CN110516015A - 基于地图图形数据和dlg制作地理pdf地图的方法 - Google Patents

基于地图图形数据和dlg制作地理pdf地图的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于地图图形数据和DLG制作地理PDF地图的方法。现有的地理PDF地图制作方法主要基于地理空间数据来源，经若干制图处理步骤完成，专业性强，效率不高；对于使用地图图形数据和DLG制作地理PDF地图，现有软件工具难以直接把地图图形数据和DLG的空间参考进行统一。本发明的方法构建平面坐标系统，利用在地图内图廓左下与右上两个角点作为控制点，将地图图形层的坐标和DLG地理要素的坐标统一到一个平面坐标系中，输出得到地理PDF地图。该方法显著提升了基于单一DLG数据源制作地理PDF地图的效率。

Description

基于地图图形数据和DLG制作地理PDF地图的方法
技术领域
本发明涉及地理PDF地图制图技术领域，具体涉及一种基于地图图形数据和DLG制作地理PDF地图的方法。
背景技术
地理PDF地图是一种介于传统电子地图和纸质地图的新型地图产品。它既具备纸质地图图面效果稳定可靠的特点，又具备传统电子地图缩放自由，可查询分析的特点，而且它能独立于GIS系统，同时面向专业和非专业用户都能够应用。
美国的Layton Graphics公司开发出TerroGo Technologies制作的GeoPDF是目前地理PDF地图主要商业化案例。其地图制作模式分为矢量数据制作GeoPDF地图、影像数据制作GeoPDF地图、扫描地图制作GeoPDF地图等。胡浩杰在其硕士论文中提出的矢量地理PDF地图制图流程和栅格地理DPF地图制图流程都是面向矢量数据或者影像/栅格数据，通过对象化写入符号化或栅格化输出，并附以注释、书签或者超链接的模式制作地理PDF地图(胡浩杰地理PDF地图制图关键技术研究[D]，信息工程大学硕士论文，2011，郑州)。上述地理PDF地图主要基于专业制图模式，制图处理过程工作量大，专业性很强，因而制作效率不高。
传统地图制图生产领域将地理信息生产和地图生产视为两个阶段而生产出了两类产品，地理信息产品(以DLG为主要形式之一)虽具备完整地理空间特性，但不能直接作为电子地图或者输出纸质地图；地图产品以图形数据形式存在时，它已不具备地理空间特性，但包含了全部地图可视化成果，可直接用作电子地图或出版印刷。因而，考虑将传统制图领域两类成果(地图图形数据和DLG数据)融合制作地理PDF地图，将显著简化基于单一地理数据源制作地理PDF地图的工序和流程，显著提升效率。目前已有的软件工具例如AdobeAcrobat DC Pro，它支持地理配准PDF地图或者扫描地理空间数据，前提是要么是配准的两层数据文件内嵌相同的空间参考，要么是使用输入方式手动定位的概略配准，对不具有空间参考的地图图形数据和具有空间参考的DLG进行精确的配准困难；另一方面，地图图形数据在生产过程中可能进行了平移、旋转和缩放等变换。
因此，基于现有方法和工具难以直接支持地图图形数据和DLG融合制作地理PDF地图。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于地图图形数据和DLG制作地理PDF 地图的方法，利用地图图形数据(非地理数据)和DLG(地理数据) 两类数据源，通过建立统一的空间坐标系统，实现一系列坐标变换方法，将地理目标及其符号统一到一个平面坐标系中，经自动处理与输出，直接生成地理PDF地图成果，解决了仅利用DLG等地理数据直接制作地理PDF地图专业性强、效率不高的问题。
本发明所采用的技术方案为：
基于地图图形数据和DLG制作地理PDF地图的方法，其特征在于：
包括以下步骤：
构建平面坐标系统，利用在地图内图廓左下与右上两个角点作为控制点，将地图图形层的坐标和DLG地理要素的坐标统一到一个平面坐标系中，输出得到地理PDF地图。
具体包括以下步骤：
第一步，分别利用地图图形数据访问引擎和矢量数据访问引擎分别读取对应的地图图形数据和DLG数据，将两个数据源作为两个图层，地图图形层位于DLG数据的上层；
第二步，基于矢量数据访问引擎选取具有实体意义的地理要素；
第三步，建立地理PDF地图平面坐标系统模型，实现该模型内部一系列坐标变换算法；
第四步，选取两个控制点，用于将地图图形数据和DLG数据坐标统一到一个平面坐标系中；
第五步，利用地理PDF地图输出引擎，按照PDF规范，分别将 DLG中地理目标属性信息、DLG中地理目标的虚拟表示线划、地图图形数据的图形、地理空间参考信息写入地理PDF地图文件，并将数据进行另存压缩。
第二步中，对地理要素进行属性和坐标的过滤提取，其中坐标提取进行重叠点删除和坐标抽稀操作，属性提取进行无效值删除和无表现作用属性删除。
第三步中，建立由六元组坐标系及它们相互转换关系组成的地理PDF地图平面坐标系统，包括DLG数据源坐标系、地理坐标系、投影坐标系、等比例尺纸图坐标系、PDF页面坐标系和输出设备坐标系。
第三步中：
DLG数据源坐标系为存储于DLG数据文件中的坐标系；
地理坐标系为原点为国际通用的0度经线和0度纬线，坐标单位为弧度的坐标系；
投影坐标系由地图投影类型及该投影相关参数初始化确定；
等比例尺纸图坐标系为将投影坐标系中地图依比例尺缩小并平移到适当位置的坐标系；
PDF页面坐标系为PDF规范定义的一个设备无关坐标系；
输出设备坐标系为用户制定输出设备平面，坐标原点由用户指定的坐标系。
第四步中，通过人工选取或者计算机识别的方法找到地图的内图廓左下角和右上角两个点，获取其输出设备坐标系的坐标，得到其 DLG数据源坐标系、地理坐标系、投影坐标系、等比例尺纸图坐标系和PDF页面坐标系的坐标。
本发明具有以下优点：
(1)该方法工序简单效率高，对地理PDF地图制作用户专业领域技能要求低；
(2)该方法直接利用已有的地图图形成果和DLG中地理要素信息合成地理PDF地图数据，解决了直接用DLG数据经过符号化和制图生产输出地理PDF地图的流程复杂、制图编辑工作量巨大的问题。
附图说明
图1为坐标转换关系 示意图。
图2为坐标转换关系示意图。
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。
本发明涉及一种基于地图图形数据和DLG制作地理PDF地图的方法，地图图形数据为非地理数据，DLG为地理数据，本发明利用地图图形数据和DLG两类数据源，通过建立统一的平面坐标系统，实现一系列坐标变换方法，采集地图图形数据中和DLG数据中相对应的控制点对，解算平面坐标系统参数，使地理目标及其符号统一到一个平面坐标系中，而后经过PDF引擎输出，直接生成地理PDF地图成果。
本发明通过以下技术方案得以实现：
第一步，分别利用地图图形数据访问引擎和矢量数据访问引擎分别读取对应的地图图形数据和DLG数据，将两个数据源作为两个图层，地图图形层位于DLG数据的上层。
第二步，基于矢量数据访问引擎选取具有实体意义的地理要素。其中坐标提取需要进行重叠点删除和坐标抽稀操作；属性提取需要进行无效值删除和无表现作用属性删除。
第三步，建立地理PDF地图平面坐标系统模型，实现该模型内部一系列坐标变换算法。
第四步，选取两个控制点，用于将地图图形数据和DLG数据坐标统一到一个平面坐标系中。
第五步，利用地理PDF地图输出引擎，按照PDF规范，分别将 DLG中地理目标属性信息、DLG中地理目标的虚拟表示线划(目标坐标位置)、地图图形数据的图形、地理空间参考(平面坐标系统) 信息写入地理PDF地图文件，并将数据进行另存压缩。
以下对上述方案进行示例性的说明：
本发明基于地图图形数据和DLG制作地理PDF地图方法具体实施如下：
1.读取地图图形数据和DLG数据，将DLG数据作为L1层，将地图图形数据作为L2层。
2.提取图层L1中具有实体意义的地理要素，对这些地理要素进行属性和坐标进行过滤提取，属性过滤主要采用无效字段删除和无效值删除的方法，坐标值过滤主要采取重叠点删除和拉格朗日抽稀等算法。
3.建立由六元组坐标系(六个平面坐标系)及它们相互转换关系组成的地理PDF地图平面坐标系统。
3.1六个平面坐标系定义
(1)DLG数据源坐标系(Data Source Coordinate System,Dcs)：定义为存储于DLG数据文件中的坐标系，其原点和长度单位由数据生产者提供的元数据规定。
(2)地理坐标系(Geometric Coordinate System,Gcs)：定义为原点为国际通用的0度经线(格林尼治0度)和0度纬线(赤道0度)，坐标单位为弧度。Gcs由大地坐标系类型和参考椭球参数初始化确定。
(3)投影坐标系(Projection Coordinate System,Pcs)：与设备无关，坐标原点由不同的地图投影类型约定，例如位于赤道上的圆柱或者圆锥投影面，坐标单位为米。Pcs由地图投影类型及该投影相关参数初始化确定。
(4)等比例尺纸图坐标系(Equal Scale Map Coordinate System, Ecs)：将Pcs中地图依比例尺缩小并平移到适当位置的坐标系，与设备无关，单位为米。Ecs由地图比例尺和相关平移参数初始化确定。
(5)PDF页面坐标系(PDF File Coordinate System,Fcs)：PDF 规范定义的一个设备无关坐标系，也叫用户空间，它使对象在页面上的关系保持不变。Fcs由PDF页面分辨率、PDF页面大小和依据Ecs 坐标变换的参数初始化确定。
(6)输出设备(屏幕或者打印机)坐标系(Output Coordinate System,Ocs)构建。定义为用户制定输出设备平面，坐标原点由用户指定(屏幕和打印机通常为设备左上角，X轴向右为正值，Y轴向下为正值)，坐标单位为像素。Ocs由输出设备分辨率、有效输出范围和依据Fcs坐标变换的参数初始化确定。
3.2六个坐标系相互转换关系实现方法，分两类情况：
1)Dcs坐标单位为米，坐标从投影坐标转换而来，则坐标转换关系建立的顺序为最后建立Pcs和Gcs 的转换关系具体转换顺序如图1。
①描述为公式
Xp＝SxXdcost-SyYdsint+Xp0
Yp＝SxXdsint+SyYdcost+Yp0 (1)
Sx、Sy分别表示横轴和纵轴坐标方向的坐标放大系数，t为两个坐标系之间的夹角。
②③都用①相同的转换方法。其中③的Sx和Sy与PDF页面的分辨率(1米表示多少PDF像素)关联。④描述为公式(2)。
Xo＝SxXfcost-C·SyYfsint+Xo0
Yo＝SxXfsint+C·SyYfcost+Yo0 (2)
Sx、Sy分别表示横轴和纵轴坐标方向的坐标放大系数，t为两个坐标系之间的夹角，当两个坐标系纵轴方向相反时C＝-1，方向相同时C＝1。
⑤的转换公式就是地图投影学中的具体投影转换公式。以高斯投影(李国藻，杨启和，胡定荃.地图投影[M].解放军出版社.1993.:248-251.)为例。本例中，l为Gx经度和中央经线的经度差，B为Gy，x和y分别是得到的Px和Py。
2)Dcs坐标为地理经纬度，则坐标转换关系建立的顺序为如图2。
其中①③④可用(1)类似表示，②用投影转换公式表示(例如(3)), ⑤用公式(2)表示。
4.编写窗体程序把地图图形层L2还原在窗体中显示为地图，此时建立的地图显示窗口的Ocs坐标系，每个图形坐标点的值都用 (Xo,Yo)表示。通过人工选取或者计算机识别的方法找到地图的内图廓左下角和右上角两个点，获取其Ocs坐标分别为(Xo1,Yo1)和(Xo2,Yo2)，由于地理要素层L1这两个地图内图廓角点的经纬度 (Gcs坐标)已知，令其分别为(Xg1,Yg1)和(Xg2,Yg2)，依据公式 (1)(2)(3)，结算得出①②③④⑤转换关系中的各个参数。于是地图图形层L2和地理要素层L1的二维平面坐标空间关系完成统一。
5.地理PDF地图输出。利用地理PDF地图输出引擎(PdfEngine *pEg)新建地理PDF地图文件“map1.pdf”，创建一个地图页面，调整地图位置的中心位于地理PDF地图页面的中心，将地理要素层L1 的点、线、面等地理要素用PDF页面背景色绘制在页面中(白色圆，白色线、白色填充多边形等)，同时将地理要素的属性以Key-Value 的形式植入地理PDF地图文档对象中。再将地图图形层L2中所有的图形依次绘制到页面中，而后在地理PDF地图文件内容尾部植入二维空间参考系，结束输出并关闭地理PDF地图文档的占用状态。本过程用代码描述为：
最后，利用Acrobat系列软件工具或其他软件将“map1.pdf”另存为数据量较小的文件“map2.pdf”。至此，本发明所述的方法最终制作出的地理PDF地图成果为“map2.pdf”。
本发明针对地图图形数据与DLG数据直接访问方式融合制作地理PDF地图，这种新方法通过构建平面坐标系统，利用在地图内图廓左下与右上两个角点作为控制点，将地图图形层的坐标和DLG地理要素的坐标统一到一个平面坐标系中，输出得到地理PDF地图。本发明为基于同源相同图幅DLG数据和地图图形数据大规模生产地理PDF地图奠定了基础。
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 (6)

1.基于地图图形数据和DLG制作地理PDF地图的方法，其特征在于：
包括以下步骤：
构建平面坐标系统，利用在地图内图廓左下与右上两个角点作为控制点，将地图图形层的坐标和DLG地理要素的坐标统一到一个平面坐标系中，输出得到地理PDF地图。
2.根据权利要求1所述的基于地图图形数据和DLG制作地理PDF地图的方法，其特征在于：
具体包括以下步骤：
第一步，分别利用地图图形数据访问引擎和矢量数据访问引擎分别读取对应的地图图形数据和DLG数据，将两个数据源作为两个图层，地图图形层位于DLG数据的上层；
第二步，基于矢量数据访问引擎选取具有实体意义的地理要素；
第三步，建立地理PDF地图平面坐标系统模型，实现该模型内部一系列坐标变换算法；
第四步，选取两个控制点，用于将地图图形数据和DLG数据坐标统一到一个平面坐标系中；
第五步，利用地理PDF地图输出引擎，按照PDF规范，分别将DLG中地理目标属性信息、DLG中地理目标的虚拟表示线划、地图图形数据的图形、地理空间参考信息写入地理PDF地图文件，并将数据进行另存压缩。
3.根据权利要求2所述的基于地图图形数据和DLG制作地理PDF地图的方法，其特征在于：
第二步中，对地理要素进行属性和坐标的过滤提取，其中坐标提取进行重叠点删除和坐标抽稀操作，属性提取进行无效值删除和无表现作用属性删除。
4.根据权利要求3所述的基于地图图形数据和DLG制作地理PDF地图的方法，其特征在于：
第三步中，建立由六元组坐标系及它们相互转换关系组成的地理PDF地图平面坐标系统，包括DLG数据源坐标系、地理坐标系、投影坐标系、等比例尺纸图坐标系、PDF页面坐标系和输出设备坐标系。
5.根据权利要求4所述的基于地图图形数据和DLG制作地理PDF地图的方法，其特征在于：
第三步中：
DLG数据源坐标系为存储于DLG数据文件中的坐标系；
地理坐标系为原点为国际通用的0度经线和0度纬线，坐标单位为弧度的坐标系；
投影坐标系由地图投影类型及该投影相关参数初始化确定；
等比例尺纸图坐标系为将投影坐标系中地图依比例尺缩小并平移到适当位置的坐标系；
PDF页面坐标系为PDF规范定义的一个设备无关坐标系；
输出设备坐标系为用户制定输出设备平面，坐标原点由用户指定的坐标系。
6.根据权利要求5所述的基于地图图形数据和DLG制作地理PDF地图的方法，其特征在于：
第四步中，通过人工选取或者计算机识别的方法找到地图的内图廓左下角和右上角两个点，获取其输出设备坐标系的坐标，得到其DLG数据源坐标系、地理坐标系、投影坐标系、等比例尺纸图坐标系和PDF页面坐标系的坐标。
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