CN109859109B - 一种系列比例尺pdf地图无缝组织与显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种系列比例尺PDF地图无缝组织与显示方法：S1：对待显示的PDF地图文件解析得到PDF地图对象；将非墨卡托投影的PDF地图投影变换为墨卡托投影；S2：建立PDF地图图幅索引和PDF地图文件查找模块；S3：建立PDF地图显示空间参考模块，创建位图缓存和PDF地图对象缓存，对PDF地图进行格网划分；S4：获取用于显示的PDF地图比例尺，将PDF地图页面内容绘制到位图缓存并显示到屏幕上。本发明拓展了PDF地图的使用范围，由传统的单幅地图独立使用模式提升为跨图幅成区域使用和跨比例尺成系列使用的应用模式，实现了相邻图幅PDF地图无缝拼接显示，使PDF地图的使用不再受图幅限制，极大提升了用户体验。

Description

一种系列比例尺PDF地图无缝组织与显示方法

技术领域

本发明属于地图可视化技术领域，特别是涉及一种系列比例尺PDF地图无缝组织与显示方法。

背景技术

PDF地图是一种新型地图产品，遵循PDF格式标准存储地理空间信息，具有图形美观、要素分层、坐标量测、属性查询和空间分析等特性，是地图与地理信息一体化存储与分发的理想解决方案。PDF地图是国内研究Geospatial PDF的重要成果，申请人所在的研究团队从2006年开始研究PDF地图，从时间上与国外的GeoPDF几乎平行。GeoPDF是TerraGo公司注册商标，由TerraGo软件创建的地图和影像产品，是业界Geospatial PDF的最佳解决方案，已被OGC组织作为推荐的地图编码标准。PDF地图的编码、创建与使用方法原则上同GeoPDF类似。

目前，PDF地图产品主要由国家基本比例尺地形图生产而来，而1:50万及更大比例尺的地形图均采用高斯投影并按图幅组织，因此，此类PDF地图产品以图幅为单位存储到单页面PDF文档中，每幅PDF地图对应一个PDF文件。利用常用的PDF阅读器软件(如AdobeReader、福昕阅读器等)便可打开并使用PDF地图文件，但是，用户对地图的浏览只能被局限于单幅地图范围，无法实现跨图幅、跨比例尺无缝漫游。另外，有多种PDF解析库或渲染引擎(如PDFium、MuPDF、SumatraPDF、PDFLib等)可以解析PDF地图文件并绘制地图页面，却不能实现多图幅地图页面无缝拼接显示。而且，PDF地图所具有的地理位置查询、地理目标属性查询、地图量算等特性也无法展示。GeoPDF的使用亦是如此，当需要浏览与当前图幅相邻的其他图幅时，只能通过手动打开或超链接的方式链接到所需图幅对应的GeoPDF文件，相邻图幅边缘无法拼接并共同显示在屏幕上。

然而，随着地图的普及，对系列比例尺地图的同比例尺横向邻接图幅无缝组织显示和跨比例尺纵向图幅无缝组织切换显示是用户的正常需求，人们习惯了能够无缝拼接、任意漫游、比例尺自动切换的地图浏览模式，而不是受限于单幅地图的边界，看不到区域的全貌，得不到地物的完整空间形态，这对PDF地图用户来说是一种非常糟糕的体验。单幅地图使用模式势必局限PDF地图的使用范围，跨图幅、跨比例尺无缝组织显示使PDF地图能成区域、成系列使用，从而真正成为一种电子地图，GeoPDF亦是如此。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种系列比例尺PDF地图无缝组织与显示方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：

一种系列比例尺PDF地图无缝组织与显示方法，具体包括如下步骤：

步骤S1：对待显示的PDF地图文件进行解析，得到包括PDF地图绘制对象和PDF地图空间参考对象的PDF地图对象；对非墨卡托投影的PDF地图进行PDF地图投影变换，将其地图投影变换为墨卡托投影，得到墨卡托投影的PDF地图；

步骤S2：对于待显示的墨卡托投影的PDF地图，基于图幅范围矩形建立PDF地图图幅索引，利用PDF地图图幅索引建立PDF地图文件查找模块；

步骤S3：建立PDF地图显示空间参考模块，创建位图缓存和PDF地图对象缓存，对PDF地图进行格网划分；

步骤S4：获取用于显示的PDF地图比例尺，将PDF地图页面内容绘制到位图缓存并显示到屏幕上。

进一步的，所述步骤S2包括如下子步骤：

S201：基于待显示的墨卡托投影的PDF地图图幅范围矩形的地理经纬度坐标，建立R树空间索引，每个地图比例尺建立一个R树空间索引，即每个R树对应同一地图比例尺的PDF地图，R树中的每个叶子节点存储若干条记录，每条记录对应一幅PDF地图信息(包括地图比例尺、图幅编号、图幅范围、PDF地图文件路径)；

S202：建立PDF地图文件查找模块，该模块具体包括如下操作：

(1)根据指定的地图比例尺获取PDF地图图幅索引中该比例尺对应的R树空间索引；

(2)在R树空间索引中，根据指定地理区域，获取所有符合条件的记录；

(3)新建一PDF地图文件列表，提取每条记录中包含的PDF地图文件路径信息，添加到PDF地图文件列表中。

进一步的，所述步骤S3包括如下子步骤：

S301：建立墨卡托投影坐标系、世界坐标系、视口和窗口，得到PDF地图显示空间参考模块，具体操作如下：

(1)以赤道作为标准纬线，本初子午线作为中央经线，两者交点为坐标原点，建立墨卡托投影坐标系，实现地理经纬度坐标和墨卡托投影坐标之间的坐标变换；

(2)以墨卡托投影坐标系y轴作为世界坐标系x轴，墨卡托投影坐标系x轴作为世界坐标系y轴，单位为米，建立世界坐标系，实现墨卡托投影坐标和世界坐标之间的坐标变换；

(3)在设备坐标系下，获取屏幕上用于显示地图的矩形[xv_min,yv_min,xv_max,yv_max]，作为视口；

(4)根据地图显示的地理范围，通过坐标变换，得到地理范围矩形的世界坐标[xu_min,yu_min,xu_max,yu_max]，将地理范围矩形中心与视口中心重合，在不改变初始位置矩形长宽比的情况下，将地理范围矩形充满视口，计算视口在世界坐标系下对应的矩形[xw_min,yw_min,xw_max,yw_max]，作为窗口，实现世界坐标和设备坐标之间的坐标变换；

地理经纬度坐标、墨卡托投影坐标、世界坐标和设备坐标之间的坐标变换共同构成PDF地图显示空间参考模块；

S302：在设备坐标系下，创建位图缓存，具体操作如下：

在设备坐标系下，位图缓存包括多个边长为d的位图，位于视口中心的位图称为中心位图，位图缓存中横向位图个数N_x和纵向位图个数N_y计算公式如公式6所示：

其中，

表示其内包含的数值向上取整，S_x表示位图缓存宽度是视口宽度的倍数，S_y表示位图缓存高度是视口高度的倍数；

S303：创建PDF地图对象缓存；

S304：在世界坐标系下，对PDF地图进行格网划分，具体操作如下：

利用PDF地图显示空间参考模块计算中心位图矩形的世界坐标，在世界坐标系下，基于中心位图矩形，对PDF地图进行格网划分，初始化中心位图矩形对应的瓦片为中心瓦片，其瓦片坐标为(0，0)，所有瓦片坐标标记为(col，row)，横向为col、纵向为row，向右、向上为正；每个瓦片在世界坐标系下都有其对应的瓦片矩形，以中心位图与中心瓦片为基准，将位图缓存中的位图分别映射到其对应的瓦片上，记录每个位图对应的瓦片坐标。

进一步的，所述步骤S4包括如下子步骤：

S401：基于地图显示比例尺获取用于显示的PDF地图比例尺；

计算地图显示比例尺分母K'，其计算公式为公式7：

其中，dpi为屏幕DPI，即每英寸点数；

基于地图显示比例尺分母K'，获取用于显示的PDF地图对应的比例尺分母K。

S402：将PDF地图页面内容绘制到位图缓存；

初始化条件下，位图缓存中的所有位图均为空白位图，其状态标识为空。首先，以中心位图为参考，按与中心位图的距离将位图缓存中所有位图进行排序，通过该排序实现对位图缓存中所有位图的遍历，优先绘制与中心位图距离近的位图；然后，依据排序将位图瓦片矩形对应的PDF地图页面内容绘制的位图中；

针对每个位图的绘制方法相同，位图绘制过程中：首先，利用步骤S304中的格网划分获取位图对应的瓦片矩形的世界坐标，利用S301得到的PDF地图显示空间参考模块将瓦片矩形世界坐标变换为地理经纬度坐标；然后，利用步骤S2中的PDF地图文件查找模块，根据指定范围的地理经纬度坐标获取指定比例尺的墨卡托投影的PDF地图文件列表；最后，将PDF地图文件列表中的每个PDF地图文件的相应PDF页面内容绘制的位图上；

S403：实时将位图缓存拷贝到屏幕上。

进一步的，所述步骤S401中所述的基于地图显示比例尺分母K'，获取用于显示的PDF地图对应的比例尺分母K，具体操作如下：

当K'≤7500时，K＝5000；

当7500<K'≤1.8万时，K＝1万；

当1.8万<K'≤3.8万时，K＝2.5万；

当3.8万<K'≤8万时，K＝5万；

当8万<K'≤18万时，K＝10万；

当18万<K'≤38万时，K＝25万；

当38万<K'≤75万时，K＝50万；

当75万<K'时，K＝100万。

进一步的，所述步骤S402中所述的将PDF地图文件列表中的每个PDF地图文件的相应PDF页面内容绘制的位图上，具体操作如下：

(1)如果瓦片矩形位于单幅地图内，即由单个PDF地图文件绘制位图；

利用PDF地图文件，在PDF地图对象缓存中查找PDF地图对象：如果存在PDF地图对象，直接利用PDF地图对象进行绘制位图；如果不存在，则利用开源PDF解析库解析PDF地图文件为PDF地图对象，并存储到PDF地图对象缓存中，然后利用该PDF地图对象进行绘制；

利用PDF地图对象绘制位图具体过程为：利用PDF地图对象中PDF地图空间参考对象将瓦片矩形地理经纬度坐标变换为PDF用户坐标；利用PDF地图对象中PDF地图绘制对象将PDF页面内位于瓦片矩形PDF用户坐标范围内的地图绘制到位图中；

(2)如果瓦片矩形跨越相邻多幅地图，即由多个PDF地图文件共同绘制位图；具体操作如下：

①提取PDF地图文件列表中的第一个PDF地图文件；

②利用上述流程(1)所述的瓦片矩形位于单幅地图内中的方法，得到第一个PDF地图文件的PDF地图对象；

③利用PDF地图对象获取PDF地图内图廓矩形的PDF用户坐标；

④利用PDF地图对象中PDF地图空间参考对象将瓦片矩形地理经纬度坐标变换为PDF用户坐标；

⑤计算PDF地图内图廓矩形与瓦片矩形的相交矩形的PDF用户坐标；

⑥利用PDF地图对象中PDF地图绘制对象将PDF地图页面内位于相交矩形范围内的地图绘制到位图中相交矩形对应的矩形区域；

⑦提取PDF地图文件列表中的下一个PDF地图文件，重复②-⑥，直到PDF地图文件列表遍历完毕，即实现瓦片矩形跨越相邻多幅地图的位图的绘制。

本发明着眼于解决以图幅为单位生产的系列比例尺PDF地图产品的无缝拼接、任意漫游、比例尺自动切换的地图浏览难题，提出了一种系列比例尺PDF地图无缝组织与显示方法。该方法预先对非墨卡托投影的PDF地图，进行PDF地图投影变换，将其地图投影变换为墨卡托投影。标准分幅墨卡托投影的PDF地图内图廓均为矩形，利用PDF渲染引擎直接绘制相邻图幅位于瓦片矩形内的页面图形，实现了相邻图幅PDF地图无缝拼接显示；基于标准分幅的PDF地图图幅索引构建了一个基于全球的、多比例尺的、无缝的、支持空间索引机制的地图数据管理框架，实现了系列比例尺PDF地图无缝组织；同时，采用一种双缓存内存缓存策略，建立位图缓存和PDF地图对象缓存，加快了地图显示速度；利用PDF地图目标索引快速获取地图目标的图形和属性信息。该方法拓展了PDF地图的使用范围，由传统的单幅地图独立使用模式提升为跨图幅成区域使用和跨比例尺成系列使用的应用模式，使PDF地图的使用不再受图幅限制，极大提升了用户体验。

附图说明

图1是本发明的系列比例尺PDF地图无缝组织与显示方法的流程图；

图2是本发明实施例中的PDF地图显示空间参考模块建立示意图；

图3是本发明实施例中的位图缓存建立示意图；

图4是本发明实施例中的对PDF地图进行格网划分示意图；

图5是本发明实施例中的地图显示比例尺与PDF地图比例尺对照图；

图6是本发明实施例中的位图跨越相邻4幅PDF地图的绘制示意图；

图7是本发明实施例中的窗口移动后位图更新与绘制示意图。

以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。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的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。

本发明中涉及的系列比例尺PDF地图是指由国家基本比例尺地形图数据生产而来的以图幅为单位存储的标准分幅的PDF地图产品，包括：1:100万、1:50万、1:25万、1:10万、1:5万、1:2.5万、1:1万和1:5千共8种基本比例尺。本发明的方法同样适用于以图幅为单位的系列比例尺GeoPDF产品的跨图幅无缝漫游显示和跨尺度无级缩放显示。

如图1所示，本发明的系列比例尺PDF地图无缝组织与显示方法，具体包括如下步骤：

步骤S1：对待显示的PDF地图文件进行解析，得到PDF地图对象；对非墨卡托投影的PDF地图进行PDF地图投影变换，将其地图投影变换为墨卡托投影，得到墨卡托投影的PDF地图。包括如下子步骤：

S101：利用开源PDF解析库(PDFium、MuPDF、SumatraPDF或PDFLib等)解析待显示的PDF地图文件，得到PDF地图对象；在PDF地图对象中建立PDF地图绘制对象和PDF地图空间参考对象，PDF地图绘制对象和PDF地图空间参考对象共同构成PDF地图对象。其中，PDF地图绘制对象用于将PDF页面内容按指定范围绘制到内存位图，PDF地图空间参考对象用于实现PDF用户坐标、墨卡托投影坐标和地理经纬度坐标之间的变换。PDF地图绘制对象和PDF地图空间参考对象建立具体为：利用PDF地图对象获取索引为0的页面，得到PDF页面对象，基于PDF页面的渲染功能建立PDF地图绘制对象；利用PDF地图对象提取页面节点(Page)下的空间参考节点(LGIDict)，获取地图投影(Projection)参数及变换矩阵(CTM)参数，建立PDF地图空间参考对象。

S102：判断地图投影参数中的地图投影类型，若非墨卡托投影，则进行PDF地图投影变换。本发明以高斯投影的PDF地图变换为墨卡托投影的PDF地图为具体实施例，其他投影的PDF地图变换为墨卡托投影的PDF地图方法类似，主要包括如下操作：

S1021：利用PDF地图对象，提取PDF页面对象中的内容流(Contents)，遍历内容流中的全部图元对象，对图元对象中的每个坐标点进行点坐标变换(即用变换后的点坐标P′对应更新原有的点坐标P)，具体操作如下：

(1)将PDF用户坐标P变换为高斯投影坐标(X_G,Y_G)

遍历图元对象中的全部坐标点，对每个坐标点，其PDF用户坐标P为(x,y)，利用公式1将其变换为高斯投影平面直角坐标(X_G,Y_G)：

其中，a、b、c、d、e、f为变换矩阵的六个参数[a b c d e f]。

(2)将高斯投影坐标(X_G,Y_G)变换为地理经纬度坐标(B,L)

基于地图投影参数建立高斯投影反解变换方程，如公式2所示，计算高斯投影坐标(X_G,Y_G)对应的地理经纬度坐标(B,L)：

(3)将地理经纬度坐标(B,L)变换为墨卡托投影坐标(X_M,Y_M)

基于地图投影参数中椭球体参数建立墨卡托投影正解变换方程，如公式3所示，计算地理经纬度坐标(B,L)对应的墨卡托投影坐标(X_M,Y_M)：

(4)将墨卡托投影坐标(X_M,Y_M)变换为PDF用户坐标P′

利用公式4将墨卡托投影坐标(X_M,Y_M)变换为新的PDF用户坐标P′，即(x′,y′)：

其中，

K为PDF地图比例尺分母，由地图投影参数提取，(x₀,y₀)为PDF地图页面矩形四个角点的墨卡托投影坐标最小外接矩形左下角点。

S1022：重新设置PDF地图的页面(Page)大小、地图投影(Projection)参数和变换矩阵(CTM)参数。具体如下：

PDF地图投影变换后，需要重新设置页面节点(Page)的宽W、高H参数，作为墨卡托投影的PDF地图的页面宽、高，其计算如公式5所示：

其中，s与公式4中定义一致，W_M、H_M为PDF地图页面矩形四个角点的墨卡托投影坐标最小外接矩形的宽、高。

重新设置地图投影(Projection)参数中投影类型、投影编码、坐标单位和比例因子参数，其值分别为：World Mercator、3395、metre、1。

重新设置变换矩阵(CTM)六个参数[a b c d e f]，其值为[s s 0 0 x₀ y₀]。

S1023：存储PDF地图对象，得到墨卡托投影的PDF地图文件。

利用开源PDF解析库的PDF文档存储功能，将PDF地图对象存储到指定路径下，得到墨卡托投影的PDF地图文件。

步骤S2：对于待显示的墨卡托投影的PDF地图，基于图幅范围矩形建立PDF地图图幅索引，利用PDF地图图幅索引建立PDF地图文件查找模块。

S201：建立PDF地图图幅索引。

为了能够快速获取指定地理区域(即地理经纬度坐标)的PDF地图或者地图列表，本发明中，对于待显示的系列比例尺墨卡托投影的PDF地图建立PDF地图图幅索引。本实施例中，对同一地图比例尺下的PDF地图，基于PDF地图图幅范围矩形的地理经纬度建立R树空间索引，即每个R树对应同一地图比例尺的PDF地图，R树中的每个叶子节点存储若干条记录，每条记录对应一幅PDF地图信息(包括地图比例尺、图幅编号、图幅范围、PDF地图文件路径)。

S202：建立PDF地图文件查找模块。

PDF地图文件查找模块用于实现墨卡托投影的PDF地图文件的快速获取，在PDF地图图幅索引为R树空间索引的方式下，该模块具体包括如下操作：

(1)根据指定的地图比例尺获取PDF地图图幅索引中该比例尺对应的R树空间索引；

(2)在R树空间索引中，根据指定地理区域(地理经纬度坐标)，获取所有符合条件的记录；

(3)新建PDF地图文件列表，提取每条记录中包含的PDF地图信息，添加到PDF地图文件列表中。

步骤S3：建立PDF地图显示空间参考模块，创建位图缓存和PDF地图对象缓存，对PDF地图进行格网划分。

经过步骤S2对系列比例尺PDF地图组织管理后，在各比例尺均得到一个巨大的逻辑无缝的“大地图”。地图浏览显示时，需要建立PDF地图显示空间参考模块来实现地理经纬度坐标、墨卡托投影坐标、世界坐标和设备坐标之间的坐标变换。本发明采用了一种双缓存内存缓存策略，创建位图缓存和PDF地图对象缓存，通过额外占用一定大小的内存资源来加快地图显示速度，即使在软硬件资源有限的桌面PC机上或嵌入式平台上，也能满足人机交互要求。另外，对相同比例尺的PDF地图组成的“大地图”进行格网划分，使得PDF地图显示转化为“瓦片”显示。具体步骤如下：

S301：建立墨卡托投影坐标系、世界坐标系、视口和窗口，得到PDF地图显示空间参考模块，如图2所示，具体操作如下：

(1)以赤道作为标准纬线，本初子午线作为中央经线，两者交点为坐标原点，椭球参数采用2000国家大地坐标系(CGCS2000)中地球椭球参数，建立墨卡托投影坐标系，实现了地理经纬度坐标和墨卡托投影坐标之间的坐标变换；

(2)以墨卡托投影坐标系y轴作为世界坐标系x轴，墨卡托投影坐标系x轴作为世界坐标系y轴，单位为米，建立世界坐标系，实现了墨卡托投影坐标和世界坐标之间的坐标变换；

(3)在设备坐标系下，获取设备(如屏幕)上用于显示地图的矩形[xv_min,yv_min,xv_max,yv_max]，作为视口；

(4)根据地图显示的地理范围，通过坐标变换，得到地理范围矩形的世界坐标[xu_min,yu_min,xu_max,yu_max]，将地理范围矩形中心与视口中心重合，在不改变初始位置矩形长宽比的情况下，将地理范围矩形充满视口，计算视口在世界坐标系下对应的矩形[xw_min,yw_min,xw_max,yw_max]，作为窗口，建立了窗口与视口的映射关系，实现了世界坐标和设备坐标之间的坐标变换。

地理经纬度坐标、墨卡托投影坐标、世界坐标和设备坐标之间的坐标变换共同构成PDF地图显示空间参考模块。

S302：在设备坐标系下，创建位图缓存，如图3所示，具体如下：

在设备坐标系下，位图缓存包括多个边长为d(单位为像素，可取值128、256或512)的位图，位于视口中心的位图称为中心位图，位图缓存中横向位图个数N_x和纵向位图个数N_y计算公式如公式6所示：

其中，

表示其内包含的数值向上取整，S_x表示位图缓存宽度是视口宽度的倍数，S_y表示位图缓存高度是视口高度的倍数。通常，S_x、S_y均取值为3，表示位图缓存大小是视口大小的9倍。

位图缓存容量为N_x×N_y个位图，采用“键-值”的结构存储，其中：“键”存储位图位置坐标，即位图的行列号索引；“值”存储位图数据，初始化为空白位图。

S303：创建PDF地图对象缓存。

PDF地图对象缓存为一个用于存储PDF地图对象的数组，其大小依据设备内存而定，通常，4G内存，PDF地图对象缓存阈值设置为9，即当PDF地图对象数超过9时，需要优先对PDF地图内图廓矩形离窗口中心距离最远的PDF地图对象进行释放，直到PDF地图对象数不大于9。PDF地图对象缓存中PDF地图对象数初始为0，利用步骤S1中的开源PDF解析库解析PDF地图文件，得到PDF地图对象，将PDF地图对象添加到PDF地图对象数组中，并记录PDF地图文件信息(如地图图幅号、存储路径等)，PDF地图对象数增加1。利用PDF地图文件信息，可直接获取该PDF地图文件对应的PDF地图对象。

S304：在世界坐标系下，对PDF地图进行格网划分，如图4所示，具体如下：

利用PDF地图显示空间参考模块计算中心位图矩形的世界坐标，在世界坐标系下，基于中心位图矩形，对PDF地图进行格网划分，各单元网格均作为瓦片，初始化中心位图矩形对应的网格为中心瓦片，其瓦片坐标为(0，0)，所有瓦片坐标标记为(col，row)，横向为col、纵向为row，向右、向上为正；每个瓦片在世界坐标系下都有其对应的瓦片矩形，以中心位图与中心瓦片为基准，将位图缓存中的位图分别映射到其对应的瓦片上，记录每个位图对应的瓦片坐标。

步骤S4：获取用于显示的PDF地图比例尺，将PDF地图页面内容绘制到位图缓存并显示到设备(屏幕)上。

S401：基于地图显示比例尺获取用于显示的PDF地图比例尺。

根据S301中建立的窗口及视口，计算地图显示比例尺分母K'，其计算公式为公式7：

其中，dpi为设备(屏幕)DPI(Dots Per Inch)，即每英寸点数(像素)。

地图显示比例尺分母K'关键节点分别为：7500、1.8万、3.8万、8万、18万、38万和75万；基于地图显示比例尺分母K'，如图5所示，获取用于显示的PDF地图对应的比例尺分母K，具体操作如下：

当K'≤7500时，K＝5000；

当7500<K'≤1.8万时，K＝1万；

当1.8万<K'≤3.8万时，K＝2.5万；

当3.8万<K'≤8万时，K＝5万；

当8万<K'≤18万时，K＝10万；

当18万<K'≤38万时，K＝25万；

当38万<K'≤75万时，K＝50万；

当75万<K'时，K＝100万。

S402：将PDF地图页面内容绘制到位图缓存。

初始化条件下，位图缓存中的所有位图均为空白位图，其状态标识为空。首先，以中心位图为参考，按与中心位图的距离将位图缓存中所有位图进行排序，通过该排序实现对位图缓存中所有位图的遍历，优先绘制与中心位图距离近的位图；然后，依据排序将位图瓦片矩形对应的PDF地图页面内容绘制的位图中。

针对每个位图的绘制方法相同，位图绘制过程中：首先，利用步骤S304中的格网划分获取待绘制位图对应的瓦片矩形的世界坐标，利用S301得到的PDF地图显示空间参考模块将瓦片矩形的世界坐标变换为地理经纬度坐标；然后，利用步骤S2中的PDF地图文件查找模块，获取比例尺分母为K、地理区域为瓦片矩形地理经纬度坐标范围的墨卡托投影的PDF地图文件列表；最后，将PDF地图文件列表中的每个PDF地图文件的相应PDF页面内容绘制的位图上。

通常，PDF地图文件列表中可能存在1、2、4个墨卡托投影的PDF地图文件，即瓦片矩形存在位于单幅地图内、跨越相邻多幅地图两种情况，单个位图绘制流程具体如下：

(1)如果瓦片矩形位于单幅地图内，即由单个PDF地图文件绘制位图。

利用PDF地图文件，在步骤S303中的PDF地图对象缓存中查找PDF地图对象：如果存在PDF地图对象，直接利用PDF地图对象进行绘制位图；如果不存在，则利用步骤S101中的开源PDF解析库解析PDF地图文件为PDF地图对象，并存储到PDF地图对象缓存中，然后利用该PDF地图对象进行绘制。

利用PDF地图对象绘制位图具体过程为：利用PDF地图对象中PDF地图空间参考对象将瓦片矩形地理经纬度坐标变换为PDF用户坐标；利用PDF地图对象中PDF地图绘制对象将PDF页面内位于瓦片矩形PDF用户坐标范围内的地图绘制到位图中。

(2)如果瓦片矩形跨越相邻多幅地图，即由多个PDF地图文件共同绘制位图。

通常，瓦片矩形跨越相邻2幅地图或相邻4幅地图，本发明以如图6所示的瓦片矩形跨越相邻4幅地图为示例来说明由多个PDF地图文件共同绘制位图方法具体操作如下：

①提取PDF地图文件列表中的第一个PDF地图文件；

②利用上述流程(1)所述的瓦片矩形位于单幅地图内中的方法，得到第一个PDF地图文件的PDF地图对象；

③利用PDF地图对象获取PDF地图内图廓矩形的PDF用户坐标；

④利用PDF地图对象中PDF地图空间参考对象将瓦片矩形地理经纬度坐标变换为PDF用户坐标；

⑤计算PDF地图内图廓矩形与瓦片矩形的相交矩形的PDF用户坐标；

⑥利用PDF地图对象中PDF地图绘制对象将PDF地图页面内位于相交矩形范围内的地图绘制到位图中相交矩形对应的矩形区域；

⑦提取PDF地图文件列表中的下一个PDF地图文件，重复②-⑥，直到PDF地图文件列表遍历完毕，即实现瓦片矩形跨越相邻多幅地图的位图的绘制。

S403：实时将位图缓存拷贝到设备(屏幕)上。

当位图缓存中位于视口区域内的任一位图绘制完成后，将该位图显示到屏幕上相应位置，即实现PDF地图显示到设备(屏幕)上。

以上，本发明的方法实现了系列比例尺PDF地图无缝组织与显示，有效解决了现有技术中用户对地图的浏览局限于单幅地图范围内而无法实现跨图幅、跨比例尺的问题，由传统的单幅地图独立应用模式提升为相同比例尺跨图幅无缝拼接漫游显示、相邻比例尺自动切换无极缩放显示的应用模式，拓展了PDF地图的使用范围。

本发明的方法能够应用于用户对PDF地图进行地图漫游和地图缩放操作中，使PDF地图的使用不再受图幅和比例尺限制，极大提升了用户体验。另外，本发明的方法还能够应用于用户对PDF地图量算及地图目标属性查询显示操作。上述各操作的具体步骤如下：

步骤ES1：PDF地图无缝漫游显示。

地图漫游操作是通过人机交互拖动地图并移动一定的距离，PDF地图无缝漫游显示过程中地图显示比例尺和PDF地图比例尺均保持不变，其实质是窗口的移动过程，如图7所示，窗口移动后位图缓存中位图更新与绘制的具体流程如下：

(1)基于地图拖动距离(如鼠标位移量)的设备(屏幕)坐标，利用PDF地图显示空间参考模块计算移动后窗口的世界坐标，并得到移动后窗口中心的世界坐标，计算移动后窗口中心所在的瓦片号坐标，作为新的中心瓦片，并与位图缓存中的中心位图相对应，同时将位图缓存中的其他位图全部映射到瓦片上，记录移动后的瓦片范围。

(2)遍历窗口移动前位图缓存中的全部位图，针对其中任一位图，若为非空，且其对应的瓦片坐标位于窗口移动后瓦片范围内，直接用该位图数据更新该瓦片坐标对应的窗口移动后位图缓存中的位图数据，并作更新标识。

(3)遍历窗口移动后位图缓存中的全部位图，针对其中任一位图，若未作更新标识，执行步骤S402中单个位图绘制流程，即实现将PDF地图页面内容绘制到位图缓存中，同时，作更新标识。

步骤ES2：PDF地图缩放显示。

地图缩放操作是通过人机交互，如鼠标单击缩放、滚轮缩放或拉框缩放，使得地图显示比例尺分母K'发生变化，其值为当前地图显示比例尺分母K'乘以地图缩放比例因子。

如果是单击和滚轮缩放，获取鼠标点的设备(屏幕)坐标，利用PDF地图显示空间参考模块将其变换为世界坐标，并作为窗口中心，将缩放前地图显示比例尺分母K'乘以地图缩放比例因子(如取值1.3)得到缩放后的地图显示比例尺分母K'_s。

如果是拉框缩放，利用PDF地图显示空间参考模块将拉框矩形的设备(屏幕)坐标，变换为世界坐标，以拉框矩形中心的世界坐标作为窗口中心，以拉框矩形与视口的比例作为地图缩放比例尺因子，乘以缩放前地图显示比例尺分母K'得到缩放后的地图显示比例尺分母K'_s。

将地图显示比例尺分母K'_s代入图6中的地图显示比例尺分母K'，获取用于显示的PDF地图对应的比例尺分母K。执行步骤S4中的S402和S403，完成缩放后PDF地图的显示。

步骤ES3：PDF地图量算。

在PDF地图中，可通过人机交互实现在设备(屏幕)上进行地图量算，具体如下：

(1)根据用户通过鼠标等设备在地图显示设备(屏幕)上画一条直线段，利用PDF地图显示空间参考模块将线段起点和终点的设备(屏幕)坐标变换为墨卡托投影坐标，计算两点之间的距离，单位为米；

(2)根据用户通过鼠标等设备在地图显示设备(屏幕)上画一条折线，在每画完一条直线段后，利用(1)中方法计算该直线段的距离，并将已画完的直线段的距离相加，其和作为折线的距离，单位为米；

(3)根据用户通过鼠标等设备在地图显示设备(屏幕)上画一个多边形，利用PDF地图显示空间参考模块将多边形的顶点设备(屏幕)坐标变换为墨卡托投影坐标，得到墨卡托投影坐标的多边形，利用多边形面积计算公式，计算其面积，单位为米。

步骤ES4：PDF地图目标属性查询显示。

在PDF地图上通过人机交互方式选择某一地理目标或拉框选择若干地理目标，并高亮显示其图形和通过弹出窗口等方式显示其属性信息，具体如下：

(1)根据用户通过鼠标等设备在地图显示设备(屏幕)上单击得到交互点的设备(屏幕)坐标，利用PDF地图显示空间参考模块将其变换为地理经纬度坐标；

(2)在PDF地图对象缓存中获取地图范围包含交互点的PDF地图对象；

(3)利用PDF地图对象中的PDF地图空间参考对象，将交互点的地理经纬度坐标变换为PDF用户坐标；

(4)利用PDF地图目标索引获取指定点(即交互点)的地图目标列表，所述PDF地图目标索引，指PDF地图中包含属性信息的地图目标的R树空间索引；

(5)通过地图目标的图形内容唯一识别号(MCID)获取地图目标图形信息和属性信息，对地图目标列表中的每个地图目标，可进行图形信息和属性信息的可视化显示。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种系列比例尺PDF地图无缝组织与显示方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤S1：对待显示的PDF地图文件进行解析，得到包括PDF地图绘制对象和PDF地图空间参考对象的PDF地图对象；对非墨卡托投影的PDF地图进行PDF地图投影变换，将其地图投影变换为墨卡托投影，得到墨卡托投影的PDF地图；

步骤S2：对于待显示的墨卡托投影的PDF地图，基于图幅范围矩形建立PDF地图图幅索引，利用PDF地图图幅索引建立PDF地图文件查找模块；

步骤S3：建立PDF地图显示空间参考模块，创建位图缓存和PDF地图对象缓存，对PDF地图进行格网划分；

步骤S4：获取用于显示的PDF地图比例尺，将PDF地图页面内容绘制到位图缓存并显示到屏幕上。

2.如权利要求1所述的系列比例尺PDF地图无缝组织与显示方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下子步骤：

S201：基于待显示的墨卡托投影的PDF地图图幅范围矩形的地理经纬度坐标，建立R树空间索引，每个地图比例尺建立一个R树空间索引，即每个R树对应同一地图比例尺的PDF地图，R树中的每个叶子节点存储若干条记录，每条记录对应一幅PDF地图信息(包括地图比例尺、图幅编号、图幅范围、PDF地图文件路径)；

S202：建立PDF地图文件查找模块，该模块具体包括如下操作：

(1)根据指定的地图比例尺获取PDF地图图幅索引中该比例尺对应的R树空间索引；

(2)在R树空间索引中，根据指定地理区域，获取所有符合条件的记录；

(3)新建一PDF地图文件列表，提取每条记录中包含的PDF地图文件路径信息，添加到PDF地图文件列表中。

3.如权利要求1所述的系列比例尺PDF地图无缝组织与显示方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下子步骤：

S301：建立墨卡托投影坐标系、世界坐标系、视口和窗口，得到PDF地图显示空间参考模块，具体操作如下：

(1)以赤道作为标准纬线，本初子午线作为中央经线，两者交点为坐标原点，建立墨卡托投影坐标系，实现地理经纬度坐标和墨卡托投影坐标之间的坐标变换；

(2)以墨卡托投影坐标系y轴作为世界坐标系x轴，墨卡托投影坐标系x轴作为世界坐标系y轴，单位为米，建立世界坐标系，实现墨卡托投影坐标和世界坐标之间的坐标变换；

(3)在设备坐标系下，获取屏幕上用于显示地图的矩形[xv_min,yv_min,xv_max,yv_max]，作为视口；

(4)根据地图显示的地理范围，通过坐标变换，得到地理范围矩形的世界坐标[xu_min,yu_min,xu_max,yu_max]，将地理范围矩形中心与视口中心重合，在不改变初始位置矩形长宽比的情况下，将地理范围矩形充满视口，计算视口在世界坐标系下对应的矩形[xw_min,yw_min,xw_max,yw_max]，作为窗口，实现世界坐标和设备坐标之间的坐标变换；

地理经纬度坐标、墨卡托投影坐标、世界坐标和设备坐标之间的坐标变换共同构成PDF地图显示空间参考模块；

S302：在设备坐标系下，创建位图缓存，具体操作如下：

在设备坐标系下，位图缓存包括多个边长为d的位图，位于视口中心的位图称为中心位图，位图缓存中横向位图个数N_x和纵向位图个数N_y计算公式如公式6所示：

其中，

表示其内包含的数值向上取整，S_x表示位图缓存宽度是视口宽度的倍数，S_y表示位图缓存高度是视口高度的倍数；

S303：创建PDF地图对象缓存；

S304：在世界坐标系下，对PDF地图进行格网划分，具体操作如下：

利用PDF地图显示空间参考模块计算中心位图矩形的世界坐标，在世界坐标系下，基于中心位图矩形，对PDF地图进行格网划分，初始化中心位图矩形对应的瓦片为中心瓦片，其瓦片坐标为(0，0)，所有瓦片坐标标记为(col，row)，横向为col、纵向为row，向右、向上为正；每个瓦片在世界坐标系下都有其对应的瓦片矩形，以中心位图与中心瓦片为基准，将位图缓存中的位图分别映射到其对应的瓦片上，记录每个位图对应的瓦片坐标。

4.如权利要求1所述的系列比例尺PDF地图无缝组织与显示方法，其特征在于，所述步骤S4包括如下子步骤：

S401：基于地图显示比例尺获取用于显示的PDF地图比例尺；

计算地图显示比例尺分母K'，其计算公式为公式7：

其中，dpi为屏幕DPI，即每英寸点数；

基于地图显示比例尺分母K'，获取用于显示的PDF地图对应的比例尺分母K；

S402：将PDF地图页面内容绘制到位图缓存；

初始化条件下，位图缓存中的所有位图均为空白位图，其状态标识为空。首先，以中心位图为参考，按与中心位图的距离将位图缓存中所有位图进行排序，通过该排序实现对位图缓存中所有位图的遍历，优先绘制与中心位图距离近的位图；然后，依据排序将位图瓦片矩形对应的PDF地图页面内容绘制的位图中；

针对每个位图的绘制方法相同，位图绘制过程中：首先，利用步骤S304中的格网划分获取位图对应的瓦片矩形的世界坐标，利用S301得到的PDF地图显示空间参考模块将瓦片矩形世界坐标变换为地理经纬度坐标；然后，利用步骤S2中的PDF地图文件查找模块，根据指定范围的地理经纬度坐标获取指定比例尺的墨卡托投影的PDF地图文件列表；最后，将PDF地图文件列表中的每个PDF地图文件的相应PDF页面内容绘制的位图上；

S403：实时将位图缓存拷贝到屏幕上。

5.如权利要求4所述的系列比例尺PDF地图无缝组织与显示方法，其特征在于，所述步骤S401中所述的基于地图显示比例尺分母K'，获取用于显示的PDF地图对应的比例尺分母K，具体操作如下：

当K'≤7500时，K＝5000；

当7500<K'≤1.8万时，K＝1万；

当1.8万<K'≤3.8万时，K＝2.5万；

当3.8万<K'≤8万时，K＝5万；

当8万<K'≤18万时，K＝10万；

当18万<K'≤38万时，K＝25万；

当38万<K'≤75万时，K＝50万；

当75万<K'时，K＝100万。

6.如权利要求4所述的系列比例尺PDF地图无缝组织与显示方法，其特征在于，所述步骤S402中所述的将PDF地图文件列表中的每个PDF地图文件的相应PDF页面内容绘制的位图上，具体操作如下：

(1)如果瓦片矩形位于单幅地图内，即由单个PDF地图文件绘制位图；

利用PDF地图文件，在PDF地图对象缓存中查找PDF地图对象：如果存在PDF地图对象，直接利用PDF地图对象进行绘制位图；如果不存在，则利用开源PDF解析库解析PDF地图文件为PDF地图对象，并存储到PDF地图对象缓存中，然后利用该PDF地图对象进行绘制；

利用PDF地图对象绘制位图具体过程为：利用PDF地图对象中PDF地图空间参考对象将瓦片矩形地理经纬度坐标变换为PDF用户坐标；利用PDF地图对象中PDF地图绘制对象将PDF页面内位于瓦片矩形PDF用户坐标范围内的地图绘制到位图中；

(2)如果瓦片矩形跨越相邻多幅地图，即由多个PDF地图文件共同绘制位图；具体操作如下：

①提取PDF地图文件列表中的第一个PDF地图文件；

②利用上述流程(1)所述的瓦片矩形位于单幅地图内中的方法，得到第一个PDF地图文件的PDF地图对象；

③利用PDF地图对象获取PDF地图内图廓矩形的PDF用户坐标；

④利用PDF地图对象中PDF地图空间参考对象将瓦片矩形地理经纬度坐标变换为PDF用户坐标；

⑤计算PDF地图内图廓矩形与瓦片矩形的相交矩形的PDF用户坐标；

⑥利用PDF地图对象中PDF地图绘制对象将PDF地图页面内位于相交矩形范围内的地图绘制到位图中相交矩形对应的矩形区域；

⑦提取PDF地图文件列表中的下一个PDF地图文件，重复②-⑥，直到PDF地图文件列表遍历完毕，即实现瓦片矩形跨越相邻多幅地图的位图的绘制。

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