CN109903222B

CN109903222B - 图幅间面目标的拼接方法

Info

Publication number: CN109903222B
Application number: CN201811647538.6A
Authority: CN
Inventors: 张永亮; 赵静; 方柏花
Original assignee: CETC 15 Research Institute
Current assignee: CETC 15 Research Institute
Priority date: 2018-12-30
Filing date: 2018-12-30
Publication date: 2023-05-26
Anticipated expiration: 2038-12-30
Also published as: CN109903222A

Abstract

本发明公开了一种图幅间面目标的拼接方法。使用本发明能够实现逻辑无缝、物理无缝的图幅面拼接，保障了空间数据在使用上的连贯性。本发明首先进行断链操作，然后对断开的链利用回路法进行拼接以及拼接的后续处理，最后给出一种快速的重构岛关系的方法。图幅间面目标拼接的研究成功，将为地图的连续可视化，空间分析的完整性与正确性，以及地理目标的形态计算奠定基础。

Description

图幅间面目标的拼接方法

技术领域

本发明涉及军事地理信息系统技术领域，尤其是分幅数据目标的连续显示、注记位置的合理选择与地理目标整体的分析查询，具体涉及一种图幅间面目标的拼接方法。

背景技术

地理数据在测量过程中是按照一定的经纬跨度分幅测量的，物理完整的面目标在切割边界会产生缝隙，被硬性割裂的图幅不利于查询分析和应用，无法在更高的层面上进行决策。总的来说，基于分幅的地图存在着以下两点弊端：

①分幅存储的地图难以表现连续的空间地理信息，无法适应地理信息的完整性需求；

②分幅的相邻图幅之间存在信息冗余和逻辑，物理裂缝，浪费资源空间。

因此，要认识、研究完整的地理空间，必须将地理信息系统的空间数据基础连续化，这既是地理信息系统的发展必然趋势，也是数字地球的一个重要组成部分。实现图幅无缝拼接能将现实世界中局部连续的地理空间在计算机介质中映射为连续的整体。生成逻辑无缝、物理无缝的地图数据，保障了空间数据在使用上的连贯性，对于地图空间连续可视化，空间分析的正确性，以及空间的形态计算等具有重要意义。目前研究的图幅拼接中点、线的拼接已经很成熟，但对于面目标的拼接还存在很多弊端：目前主要还是沿用线目标的拼接方法，由于线目标拼接只需要考虑当前点的拼接情况，而面目标的拼接要考虑到整体的情况，这样会导致复杂的面目标拼接失败或者拼接错误；对于面目标如何打断成待拼接线的方法也没有提出完整的方法步骤；拼接后新生成的面目标如何快速地重构拓扑关系没有具体的方法或是没有考虑；图幅间面目标可以进行拼接的条件没有进行深入的总结，只是从几何特性上进行拼接。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种图幅间面目标的拼接方法，能够实现逻辑无缝、物理无缝的图幅面拼接，保障了空间数据在使用上的连贯性。

本发明的图幅间面目标的拼接方法，包括如下步骤：

步骤1，分别对待拼接的两图幅中所有的面目标进行断链处理：

步骤1.1，以最远离图幅分幅线的点作为面目标点串的起始点，按照点串的存储顺序依次遍历点串上所有的点，依次记录进、出分幅线的点所对应的点串序号的序号对；其中，当前一个点不在分幅线上但当前点在分幅线上时，记当前点为进分幅线的点，当当前点在分幅线上但其下一个点不在分幅线上时，记当前点为出分幅线的点；

步骤1.2，依次遍历序号对集合，以当前序号对中的第二个点序号到下一序号对中的第一个点序号作为一条链，最后一个序号对的第二个点序号到第一个序号对的第一点序号作为一条链；

步骤2，对步骤1获得的待拼接的两图幅中的链集合进行拼接：

以任意一图幅中的任一条链出发，在另一图幅的链集合中寻找端点相匹配的链进行连接，并更新该链端点；经过两个图幅交叉寻找相匹配的链连接，直到得到一条链的两个端点相等，此时得到一个拼接面，存储并添加属性信息；直到所有链都没遍历或构成拼接面的一部分为止。

进一步的，所述步骤2中，具体拼接方法如下：

步骤1、判断在拼接过程中第一组链与第二组链的使用情况，如果第一组链存在没有被遍历或使用过的并且第二组链存在没有被遍历或使用过的，转到步骤2，反之转到步骤8；

步骤2、设置循环控制变量U＝1，找到第一组链中第一条没有被使用过和未被遍历过的链并记录该链的起点Pstart和Pend，标记HX＝2；如果第一组链存在没有被使用过的或第二组链存在没有被使用过的，并且Pstart不等于Pend和U等于1，转到步骤3，否则转到步骤7；

步骤3、设置找到合理链的标记变量m＝-1，如果HX等于1，在第一组中找合理的链，转到步骤4，如果HX等于2,在第二组中找合理的链，转到步骤5；

步骤4、在第一组中寻找一条未被使用，唯一标识与当前链相同且首点或尾点与当前链的尾点可以拟合的链；如果找到这样的链，设置HX＝2，表示下一次在第二组中寻找相拟合的链，更新当前链的所有属性信息以及点串和pend，设置m＝1表示找到相拟合连接的链；转到步骤6；

步骤5、在第二组中寻找一条未被使用，唯一标识与当前链相同且首点或尾点与当前链的，尾点可以拟合的链；如果找到这样的链，设置HX＝1，表示下一次在第一组中寻找相拟合的链，更新当前链的所有属性信息以及点串和Pend，设置m＝1表示找到相拟合连接的链；转到步骤6；

步骤6、如果m等于-1，表示没有找到相拟合连接的链，设置循环控制变量U＝-1，转到步骤2；

步骤7、如果Pstart等于Pend，说明找到一条回路，存储拼接成的面目标并且为该面目标赋予属性信息；标记所有为拼接成面目标使用过的链为使用过；转到步骤1；

步骤8、拼接结束，输出拼接后的结果。

进一步的，还包括步骤3，

步骤3，岛拓扑关系的快速重构：

步骤3.1、求出步骤2拼接得到的图幅中所有面目标的外接矩形；

步骤3.2、按照外接矩形的面积大小为面目标进行由小到大的排序；

步骤3.3、遍历所有面目标，如果面目标i的外接矩形在其后面的面目标j的外接矩形的内部，则将面目标i的id存入到面目标j的邻接表内；

步骤3.4、针对每个面目标，遍历该面目标邻接表中的面目标，判断他们之间的岛关系。

进一步的，所述步骤3.4中，通过改进的点在多边形内的判断方法判断岛关系：

采用射线法判断点是否在多边形内；其中，在计算多边形边与射线的交点时，把多边形边的两个端点中高端点去掉；如果多边形边的两端点y坐标相等，则该边不作求交计算；若点在多边形边上，则直接判断点不在多边形内。

进一步的，还包括步骤4：针对符合拼接要求，但由于实际测量时的误差过大不在容差范围内或测量数据缺失所造成的拼接未成功的链，采用强制拼接的方式对其进行拼接。

有益效果：

本发明首先进行断链操作，然后对断开的链利用回路法进行拼接以及拼接的后续处理，最后给出一种快速的重构岛关系的方法。

图幅间面目标拼接的研究成功，将为地图的连续可视化，空间分析的完整性与正确性，以及地理目标的形态计算奠定基础。

附图说明

图1为待拼接面目标调整顺序；

图2为待拼接面目标的落在分幅线点串的首尾节点；

图3为拟合点的判定；

图4为链拼接过程；

图5为图幅拼接顺序；

图6为拼接失败的三种情况；(a)唯一标识的差异；(b)数据的缺失；(c)原始数据误差在容差之外；

图7为射线与多边形相交的几种情况；

图8为拼接失败需后续处理的几种情况；

图9为1:400万的全国境界与政区的分幅数据的拼接效果；(a)整体效果；(b)局部放大效果；

图10为甘肃省的分幅数据显示效果；

图11为拼接后的甘肃省的数据显示效果。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种图幅间面目标的拼接方法，描述如下：

(1)图幅间目标拼接条件。为保证图幅间拼接后的数据具有原图幅一样的数据质量与准确性，图幅的拼接条件总结如下：

①比例尺相同；

②坐标系统一；

③几何数据精度要满足一定的要求；

④目标的属性数据必须正确和完善；

⑤组成同一物理实体的地理目标要有区别于其它地理目标的唯一标识。

(2)两幅图面目标的断链过程。首先，判断图幅中需要拼接的面目标并为需要拼接的面目标的点串重新调整顺序。(此时表明此面目标有边落在分幅线上，是需要待拼接的面目标)。记录第一个进入分幅线点的位置，为面目标的点串调整位置使第一个进入分幅线点做为点串的起始点，具体操作过程如图1所示。以上工作总的来说有两个意义：

①判断出了待拼接的图幅中哪些面目标需要进行拼接；

②为待拼接图幅中需要拼接的面目标调整顺序，为断链操作做好预处理。

设计数据结构来存每个面目标储落在分幅线上的点串的首尾节点ID。

用vector〈Boundarystartandendid〉Bstartandendids来存储某一待拼接面目标中落在分幅线上的若干点串的首尾结点。

循环遍历面目标点串，依次记录进、出分幅线的点所对应的点串序号的序号单元；其中，当前一个点不在分幅线上但当前点在分幅线上时，记当前点为进分幅线的点，当当前点在分幅线上但其下一个点不在分幅线上时，记当前点为出分幅线的点。

如图2所示，在Bstartandendids中的顺序为：

	start	end
			1	a4	a1
2	a2	a3

下面就可以存储待拼接面目标中的待拼接链。如图2所示，a1到a2为一条链，a3到a4为一条链。也就是说顺序遍历Bstartandendids的单元，当前单元的end到下一个单元的start为该面目标的一条链，最后一个单元的end到第一个单元的start为一条链。这样就完成了断链操作。注意在存储链的过程中一定要将该链来自哪一个面目标以及来自面目标的所有属性信息一起存储，这样才能保证与对应图幅中链相拼接时保证唯一标识的进行拼接，拼接后的新面目标要有原来面目标的所有属性信息，即实现逻辑拼接。此外还要对未拼接成功的链返回其所来的面，保证不要由于拼接的失败导致数据丢失。(这里拼接失败主要是由于数据精度达不到要求，唯一标识的不统一，数据录入时的丢失等原因所造成)

(3)拟合点的判定。无论在线拼接还是在面拼接的过程中，在拟合点判定的过程中往往会遇到一个点可多个点的距离都在容差范围之内，这样就难以判断与哪一个点进行拟合，为减少拼接的失败请况，我们会判定与该点最近的点且在容差范围之内的点为该点的拟合点，如图3所示。

(4)利用回路法进行链拼接主要过程。

首先将两图幅中所有面目标的链分别放入集合1和集合2中，经过断链操作后得到：

集合1中的链	1	2	3
				集合2中的链	A	B	C

下面从任意一组的任一条链出发，经过两组的交叉寻找拟合点连接链，直到得到一条链首尾节点相等，此时得到一个拼接面，存储并添加属性信息直到所有链都没遍历或构成拼接面的一部分为止。图4所示，从第二组的链A出发，经过拟合连接，A→2→B→3→C→1构成一个首尾结点相等的链，即构成一条回路，拼接成一个面。

具体操作如下：

步骤1、判断在拼接过程中第一组链与第二组链的使用情况，如果第一组链存在没有被遍历或使用过的并且第二组链存在没有被遍历或使用过的，转到步骤2，反之转到步骤8。

步骤2、设置循环控制变量U＝1，找到第一组链中第一条没有被使用过和未被遍历过的链并记录该链的起点Pstart和Pend，标记HX＝2；如果第一组链存在没有被使用过的或第二组链存在没有被使用过的，并且Pstart不等于Pend和U等于1，转到步骤3，否则转到步骤7。

步骤3、设置找到合理链的标记变量m＝-1，如果HX等于1，在第一组中找合理的链，转到步骤4，如果HX等于2,在第二组中找合理的链，转到步骤5。

步骤4、在第一组中寻找一条未被使用，唯一标识与当前链相同且首点或尾点与当前链的尾点可以拟合的链。如果找到这样的链，设置HX＝2，表示下一次在第二组中寻找相拟合的链，更新当前链的所有属性信息以及点串和pend，设置m＝1表示找到相拟合连接的链。转到步骤6。

步骤5、在第二组中寻找一条未被使用，唯一标识与当前链相同且首点或尾点与当前链的，尾点可以拟合的链。如果找到这样的链，设置HX＝1，表示下一次在第一组中寻找相拟合的链，更新当前链的所有属性信息以及点串和Pend，设置m＝1表示找到相拟合连接的链。转到步骤6。

步骤6、如果m等于-1，表示没有找到相拟合连接的链，设置循环控制变量U＝-1，转到步骤2。

步骤7、如果Pstart等于Pend，说明找到一条回路，存储拼接成的面目标并且为该面目标赋予属性信息；标记所有为拼接成面目标使用过的链为使用过；转到步骤1。

步骤8、拼接结束，输出拼接后的结果。

输出拼接后的结果时，要返回未被使用过的链的所在面目标，此时要注意若有若干条来自同一个面目标的链只可以返回一次所在面目标(这些面目标即为拼接失败的面目标)。

(5)图幅拼接的顺序

在图幅拼接过程中，我们采用先横后纵的方式来完成整幅图的拼接，如图5所示。

(6)图幅间面目标拼接失败的情况

在面目标拼接时会出现拼接失败的情况，此时需要进行手工修改属性或数据。

如下图6拼接失败的几种情况。

(7)岛拓扑关系的重构

对于拼接后的图幅其拓扑关系需重构点线的拓扑关系基本上可以通过复制便可完成，面的拓扑关系尤其是岛的关系则需要重新计算，由于图幅中面目标数据量大，如果逐一判断择其效率将会非常低，我们采用一种新的方法来加速其效率，具体过程如下：

1)求出图幅中所有面目标的外接矩形

2)按照外接矩形的面积大小为面目标排序，排序时按由小到大，由于只有面积大小的面目标可能是面积大的面目标的岛，这样排序后，前面的面目标只可能是后面的面目标的岛。

3)遍历所有面目标，如果目标i的外接矩形在其后面的面的外接矩形的内部，则将其id存入到这个排在其后面的面目标的邻接表内，也就是每一个面目标的岛只可能存在于其邻接表内的面目标中。

4)遍历每个面目标，近而遍历每个面目标邻接表中的面，判断他们之间的岛关系。

5)为面目标设置关系，存入某一面目标是哪一个面目标的岛，以及该面目标所包含的岛的面目标。

(8)点在多边形内的判断算法改进(高端点去除法)

岛拓扑关系的重构需要大量判断点是否落在某多边形内的计算。在判断点是否落在某多边形内，射线法是最常用的方法：从所判断的店向左引水平射线，计算射线与多边形的边界相交的次数，若次数为奇数，则点在多边形内部，若次数为偶数，则点在多边形外部。

这种算法的原理虽然简单，但在现实时却需要考虑一些特殊情况：当计算交点时，如果交点恰好是多边形的某个顶点，必须小心处理。如果这两条边的其余两端点在射线同侧，则认为相交两次，反之，异侧则相交一次。如图7(b)所示。还有一种情况，当射线与多边形重合时，判断更为复杂，因为此时设计三条边，如图7(c)所示。由此可见这种方法要处理的特殊情况多，效率多，使判断十分复杂和繁琐。采用“高端点去除法”在相当程度上提高了通过性和效率。

高端点去除法的核心思想是：对参与判断的多边形上的每条边，在计算交点时，都把边上两个端点中高端点去掉，即将两端点中y坐标较大的端点不参与交点计数，实践证明，交点的计算仍是正确的。如果多边形的某条边的两端点y坐标相等，则对该边不作任何处理，记录相交次数的计数器值不变。另外，当发现点恰好落在多边形边界上时，都不需要再计算，直接返回点在多边形上或点不在多边形内的结果即可。

(9)拼接后续处理

符合拼接要求但拼接未成功的链是由于实际测量时的误差过大不在容差范围内或测量数据缺失所造成。在符合拼接的属性要求下，对于这些链，本发明进行强制拼接的方式来加大面目标拼接的成功比例，这些链的位置关系可分为图8所示几种。

选取1:400万的全国境界与政区的分幅数据进行断链回路法拼接，图9、10、11为将分幅数据进行拼接后的效果，从图中可以看到，原本属于同一类但几何上分离的面目标数据经过拼接后得到了几何上完整的面目标，便于分析、显示和查询。在整体拼接1:400万的全国境界与政区的分幅数据时总耗时为1.8秒，这在数据处理要求中是完全可以接受的。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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

1.一种图幅间面目标的拼接方法，其特征在于，包括如下步骤：

以任意一图幅中的任一条链出发，在另一图幅的链集合中寻找端点相匹配的链进行连接，并更新该链端点；经过两个图幅交叉寻找相匹配的链连接，直到得到一条链的两个端点相等，此时得到一个拼接面，存储并添加属性信息；直到所有链都没遍历或构成拼接面的一部分为止；

所述步骤2中，具体拼接方法如下：

步骤2.1、判断在拼接过程中第一组链与第二组链的使用情况，如果第一组链存在没有被遍历或使用过的并且第二组链存在没有被遍历或使用过的，转到步骤2，反之转到步骤8；

步骤2.2、设置循环控制变量U＝1，找到第一组链中第一条没有被使用过和未被遍历过的链并记录该链的起点Pstart和Pend，标记HX＝2；如果第一组链存在没有被使用过的或第二组链存在没有被使用过的，并且Pstart不等于Pend和U等于1，转到步骤3，否则转到步骤7；

步骤2.3、设置找到合理链的标记变量m＝-1，如果HX等于1，在第一组中找合理的链，转到步骤4，如果HX等于2,在第二组中找合理的链，转到步骤5；

步骤2.4、在第一组中寻找一条未被使用，唯一标识与当前链相同且首点或尾点与当前链的尾点可以拟合的链；如果找到这样的链，设置HX＝2，表示下一次在第二组中寻找相拟合的链，更新当前链的所有属性信息以及点串和Pend，设置m＝1表示找到相拟合连接的链；否则转到步骤6；

步骤2.5、在第二组中寻找一条未被使用，唯一标识与当前链相同且首点或尾点与当前链的，尾点可以拟合的链；如果找到这样的链，设置HX＝1，表示下一次在第一组中寻找相拟合的链，更新当前链的所有属性信息以及点串和Pend，设置m＝1表示找到相拟合连接的链；否则转到步骤6；

步骤2.6、如果m等于-1，表示没有找到相拟合连接的链，设置循环控制变量U＝-1，转到步骤2；

步骤2.7、如果Pstart等于Pend，说明找到一条回路，存储拼接成的面目标并且为该面目标赋予属性信息；标记所有为拼接成面目标使用过的链为使用过；转到步骤1；

步骤2.8、拼接结束，输出拼接后的结果。

2.如权利要求1所述的图幅间面目标的拼接方法，其特征在于，还包括步骤3，

步骤3，岛拓扑关系的快速重构：

步骤3.4、针对每个面目标，遍历该面目标邻接表中的面目标，判断它们之间的岛关系。

3.如权利要求2所述的图幅间面目标的拼接方法，其特征在于，所述步骤3.4中，通过改进的点在多边形内的判断方法判断岛关系：

4.如权利要求1所述的图幅间面目标的拼接方法，其特征在于，还包括步骤3：针对符合拼接要求，但由于实际测量时的误差过大不在容差范围内或测量数据缺失所造成的拼接未成功的链，采用强制拼接的方式对其进行拼接。