度，单位为弧度；

所述步骤1(2)，划分PDF瓦片地图金字塔级别，将Web墨卡托投影坐标变换为金字塔级别中某级别Z下的瓦片坐标对应的PDF瓦片地图的用户坐标，具体由以下步骤实现：

PDF瓦片地图采用Web墨卡托投影，地图范围为一个正方形区域，边长是：40075016.686米，纬度范围：-85.05°至85.05°，经度范围：-180°至180°；

瓦片分块具体为：

①将地图范围等分成4⁹块，作为PDF瓦片地图的第1级，对应的地图比例尺为1:100万；

②将第1级的每块等分成4²块，作为PDF瓦片地图的第2级，对应的地图比例尺为1:25万；

③将第2级的每块等分成4³块，作为PDF瓦片地图的第3级，对应的地图比例尺为1:5万；

④将第3级的每块等分成4²块，作为PDF瓦片地图的第4级，对应的地图比例尺为1:1万；

⑤将第4级的每块等分成4²块，作为PDF瓦片地图的第5级，对应的地图比例尺为1:2千；

PDF瓦片地图的瓦片坐标原点在经度和纬度均为0的位置，以PDF瓦片左下角点为参考点，瓦片坐标(Z,X,Y)，其中：Z为PDF瓦片地图级别，共1-5级；X、Y为整数，从0开始；X水平，Y垂直，坐标原点向上和向右为正，向下和向左为负，即东经X取正值、西经X取负值、北纬Y取正值、南纬Y取负值；

PDF瓦片地图坐标变换为：经纬度坐标与Web墨卡托投影坐标由公式1直接相互变换，并且与PDF瓦片地图级别无关；Web墨卡托投影坐标在某一PDF瓦片地图级别下变换为瓦片坐标和用户坐标；

Web墨卡托投影坐标(x,y)变换为某级别Z下的瓦片坐标(X,Y)，如公式2所示：

式中，R为地球半径，d为瓦片边长，INT表示对括号里的数值取整，即舍去小数点后面的部分；

Web墨卡托投影坐标(x,y)变换为某级别Z下的瓦片坐标(X,Y)对应的PDF瓦片地图的用户坐标(U_x,U_y)，如公式3所示：

式中，

K为某级别Z下的地图比例尺分母。

所述步骤2(1)，利用PDF地图解析器解析高斯投影PDF地图文件，得到高斯投影PDF地图对象，具体由以下步骤实现：

PDF地图对象包含PDF文档结构树对象和PDF地图空间参考对象，PDF文档结构树主要包含PDF地图页面节点，PDF地图空间参考主要实现将页面内图形对象的用户坐标变换为投影坐标和经纬度坐标；

所述步骤2(2)，建立高斯投影PDF地图向Web墨卡托投影PDF地图的坐标变换模型，具体由以下步骤实现：

针对高斯投影PDF地图，利用PDF地图对象：①获取高斯投影PDF地图比例尺为1:K；②获取高斯投影PDF地图图幅范围地理经纬度，即内图廓左下角点的经纬度坐标

右上角点的经纬度坐标

③利用公式1，将经纬度坐标

变换为Web墨卡托投影坐标(x₁,y₁)、(x₂,y₂)；

高斯投影PDF地图变换为Web墨卡托投影PDF地图过程中，舍去内图廓外部分图形对象，只对地图图幅范围内的图形对象进行变换，以内图廓矩形作为变换后的Web墨卡托投影PDF地图的页面矩形；建立Web墨卡托投影坐标向Web墨卡托投影PDF地图的用户坐标变换公式，如公式4所示：

式中，

K为地图比例尺分母；

Web墨卡托投影PDF地图的页面矩形的宽为：

高为：

所述步骤2(3)，提取PDF地图页面内所有图形对象，利用坐标变换模型对图形对象中点坐标进行坐标变换，具体由以下步骤实现：

遍历页面节点下内容流中所有图形对象，针对每个图形对象，获取该图形对象的所有点的用户坐标，进行如下处理：

①利用PDF地图空间参考将用户坐标变换为经纬度坐标；

②将经纬度坐标变换为Web墨卡托投影坐标；

③将Web墨卡托投影坐标变换为坐标变换后的用户坐标；

④用图形对象中的点坐标变换后的用户坐标替换坐标变换前的用户坐标；

当页面内所有图形对象的点坐标变换完毕，更新PDF地图页面内容流；

所述步骤2(4)，设置页面大小、地图投影参数及变换矩阵参数，保存Web墨卡托投影PDF地图文件，具体由以下步骤实现：

①设置Web墨卡托投影PDF地图页面(Page)大小，宽为：

高为：

②设置页面下的空间参考节点中地图投影参数为Web墨卡托投影，具体参数表如下：

Web墨卡托投影参数表

③设置页面下的空间参考节点中变换矩阵参数[a b c d e f]为[s 0 0 s x₁y₁]；

④更新PDF文档结构树，利用PDF地图对象保存到新建PDF文件中，得到Web墨卡托投影PDF地图文件。

所述步骤3(1)，利用PDF地图对象，获取地图比例尺和图幅范围，计算并返回图幅范围覆盖的瓦片坐标列表，具体由以下步骤实现：

①获取Web墨卡托投影PDF地图的地图比例尺K和PDF瓦片地图级别；

②获取Web墨卡托投影PDF地图的图幅范围Web墨卡托投影坐标，左下角点(x_LB,y_LB)、右上角点(x_RT,y_RT)；

③计算(x_LB,y_LB)、(x_RT,y_RT)在获取级别下的瓦片坐标(X_LB,Y_LB)、(X_RT,Y_RT)；

④返回瓦片坐标列表{(X，Y)|X_LB≤X≤X_RT，Y_LB≤Y≤Y_RT}；

所述步骤3(2)，基于瓦片坐标列表，利用PDF页面裁剪技术对PDF地图页面内图形对象进行裁剪处理，具体由以下步骤实现：

①计算PDF地图页面内级别Z下瓦片坐标(X,Y)对应的瓦片矩形的用户坐标：左下角点(Ux₁,Uy₁)、右上角点(Ux₂,Uy₂)，将瓦片矩形外扩σ＝0.567得到裁剪矩形R(R_left，R_bottom，R_right，R_top)，针对PDF地图页面内图形对象：如果外接矩形在裁剪矩形之外，不作处理；如果外接矩形在裁剪矩形之内或相交，复制该图形对象到PDF瓦片地图对象中的PDF地图页面内，并将该图形对象中的点坐标变换为以瓦片矩形左下角点(Ux₁，Uy₁)为坐标原点的相对坐标，如果该图形对象关联了属性信息，则将该图形对象关联的属性信息添加到PDF瓦片地图对象中的PDF地图页面内，并同时关联PDF瓦片地图对象中的PDF地图页面内该图形对象；

②若图形对象是路径对象且未关联属性信息时，作为优选的，当外接矩形和裁剪矩形相交时，利用裁剪矩形对路径进行矢量裁剪处理：若路径仅由若干直线段组成，即为折线或多边形，采用经典算法实现对折线裁剪和多边形裁剪；若路径由三次贝赛尔曲线组成或由直线段和三次贝赛尔曲线混合组成，采用以三次贝赛尔曲线为单元，在不具体计算三次贝赛尔曲线与裁剪矩形交点的情况下，进行路径裁剪处理。

所述步骤4，获取并拼接由相邻图幅裁剪得到的具有相同瓦片坐标的PDF瓦片地图，具体由以下步骤实现：

①在同一地图级别下提取具有相同瓦片坐标的PDF瓦片地图文件，文件个数大于1个，存储到文件列表中；

②利用PDF地图解析器解析文件列表中首个PDF瓦片地图文件，得到目标PDF地图对象；

③利用PDF地图解析器解析文件列表中下一个PDF瓦片地图文件，得到源PDF地图对象；

④利用源PDF地图对象的页面对象，获取全部图形对象，并依次将每个图形对象复制到目标PDF地图对象的页面对象中，如果图形对象具有关联的属性信息，同时将其关联的属性信息复制到目标PDF地图对象的页面对象中，复制成功后，删除源PDF地图对象及其对应的PDF瓦片地图文件；

⑤若文件列表中文件个数大于2，重复③、④，更新目标PDF地图对象的页面对象，利用目标PDF地图对象输出并替换目标PDF地图对象对应的PDF文件，得到拼接好的PDF瓦片地图。

本发明具有以下优点：

本发明中的PDF瓦片地图既能够提供多级栅格瓦片地图服务，又具备地理要素交互能力，通过瓦片化处理将PDF地图无缝组织管理并提供多种地图可视化服务，使PDF地图的使用不再受图幅限制，拓展了PDF地图的使用模式，极大的丰富和提升了用户体验。通过本发明制作的PDF瓦片地图同一比例尺只需建立一层PDF瓦片地图，通过设置缩放系数便可提供多级栅格瓦片，具备栅格瓦片网络地图服务能力，相比栅格瓦片而言，极大的降低了数据量且具备地理要素交互能力，相比矢量瓦片地图而言，可提供更优质的地图可视化服务。

附图说明

图1是本发明提出的一种PDF瓦片地图及制作方法的流程图；

图2是本发明实施例中PDF瓦片地图的正方形区域范围；

图3是本发明实施例中某地图级别下PDF瓦片坐标示意图；

图4是本发明实施例中PDF瓦片地图坐标变换示意图；

图5是本发明实施例中折线和多边形的裁剪示例图；

图6是本发明实施例中含三次贝赛尔曲线的路径的裁剪示例图。

图7是本发明实施例中相同瓦片坐标的PDF瓦片地图拼接示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种PDF瓦片地图及制作方法，采用PDF格式分块存储PDF地图的策略，建立PDF瓦片地图金字塔模型，将其他投影的PDF地图经过投影变换为Web墨卡托投影PDF地图，基于PDF瓦片地图金字塔模型对Web墨卡托投影PDF地图进行裁剪处理，对具有相同瓦片坐标的PDF瓦片地图进行拼接处理，最终得到PDF瓦片地图，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：建立PDF瓦片地图金字塔模型。

金字塔模型是一个多比例尺的模型，在保持数据连续性的同时，可以采用倍率关系来构建模型，实现PDF瓦片地图无极缩放和无缝漫游等功能。在整个PDF瓦片地图金字塔模型建立过程中需要确定PDF瓦片地图的瓦片大小、经纬度范围、金字塔模型的层数和对应的地图比例尺。具体建立过程如下：

(1)建立Web墨卡托投影坐标变换对象。

为了方便计算、确定PDF瓦片地图分块及索引编码，PDF瓦片地图金字塔模型取一个正方形区域。因此，在采用墨卡托投影时将地球看作一个球体，而非椭球体，即Web墨卡托投影。Web墨卡托投影将赤道作为标准纬线，本初子午线作为中央经线，两者交点为坐标原点，向东为X轴正向，向北为Y轴正向，其投影公式如公式1所示：

其中：R＝6378137米(地球半径)，λ—经度、

—纬度(单位为弧度)。

(2)划分PDF瓦片地图金字塔级别。

PDF瓦片地图采用Web墨卡托投影，地图范围为一个正方形区域，边长是：40075016.686米，纬度范围：-85.05°至85.05°，经度范围：-180°至180°，如图2所示。

表1 PDF瓦片地图金字塔级别表

PDF瓦片地图金字塔规则如表1所示，主要包括1:100万、1:25万、1:5万、1:1万和1:2千共五个比例尺的地图数据，其瓦片分块具体方法为：

①将地图范围等分成4⁹块，作为PDF瓦片地图的第1级，对应的地图比例尺为1:100万；

②将第1级的每块等分成4²块，作为PDF瓦片地图的第2级，对应的地图比例尺为1:25万；

③将第2级的每块等分成4³块，作为PDF瓦片地图的第3级，对应的地图比例尺为1:5万；

④将第3级的每块等分成4²块，作为PDF瓦片地图的第4级，对应的地图比例尺为1:1万；

⑤将第4级的每块等分成4²块，作为PDF瓦片地图的第5级，对应的地图比例尺为1:2千。

PDF瓦片地图的瓦片坐标原点在经度和纬度均为0的位置，以PDF瓦片左下角点为参考点，瓦片坐标(Z,X,Y)，其中：Z为PDF瓦片地图级别，共1-5级；X、Y为整数，从0开始。如某一级别Z下的瓦片坐标(X,Y)如图3所示，X水平，Y垂直，坐标原点向上和向右为正，向下和向左为负，即东经X取正值、西经X取负值、北纬Y取正值、南纬Y取负值。

PDF瓦片地图坐标变换如图4所示，其中：经纬度坐标与Web墨卡托投影坐标可由公式1直接相互变换，并且与PDF瓦片地图级别无关；Web墨卡托投影坐标可以在某一PDF瓦片地图级别下变换为瓦片坐标和用户坐标。

Web墨卡托投影坐标(x,y)变换为某级别Z下的瓦片坐标(X,Y)，如公式2所示：

式中，R为地球半径，d为瓦片边长，INT表示对括号里的数值取整，即舍去小数点后面的部分。

Web墨卡托投影坐标(x,y)变换为某级别Z下的瓦片坐标(X,Y)对应的PDF瓦片地图的用户坐标(U_x,U_y)，如公式3所示：

式中，

K为某级别Z下的地图比例尺分母(如Z＝3时，K＝50000)，d同公式2。

步骤2：PDF地图投影变换为Web墨卡托投影。

本发明PDF瓦片地图的制作数据源通常是由国家基本比例尺地形图生成的PDF地图，国家基本比例尺地形图分别采用两种地图投影，大于或等于1:50万比例尺的地形图采用的是高斯克吕格投影，1:100万比例尺地形图采用的是双标准纬线等角圆锥投影。在PDF瓦片地图制作过程中，首先需要对PDF地图进行投影变换处理，即将PDF地图的地图投影由非Web墨卡托投影，利用PDF地图投影变换方法，变换为Web墨卡托投影。

PDF地图投影变换方法主要是对PDF地图页面内所有图形对象的点坐标逐点进行坐标投影变换，从而得到投影变换后的PDF地图。为了更好的描述PDF地图投影变换方法，本发明以高斯投影PDF地图变换为Web墨卡托投影PDF地图为例，其具体变换过程如下：

(1)利用PDF地图解析器解析高斯投影PDF地图文件，得到高斯投影PDF地图对象。

PDF地图解析器可由目前多种开源PDF解析库(如PDFium、MuPDF、SumatraPDF、PDFLib等)经过改造实现，每个PDF地图文件解析完成后对应一个PDF地图对象。PDF地图对象包含PDF文档结构树对象和PDF地图空间参考对象，PDF文档结构树主要包含PDF地图页面(Page)节点，PDF地图空间参考主要实现将页面内图形对象的用户坐标变换为投影坐标和经纬度坐标。

(2)建立高斯投影PDF地图向Web墨卡托投影PDF地图的坐标变换模型。

针对高斯投影PDF地图，利用PDF地图对象：①获取高斯投影PDF地图比例尺为1:K(如地图比例尺为1:5万时，K＝50000)；②获取高斯投影PDF地图图幅范围地理经纬度，即内图廓左下角点的经纬度坐标

右上角点的经纬度坐标

③利用公式1，将经纬度坐标

变换为Web墨卡托投影坐标(x₁,y₁)、(x₂,y₂)。

高斯投影PDF地图变换为Web墨卡托投影PDF地图过程中，舍去内图廓外部分图形对象，只对地图图幅范围内的图形对象进行变换，以内图廓矩形作为变换后的Web墨卡托投影PDF地图的页面矩形。建立Web墨卡托投影坐标向Web墨卡托投影PDF地图的用户坐标变换公式，如公式4所示：

式中，

K为地图比例尺分母。

Web墨卡托投影PDF地图的页面矩形的宽为：

高为：

(3)提取PDF地图页面内所有图形对象，利用坐标变换模型对图形对象中点坐标进行坐标变换。

遍历页面节点下内容流(Contents)中所有图形对象，针对每个图形对象，获取该图形对象的所有点的用户坐标，进行如下处理：

①利用PDF地图空间参考将用户坐标变换为经纬度坐标；

②利用公式1，将经纬度坐标变换为Web墨卡托投影坐标；

③利用公式4，将Web墨卡托投影坐标变换为坐标变换后的用户坐标；

④用图形对象中的点坐标变换后的用户坐标替换坐标变换前的用户坐标。

当页面内所有图形对象的点坐标变换完毕，更新PDF地图页面内容流。

(4)设置页面大小、地图投影参数及变换矩阵参数，保存Web墨卡托投影PDF地图文件，具体过程如下：

①设置Web墨卡托投影PDF地图页面(Page)大小，宽为：

高为：

②设置页面下的空间参考节点(LGIDict)中地图投影(Projection)参数为Web墨卡托投影，如表2所示；

③设置页面下的空间参考节点(LGIDict)中变换矩阵(CTM)参数[a b c d e f]为[s 0 0 s x₁ y₁]；

④更新PDF文档结构树，利用PDF地图对象保存到新建PDF文件中，得到Web墨卡托投影PDF地图文件。

表2 Web墨卡托投影参数表

步骤3：基于PDF瓦片地图金字塔模型对Web墨卡托投影PDF地图进行裁剪处理。

PDF地图页面内的图形对象包括两部分，一部分图形对象专门用于PDF地图可视化的，即PDF地图中地图部分，另一部分图形对象同时关联属性信息，用于地理要素查询，即PDF地图中地理信息部分。PDF瓦片地图金字塔模型规定了1:100万、1:25万、1:5万、1:1万和1:2千共五个比例尺的Web墨卡托投影PDF地图的瓦片分级规则，对其中任一比例尺的Web墨卡托投影PDF地图文件，计算其图幅范围覆盖的瓦片坐标列表，利用瓦片所属区域对Web墨卡托投影PDF地图进行裁剪处理，得到PDF瓦片地图。具体过程如下：

(1)利用PDF地图对象，获取地图比例尺和图幅范围，计算并返回图幅范围覆盖的瓦片坐标列表，具体过程如下：

①获取Web墨卡托投影PDF地图的地图比例尺K，根据表1得到PDF瓦片地图级别Z，如地图比例尺为1:50000时PDF瓦片地图级别为3；

②获取Web墨卡托投影PDF地图的图幅范围的Web墨卡托投影坐标，左下角点(x_LB,y_LB)、右上角点(x_RT,y_RT)；

③利用公式2计算(x_LB,y_LB)、(x_RT,y_RT)在级别Z下的瓦片坐标(X_LB,Y_LB)、(X_RT,Y_RT)；

④返回瓦片坐标列表{(X，Y)|X_LB≤X≤X_RT，Y_LB≤Y≤Y_RT}。

(2)基于瓦片坐标列表，利用PDF页面裁剪技术对PDF地图页面内图形对象进行裁剪处理。

针对级别Z下的瓦片列表中的任一瓦片坐标(X,Y)，计算瓦片矩形的Web墨卡托投影坐标：左下角点(d×X,d×Y)、右上角点(d×(X+1),d×(Y+1))。利用PDF地图对象中的空间参考对象计算PDF地图页面内瓦片矩形的用户坐标：左下角点(Ux₁,Uy₁)、右上角点(Ux₂,Uy₂)。将瓦片矩形外扩σ＝0.567得到用来裁剪PDF地图页面内图形对象的裁剪矩形R(R_left，R_bottom，R_right，R_top)，即{R_left＝Ux₁-σ，R_bottom＝Uy₁-σ，R_right＝Ux₂+σ，R_top＝Uy₂+σ}。

基于以上计算的瓦片坐标(Z，X，Y)对应的PDF瓦片地图相关参数，利用PDF地图解析器创建PDF瓦片地图对象，并进行以下设置：

①设置页面大小为：宽Ux₂-Ux₁、高Uy₂-Uy₁；

②利用PDF地图对象中的空间参考对象初始化PDF瓦片地图对象中的空间参考对象；

③设置PDF瓦片地图空间参考节点中变换矩阵参数[a b c d e f]中的e、f参数值分别为：Ux₁、Uy₁。

PDF地图页面内主要包括五种类型的图形对象，分别为：文本对象(Text)、路径对象(Path)、内嵌图像对象(Image)、阴影对象(Shading)和外在对象(XObject)。利用PDF地图对象的页面对象，获取全部图形对象，针对每个图形对象，获取其外接矩形，判断外接矩形和上述裁剪矩形的位置关系，进行如下操作：

①如果外接矩形在裁剪矩形之外，则该图形对象位于PDF瓦片地图之外，不作处理；

②如果外接矩形在裁剪矩形之内或相交，则该图形对象位于PDF瓦片地图之中，复制该图形对象到PDF瓦片地图对象中的PDF地图页面内，并将该图形对象中的点坐标变换为以瓦片矩形左下角点(Ux₁，Uy₁)为坐标原点的相对坐标，如果该图形对象关联了属性信息，则将该图形对象关联的属性信息添加到PDF瓦片地图对象中的PDF地图页面内，并同时关联PDF瓦片地图对象中的PDF地图页面内该图形对象。

当PDF地图页面内的全部图形对象处理完毕，更新PDF瓦片地图对象中的PDF文档结构树。构造以瓦片坐标信息命名的PDF瓦片地图文件名，并以该文件名新建PDF文件，利用PDF瓦片地图对象保存输出到新建的PDF文件中，得到裁剪后的PDF瓦片地图文件。

通常，PDF页面内图形对象主要是路径对象，路径由若干直线段和三次贝赛尔曲线组成，路径可以用来绘制线，确定需要填充区域的形状。当路径对象的外接矩形和裁剪矩形相交时，作为优选的，当图形对象没有关联的属性信息时，本发明提供了利用裁剪矩形对图形对象中路径进行矢量裁剪处理方法，具体过程如下：

①若路径仅由若干直线段组成，即为折线或多边形，采用经典算法实现对折线裁剪和多边形裁剪，如Cyus-Beck线裁剪算法、Liang-Bar-sky线裁剪算法、Nicholl-Lee-Nicholl线裁剪算法、Weiler-Atherton多边形裁剪算法和Sutherland-Hodgeman多边形裁剪算法等。对于折线和多边形的裁剪示例如图5所示：图(a)中从起点A开始，沿着路径折线的方向求出路径折线进入裁剪矩形区域的入点1、3、5，和离开裁剪矩形区域的出点2、4，构造裁剪后路径时，将入点操作符设置为“m”，将出点操作符设置为“l”，保留相邻入点和出点中间的部分，若起点在裁剪矩形区域内部，将起点作为第一个入点，若终点在裁剪矩形区域内部，将终点作为最后一个出点，得到裁剪后的路径“1-2,3-C-4,5-E”；图(b)中从起点A开始，沿着路径折线的方向求出多边形边线进入裁剪矩形区域的入点2、4和离开裁剪矩形区域的出点1、3，若起点在裁剪矩形区域内部，将起点作为第一个入点，以第一个入点为起点，沿着路径折线的方向，一个入点和一个出点为一组，保留它们中间的节点，构成一个多边形，如“A-1-2-D-3-4-A”。

②若路径由三次贝赛尔曲线组成或由直线段和三次贝赛尔曲线混合组成，本发明采用以三次贝赛尔曲线为单元，在不具体计算三次贝赛尔曲线与裁剪矩形交点的情况下，进行路径裁剪处理。如图6所示，图(a)中从起点A开始，路径由直线段及三次贝赛尔曲线单元1、2、3、4共同组成。首先，针对路径中任意三次贝赛尔曲线单元，如1，提取其始末点及控制点，计算始末点及控制点的外接矩形，如外接矩形在裁剪矩形区域内部，保留该三次贝赛尔曲线单元，如外接矩形在裁剪矩形区域外部，舍去该三次贝赛尔曲线单元，并以直线段连接其始末点，图(b)中,保留1、2，舍去3、4。然后，从起点A开始，沿着路径方向，求出路径以直线进入裁剪矩形区域的入点1、3，和以直线离开裁剪矩形区域的出点2，另外，若保留的三次贝赛尔曲线单元的末点在裁剪矩形区域外部且其下一段为直线段，将该三次贝赛尔曲线单元的末点作为出点，若起点在裁剪矩形区域内部，将起点作为第一个入点，若终点在裁剪矩形区域内部，将终点作为最后一个出点。最后，将入点操作符设置为“m”，将出点操作符设置为“l”，保留相邻入点和出点中间的部分，得到裁剪后的路径“1-S1-S2-2,3-E”。

步骤4：获取并拼接由相邻图幅裁剪得到的具有相同瓦片坐标的PDF瓦片地图。

由于PDF瓦片地图中的图元内容可能来自相邻的两幅或四幅PDF地图，利用步骤3对相邻图幅PDF地图进行裁剪得到的具有相同瓦片坐标的PDF瓦片地图均只包含部分图形。如图7所示，级别为3的具有相同瓦片坐标的PDF瓦片地图文件共有4个，需进行拼接处理，从而得到完整的PDF瓦片地图，具体过程如下：

①在同一地图级别下提取具有相同瓦片坐标的PDF瓦片地图文件，文件个数大于1个，存储到文件列表中；

②利用PDF地图解析器解析文件列表中首个PDF瓦片地图文件，得到目标PDF地图对象；

③利用PDF地图解析器解析文件列表中下一个PDF瓦片地图文件，得到源PDF地图对象；

④利用源PDF地图对象的页面对象，获取全部图形对象，并依次将每个图形对象复制到目标PDF地图对象的页面对象中，如果图形对象具有关联的属性信息，同时将其关联的属性信息复制到目标PDF地图对象的页面对象中，复制成功后，删除源PDF地图对象及其对应的PDF瓦片地图文件；

⑤若文件列表中文件个数大于2，重复③、④，更新目标PDF地图对象的页面对象，利用目标PDF地图对象输出并替换目标PDF地图对象对应的PDF文件，得到拼接好的PDF瓦片地图。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.PDF瓦片地图的制作方法，其特征在于：

PDF瓦片地图的制作方法由以下步骤实现：

采用瓦片金字塔模型以PDF格式分块存储PDF地图，首先建立PDF瓦片地图金字塔模型，然后将其他投影的PDF地图经过投影变换为Web墨卡托投影PDF地图，最后基于PDF瓦片地图金字塔模型对Web墨卡托投影PDF地图进行裁剪处理，对具有相同瓦片坐标的PDF瓦片地图进行拼接处理，最终得到PDF瓦片地图：

具体包括以下步骤：

步骤1：建立PDF瓦片地图金字塔模型，具体包括：

(1)建立Web墨卡托投影坐标变换对象；

(2)划分PDF瓦片地图金字塔级别，将Web墨卡托投影坐标变换为金字塔级别中某级别Z下的瓦片坐标对应的PDF瓦片地图的用户坐标；

步骤2：PDF地图投影变换为Web墨卡托投影，具体包括：

(1)利用PDF地图解析器解析高斯投影PDF地图文件，得到高斯投影PDF地图对象；

(2)建立高斯投影PDF地图向Web墨卡托投影PDF地图的坐标变换模型；

(3)提取PDF地图页面内所有图形对象，利用坐标变换模型对图形对象中点坐标进行坐标变换；

(4)设置页面大小、地图投影参数及变换矩阵参数，保存Web墨卡托投影PDF地图文件；

步骤3：基于PDF瓦片地图金字塔模型对Web墨卡托投影PDF地图进行裁剪处理，具体包括：

(1)利用PDF地图对象，获取地图比例尺和图幅范围，计算并返回图幅范围覆盖的瓦片坐标列表；

(2)基于瓦片坐标列表，利用PDF页面裁剪技术对PDF地图页面内图形对象进行裁剪处理；

步骤4：获取并拼接由相邻图幅裁剪得到的具有相同瓦片坐标的PDF瓦片地图。

2.根据权利要求1所述的PDF瓦片地图的制作方法，其特征在于：

所述步骤1(1)，建立Web墨卡托投影坐标变换对象，具体由以下步骤实现：

PDF瓦片地图金字塔模型取一个正方形区域，因此，在采用墨卡托投影时将地球看作一个球体，将赤道作为标准纬线，本初子午线作为中央经线，两者交点为坐标原点，向东为X轴正向，向北为Y轴正向，其投影公式如公式1所示：

其中：

R＝6378137米，即地球半径；

λ—经度，单位为弧度；

—纬度，单位为弧度；

所述步骤1(2)，划分PDF瓦片地图金字塔级别，将Web墨卡托投影坐标变换为金字塔级别中某级别Z下的瓦片坐标对应的PDF瓦片地图的用户坐标，具体由以下步骤实现：

PDF瓦片地图采用Web墨卡托投影，地图范围为一个正方形区域，边长是：40075016.686米，纬度范围：-85.05°至85.05°，经度范围：-180°至180°；

瓦片分块具体为：

①将地图范围等分成4⁹块，作为PDF瓦片地图的第1级，对应的地图比例尺为1:100万；

②将第1级的每块等分成4²块，作为PDF瓦片地图的第2级，对应的地图比例尺为1:25万；

③将第2级的每块等分成4³块，作为PDF瓦片地图的第3级，对应的地图比例尺为1:5万；

④将第3级的每块等分成4²块，作为PDF瓦片地图的第4级，对应的地图比例尺为1:1万；

⑤将第4级的每块等分成4²块，作为PDF瓦片地图的第5级，对应的地图比例尺为1:2千；

PDF瓦片地图的瓦片坐标原点在经度和纬度均为0的位置，以PDF瓦片左下角点为参考点，瓦片坐标(Z,X,Y)，其中：Z为PDF瓦片地图级别，共1-5级；X、Y为整数，从0开始；X水平，Y垂直，坐标原点向上和向右为正，向下和向左为负，即东经X取正值、西经X取负值、北纬Y取正值、南纬Y取负值；

PDF瓦片地图坐标变换为：经纬度坐标与Web墨卡托投影坐标由公式1直接相互变换，并且与PDF瓦片地图级别无关；Web墨卡托投影坐标在某一PDF瓦片地图级别下变换为瓦片坐标和用户坐标；

Web墨卡托投影坐标(x,y)变换为某级别Z下的瓦片坐标(X,Y)，如公式2所示：

式中，R为地球半径，d为瓦片边长，INT表示对括号里的数值取整，即舍去小数点后面的部分；

Web墨卡托投影坐标(x,y)变换为某级别Z下的瓦片坐标(X,Y)对应的PDF瓦片地图的用户坐标(U_x,U_y)，如公式3所示：

式中，

K为某级别Z下的地图比例尺分母。

3.根据权利要求1所述的PDF瓦片地图的制作方法，其特征在于：

所述步骤2(1)，利用PDF地图解析器解析高斯投影PDF地图文件，得到高斯投影PDF地图对象，具体由以下步骤实现：

PDF地图对象包含PDF文档结构树对象和PDF地图空间参考对象，PDF文档结构树主要包含PDF地图页面节点，PDF地图空间参考主要实现将页面内图形对象的用户坐标变换为投影坐标和经纬度坐标；

所述步骤2(2)，建立高斯投影PDF地图向Web墨卡托投影PDF地图的坐标变换模型，具体由以下步骤实现：

针对高斯投影PDF地图，利用PDF地图对象：①获取高斯投影PDF地图比例尺为1:K；②获取高斯投影PDF地图图幅范围地理经纬度，即内图廓左下角点的经纬度坐标

右上角点的经纬度坐标

③利用公式1，将经纬度坐标

变换为Web墨卡托投影坐标(x₁,y₁)、(x₂,y₂)；

高斯投影PDF地图变换为Web墨卡托投影PDF地图过程中，舍去内图廓外部分图形对象，只对地图图幅范围内的图形对象进行变换，以内图廓矩形作为变换后的Web墨卡托投影PDF地图的页面矩形；建立Web墨卡托投影坐标向Web墨卡托投影PDF地图的用户坐标变换公式，如公式4所示：

式中，

K为地图比例尺分母；

Web墨卡托投影PDF地图的页面矩形的宽为：

高为：

所述步骤2(3)，提取PDF地图页面内所有图形对象，利用坐标变换模型对图形对象中点坐标进行坐标变换，具体由以下步骤实现：

遍历页面节点下内容流中所有图形对象，针对每个图形对象，获取该图形对象的所有点的用户坐标，进行如下处理：

①利用PDF地图空间参考将用户坐标变换为经纬度坐标；

②将经纬度坐标变换为Web墨卡托投影坐标；

③将Web墨卡托投影坐标变换为坐标变换后的用户坐标；

④用图形对象中的点坐标变换后的用户坐标替换坐标变换前的用户坐标；

当页面内所有图形对象的点坐标变换完毕，更新PDF地图页面内容流；

所述步骤2(4)，设置页面大小、地图投影参数及变换矩阵参数，保存Web墨卡托投影PDF地图文件，具体由以下步骤实现：

①设置Web墨卡托投影PDF地图页面(Page)大小，宽为：

高为：

②设置页面下的空间参考节点中地图投影参数为Web墨卡托投影，具体参数如下：

类型：

WGS_1984_Web_Mercator_Auxiliary_Sphere；

参数：

PROJCS["WGS_1984_Web_Mercator_Auxiliary_Sphere",GEOGCS["GCS_WGS_1984",DATUM["D_WGS_1984",SPHEROID["WGS_1984",6378137.0,298.257223563]],PRIMEM["Greenwich",0.0],UNIT["Degree",0.0174532925199433]],PROJECTION[“Mercator_Auxiliary_Sphere”],PARAMETER["False_Easting",0.0],PARAMETER["False_Northing",0.0],PARAMETER["Central_Meridian",0.0],PARAMETER["Standard_Parallel_1",0.0],PARAMETER["Auxiliary_Sphere_Type",0.0],UNIT["Meter",1.0],AUTHORITY[“EPSG”,3857]]；

③设置页面下的空间参考节点中变换矩阵参数[a b c d e f]为[s 0 0 s x₁ y₁]；

④更新PDF文档结构树，利用PDF地图对象保存到新建PDF文件中，得到Web墨卡托投影PDF地图文件。

4.根据权利要求1所述的PDF瓦片地图的制作方法，其特征在于：

所述步骤3(1)，利用PDF地图对象，获取地图比例尺和图幅范围，计算并返回图幅范围覆盖的瓦片坐标列表，具体由以下步骤实现：

①获取Web墨卡托投影PDF地图的地图比例尺K和PDF瓦片地图级别；

②获取Web墨卡托投影PDF地图的图幅范围Web墨卡托投影坐标，左下角点(x_LB,y_LB)、右上角点(x_RT,y_RT)；

③计算(x_LB,y_LB)、(x_RT,y_RT)在获取级别下的瓦片坐标(X_LB,Y_LB)、(X_RT,Y_RT)；

④返回瓦片坐标列表{(X,Y)|X_LB≤X≤X_RT,Y_LB≤Y≤Y_RT}；

所述步骤3(2)，基于瓦片坐标列表，利用PDF页面裁剪技术对PDF地图页面内图形对象进行裁剪处理，具体由以下步骤实现：

①计算PDF地图页面内级别Z下瓦片坐标(X,Y)对应的瓦片矩形的用户坐标：左下角点(Ux₁,Uy₁)、右上角点(Ux₂,Uy₂)，将瓦片矩形外扩σ＝0.567得到裁剪矩形R(R_left,R_bottom,R_right,R_top)，针对PDF地图页面内图形对象：如果外接矩形在裁剪矩形之外，不作处理；如果外接矩形在裁剪矩形之内或相交，复制该图形对象到PDF瓦片地图对象中的PDF地图页面内，并将该图形对象中的点坐标变换为以瓦片矩形左下角点(Ux₁,Uy₁)为坐标原点的相对坐标，如果该图形对象关联了属性信息，则将该图形对象关联的属性信息添加到PDF瓦片地图对象中的PDF地图页面内，并同时关联PDF瓦片地图对象中的PDF地图页面内该图形对象；

②若图形对象是路径对象且未关联属性信息时，作为优选的，当外接矩形和裁剪矩形相交时，利用裁剪矩形对路径进行矢量裁剪处理：若路径仅由若干直线段组成，即为折线或多边形，采用经典算法实现对折线裁剪和多边形裁剪；若路径由三次贝赛尔曲线组成或由直线段和三次贝赛尔曲线混合组成，采用以三次贝赛尔曲线为单元，在不具体计算三次贝赛尔曲线与裁剪矩形交点的情况下，进行路径裁剪处理。

5.根据权利要求1所述的PDF瓦片地图的制作方法，其特征在于：

所述步骤4，获取并拼接由相邻图幅裁剪得到的具有相同瓦片坐标的PDF瓦片地图，具体由以下步骤实现：

①在同一地图级别下提取具有相同瓦片坐标的PDF瓦片地图文件，文件个数大于1个，存储到文件列表中；

②利用PDF地图解析器解析文件列表中首个PDF瓦片地图文件，得到目标PDF地图对象；

③利用PDF地图解析器解析文件列表中下一个PDF瓦片地图文件，得到源PDF地图对象；

④利用源PDF地图对象的页面对象，获取全部图形对象，并依次将每个图形对象复制到目标PDF地图对象的页面对象中，如果图形对象具有关联的属性信息，同时将其关联的属性信息复制到目标PDF地图对象的页面对象中，复制成功后，删除源PDF地图对象及其对应的PDF瓦片地图文件；

⑤若文件列表中文件个数大于2，重复③、④，更新目标PDF地图对象的页面对象，利用目标PDF地图对象输出并替换目标PDF地图对象对应的PDF文件，得到拼接好的PDF瓦片地图。

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