CN110309166A - 一种可溯源的地理高程数据补齐方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可溯源的地理高程数据补齐方法，包括如下步骤：1、基于数据精度与数据范围建立平面地理栅格图，对原始数据进行栅格化分幅管理；2、根据平面地理栅格图，对数据进行预处理，自上而下进行数据唯一化补齐；3、建立数据的溯源信息，构建全要素的数据访问体系。本发明有效地实现了地理高程数据的补齐方法，有效的解决了地理数据缺失、数据内容不一致以及数据价值不能得到充分利用的问题。

Description

一种可溯源的地理高程数据补齐方法

技术领域

本发明涉及一种可溯源的地理高程数据补齐方法。

背景技术

在当前各种地理信息系统与仿真平台中，要想达到形象、真实的效果，必要要有一份完整有效的高程数据作为支撑。同时，对高程数据的使用逐渐出现容量大、时效高、并发多、延迟小、内存占用低、数据连续等要求。如何稳定、高效、连续的管理并使用这些地理高程数据，日益成为衡量系统的关键性技术，传统的分层控制方法日渐不能满足需求，特别是简单的求几何平均数的方法容易造成数据的失真，从而影响数据的实用性。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种可溯源的地理高程数据补齐方法，该方法基于统一的空间，通过将输入的通用高程数据进行栅格化处理，形成可快速访问的规格化数据文件，在此基础上遍历数据文件集，在发现数据数据精度不连续时，通过多维线性拟合方法自动实现数据的向上补齐，避免出现数据空洞，在补齐过程中记录相关编码信息，支撑数据溯源。该方法有效的解决了地理高程数据精度不一致时的空洞现象，确保了数据访问的连续性。

技术方案：本发明公开了一种可溯源的地理高程数据补齐方法，包括如下步骤：

步骤1，对输入的地理高程数据文件进行标准化处理；

步骤2，对标准化处理后的地理高程数据，补齐数据空洞；

步骤3，记录溯源信息。

步骤1包括：

步骤1-1，进行范围计算：遍历地理高程数据文件内的各个点阵，获取其经纬度，计算得到最大包围盒，最大包围盒内补充的区域高程值被设为非法值，非法值是指该值为人工补充的未知值，用于后续的数据查询处理；

步骤1-2，确定命名规则：根据精度Presion计算得到层号LayerID，根据经度Lng计算得到列号LngID，根据纬度Lat计算得到行号LatID，考虑到经纬度为浮点数，为加快检索，可以将经纬度规格化到一个整数值(在地理上经度线是贯穿南北极的线，维度是平行于赤道的线，根据这个背景可以用纬度来模拟行号，用经度来模拟列号)：

LayerID＝65/(180*pow(2,Prision/65))，

LngID＝((((int)fabs(-180.0-Lng))％360)+(fabs(Lng)-abs((int)Lng)))/65，

LatID＝((((int)fabs(-90.0-Lat))％180)+(fabs(Lat)-abs((int)Lat)))/65，

其中，pow表示括号内第一参数对应的第二个参数的幂次方，fabs表示浮点数的绝对值，abs表示整数值的绝对值，int表示四舍五入取整；记时间为T，则地理高程数据文件的唯一标识命名为：LayerID+LngID+LatID+T；

步骤1-3，生成标准化文件：

记标准化后的地理高程数据文件结构表达为GeoDemStruct：

GeoDemStructi＝{Lng，Lat，Precision，ID，IDorigin，MinAlt，MaxAlt}，

其中GeoDemStructi表示第i个地理高程数据文件，Lng表示第i个地理高程数据的起始经度，Lat表示第i个地理高程数据的起始纬度；Precision表示第i个地理高程数据的精度，用米表示；ID表示第i个地理高程数据的唯一标识，即目标的编码；IDorigin表示第i个地理高程数据的数据来源，MinAlt与MaxAlt分别表示第i个地理高程数据的最小高程数据值和最大高程数据值。

步骤2包括：

步骤2-1，根据经纬度与精度值查找标准化后的地理高程数据文件，如能找到对应的地理高程数据文件，则通过如下过程获取具体高程值：

记找到的地理高程数据文件为GeoDemX，定义LngDif为所述地理高程数据文件的经度范围，LatDif为所述地理高程数据文件的纬度范围；

定义可变参数dFlag，可变参数dFlag的值为采样间隔与数据精度的比值；

定义参数LatPixel＝LatDif*dFlag；

定义参数LngPixel＝LngDif*dFlag；

计LatMin为LatPixel的整数值，LngMin为LngPixel的整数值，

定义LatMax为LatPixel的向上取整值，定义LngMax为LngPixel向上取整值；

定义参数dDelta＝LngPixel–LatMin；如果dDelta大于1，则dDelta＝1，如果dDelete小于0，则dDelta＝0；

读取GeoDemX内的数据形成数组DemData[Count]，参数Count值为65*65；

定义参数wEle＝DemData[LngMin*65+LngMin]*(1–dDelta)+DemData[LatMax*65+LngMin]*dDelta；

参数eEle＝DemData[LatMin*65+LngMax]*(1–dDelta)+DemData[LatMax*65+LngMax]*dDelta；

则对应经纬度最终的高程数据值为wEle*(1–dDelta)+eEle*dDelta；

步骤2-2，如果不能找到对应的地理高程数据文件，则查找该地理空间范围内存在的最精细地理高程数据文件GeoDemy，并重复步骤2-1获取高程数据值。

步骤3包括：

步骤3-1，更新GeoDemX的数据来源，该值为提供此次访问的真实数据文件的文件名ID，对输入的地理高程数据按精度、范围进行划分，建立平面地理栅格图(因为一般的原始高程文件都比较大，不利于处理，业界都会根据需要对其进行标准化处理，但该标准与具体的应用模式相关)，并在平面地理栅格图内为所有数据建立唯一标识，生成标准化文件；

步骤3-2，从低精度(小比例尺)到高精度(大比例尺)遍历平面地理栅格图中的所有数据，并对数据进行唯一化识别，构建原则为，对同一位置、同一目标优先使用高精度数据，没有高精度数据时使用低精度数据，确保数据的完整性，该步骤中的核心环节是如何对数据进行采样；一般地，30米以上的为低精度高程数据，30米以下为高精度高程数据。

步骤3-3，对数据进行归一，经过该步骤后将形成一份内容完整、要素齐全、溯源关系明确的数据集合。

步骤3-3包括：

步骤3-3-1，初始层号i为0；

步骤3-3-2，根据经度计算得到列号ColID，根据纬度计算得到行号RowID：

ColID＝((((int)fabs(-180.0-Lng))％360)+(fabs(Lng)-abs((int)Lng)))/pow(0.5,i)；

RowID＝((((int)fabs(-90.0-Lat))％180)+(fabs(Lat)-abs((int)Lat)))/pow(0.5,i)，

生成符合命名规则的文件名FileID：

FileID＝(_int64)i*0x100000000+RowID*0x10000+ColID+T；

步骤3-3-3，查找FileID文件是否存在，如存在且不是非法值，则返回该FileID文件内的对应的高程值，并记录溯源信息为层号i，行号RowID，列号ColID，否则i+1，返回步骤3-3-1。

有益效果：与现有技术相比，本发明公开的可溯源的地理高程数据补齐方法的优点在于：1、通过对通用高程数据的标准化处理，形成了标准化的离散文件集合，该集合便于数据的灵活分析；2、解决了空间范围内数据精度不连续时产生的数据空洞问题；3、在数据处理过程中记录了核心操作信息，便于数据的追溯。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明的工作流程图；

图2是本发明的高程数据标准化处理示意图；

图3是本发明的数据补齐与溯源过程示意图；

图4是本发明的包围盒计算示意图；

图5是本发明的标准化文件内容示意图。

图6是本发明实施例对输入的一份非规则数据进行处理示意图。

图7是从10米精度数据中找到对应的数据示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，实现本发明的技术方案步骤如下：

步骤1、如图2所示，对通用地理高程数据进行标准化处理，生成具备格式化特征的离散地理数据文件，并能根据经纬度范围、数据精度等生成唯一标识ID，便于后续的追溯处理。

步骤1包括：

步骤1-1，进行范围计算：遍历地理高程数据内的各个点阵(如图6和图7的最左侧所示，其描述了经纬度范围内每一个采样点的高程数据值)，获取其经纬度，计算得到最大包围盒。如图4所示。经过该步骤后，最大包围盒内补充的区域高程值被设为非法值，非法值一般取一个极大值，如地球最高点不超过5万，最低点不低于5万米，则将最大的非法值置为5万，最小的非法值置为负5万，便于后续识别处理。

步骤1-2，确定命名规则：

要从海量的文件中快速命中符合条件的文件，需要一套较好的命名规则，该规则能体现数据的一些特征，如经纬度、精度、时间等。在此，本发明设计了一套即符合规范又能灵活运用的命名规则，其根据精度Presion计算得到层号LayerID，根据经度Lng计算得到列号LngID，根据纬度Lat计算得到LatID：

LayerID＝65/(180*pow(2,Prision/65))，

LngID＝((((int)fabs(-180.0-Lng))％360)+(fabs(Lng)-abs((int)Lng)))/65，

LatID＝((((int)fabs(-90.0-Lat))％180)+(fabs(Lat)-abs((int)Lat)))/65，

记时间为T，则地理高程数据文件的唯一标识命名为“LayerID+LngID+LatID+T”；

上述公式中的数值65可根据需要设置；

步骤1-3，填充数据生成标准化文件：

生成如图5所示的数据文件，内容以16进制表示，之所以用16进制表示，是为了更好的保证数据的浮点精度；

记标准化后的地理高程数据文件结构表达为GeoDemStruct：

GeoDemStructi＝{Lng，Lat，Precision，ID，IDorigin，MinAlt，MaxAlt}

其中GeoDemStructi表示第i个数据文件，Lng表示该数据的起始经度，Lat表示该数据的起始纬度。Precision表示该数据的精度，通常用米表示。ID号表示目标的编码，该编码能描述数据的位置、大小等信息。IDorigin表示该文件的数据来源，通常与ID相等，如不相等，则说明该文件内的数据是通过其他文件计算得出，改值用于数据追溯用。MinAlt与MaxAlt分别表示该份数据的最小和最大高程数据值，这两个值有助于对文件的快速校验。

步骤2、遍历地理高程数据文件列表，检测不同精度层之间是否存在空洞，在此检索过程中要利用到前文所述的文件名生成方法，即根据精度、经纬度等生成唯一ID，如有空洞则进行补齐，具体步骤如下：

首先，根据经纬度与精度值查找文件，如能找到对应的文件，则调用如下过程获取具体高程值：

(1)、记找到的文件为GeoDemX，定义LngDif为该文件的经度范围，LatDif为该文件的纬度范围。

(2)、定义可变参数dFlag，该参数一般与实际应用有关，本发明推荐该值为采样间隔与数据精度的比值。

(3)、定义参数LatPixel＝LatDif*dFlag；定义参数LngPixel＝LngDif*dFlag，计LatMin为LatPixel的整数值，定义LngMin为LngPixel的整数值，定义LatMax为LatPixel的向上取整值，定义LngMax为LngPixel向上取整值；

(4)、定义参数dDelta＝LngPixel–LatMin；如果dDelta大于1，则dDelta＝1，如果dDelete小于0，则dDelta＝0；

(5)、读取GeoDemX内的数据形成数组DemData[Count]，Count值与实际应用相关，本发明推荐为65*65；

定义wEle＝DemData[LngMin*65+LngMin]*(1–dDelta)+DemData[LatMax*65+LngMin]*dDelta；

eEle＝DemData[LatMin*65+LngMax]*(1–dDelta)+DemData[LatMax*65+LngMax]*dDelta；

则最终的结果值为wEle*(1–dDelta)+eEle*dDelta；

其次，如不能找到对应的文件，则查找该范围内存在的最精细高程数据文件GeoDemy，最精细即指的是图3中可找到的最底层，重复以上步骤获取高程数据值。通过这两个步骤可有效解决数据空洞问题。

步骤3、更新GeoDemX的IDorigin，该值为提供此次访问的真实数据文件的ID。该ID由前文所述的计算方法得到，即根据精度、经纬度等计算而来。

在实际的数据采集与处理过程中，很难具备各级精度都完整的数据，如高程数据一般可分为90米精度、30米精度、10米精度等，但往往会存在某一精度数据不存在的情况，也就是数据空洞。对于指定的经纬度，获取的高程数据有可能是由这多个精度的数据融合而来的，为了准确掌握具体的数据采信过程，也就是溯源，需要记录详细的溯源信息，如图3所示。

实施例

本实施例包括如下步骤：

步骤一：对于输入的一份非规则数据进行处理，如图6所示；

步骤二：访问051090对应的90米精度数据，由于该网格为非法值，而30米精度的数据是空洞，则找10米精度对应的高程数据。

步骤三：从10米精度数据中找到050110对应的数据，如图7所示。

本发明提供了一种可溯源的地理高程数据补齐方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种可溯源的地理高程数据补齐方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对输入的地理高程数据文件进行标准化处理；

步骤2，对标准化处理后的地理高程数据，补齐数据空洞；

步骤3，记录溯源信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括：

步骤1-1，进行范围计算：遍历地理高程数据文件内的各个点阵，获取其经纬度，计算得到最大包围盒，最大包围盒内补充的区域高程值被设为非法值；

步骤1-2，确定命名规则：根据精度Presion计算得到层号LayerID，根据经度Lng计算得到列号LngID，根据纬度Lat计算得到行号LatID：

LayerID＝65/(180*pow(2,Prision/65))，

LngID＝((((int)fabs(-180.0-Lng))％360)+(fabs(Lng)-abs((int)Lng)))/65，

LatID＝((((int)fabs(-90.0-Lat))％180)+(fabs(Lat)-abs((int)Lat)))/65，

其中，pow表示括号内第一参数对应的第二个参数的幂次方，fabs表示浮点数的绝对值，abs表示整数值的绝对值，int表示四舍五入取整；记时间为T，则地理高程数据文件的唯一标识命名为：LayerID+LngID+LatID+T；

步骤1-3，生成标准化文件：

记标准化后的地理高程数据文件结构表达为GeoDemStruct：

GeoDemStructi＝{Lng，Lat，Precision，ID，IDorigin，MinAlt，MaxAlt}，

其中GeoDemStructi表示第i个地理高程数据文件，Lng表示第i个地理高程数据的起始经度，Lat表示第i个地理高程数据的起始纬度；Precision表示第i个地理高程数据的精度，用米表示；ID表示第i个地理高程数据的唯一标识，即目标的编码；IDorigin表示第i个地理高程数据的数据来源，MinAlt与MaxAlt分别表示第i个地理高程数据的最小高程数据值和最大高程数据值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2包括：

步骤2-1，根据经纬度与精度值查找标准化后的地理高程数据文件，如能找到对应的地理高程数据文件，则通过如下过程获取具体高程值：

记找到的地理高程数据文件为GeoDemX，定义LngDif为所述地理高程数据文件的经度范围，LatDif为所述地理高程数据文件的纬度范围；

定义可变参数dFlag，可变参数dFlag的值为采样间隔与数据精度的比值；

定义参数LatPixel＝LatDif*dFlag；

定义参数LngPixel＝LngDif*dFlag；

计LatMin为LatPixel的整数值，LngMin为LngPixel的整数值，

定义LatMax为LatPixel的向上取整值，定义LngMax为LngPixel向上取整值；

定义参数dDelta＝LngPixel–LatMin；如果dDelta大于1，则dDelta＝1，如果dDelete小于0，则dDelta＝0；

读取GeoDemX内的数据形成数组DemData[Count]，参数Count值为65*65；

定义参数wEle＝DemData[LngMin*65+LngMin]*(1–dDelta)+DemData[LatMax*65+LngMin]*dDelta；

参数eEle＝DemData[LatMin*65+LngMax]*(1–dDelta)+DemData[LatMax*65+LngMax]*dDelta；

则对应经纬度最终的高程数据值为wEle*(1–dDelta)+eEle*dDelta；

步骤2-2，如果不能找到对应的地理高程数据文件，则查找该地理空间范围内存在的最精细地理高程数据文件GeoDemy，并重复步骤2-1获取高程数据值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3包括：

步骤3-1，更新GeoDemX的数据来源，该值为提供此次访问的真实数据文件的文件名ID，对输入的地理高程数据按精度、范围进行划分，建立平面地理栅格图，并在平面地理栅格图内为所有数据建立唯一标识，生成标准化文件；

步骤3-2，从低精度到高精度遍历平面地理栅格图中的所有数据，并对数据进行唯一化识别，对同一位置、同一目标优先使用高精度数据，没有高精度数据时使用低精度数据；

步骤3-3，对数据进行归一。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤3-3包括：

步骤3-3-1，初始层号i为0；

步骤3-3-2，根据经度计算得到列号ColID，根据纬度计算得到行号RowID：

ColID＝((((int)fabs(-180.0-Lng))％360)+(fabs(Lng)-abs((int)Lng)))/pow(0.5,i)；

RowID＝((((int)fabs(-90.0-Lat))％180)+(fabs(Lat)-abs((int)Lat)))/pow(0.5,i)，

生成符合命名规则的文件名FileID：

FileID＝(_int64)i*0x100000000+RowID*0x10000+ColID+T；

步骤3-3-3，查找FileID文件是否存在，如存在且不是非法值，则返回该FileID文件内的对应的高程值，并记录溯源信息为层号i，行号RowID，列号ColID，否则i+1，返回步骤3-3-1。