CN110825830A - 一种网格空间的数据检索方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种网格空间的数据检索方法,通过获取待检索点的经纬度,对经纬度进行斜轴等距方位投影,得到待检索点的空间坐标系坐标,根据预设的已划分好且具有编码规则的网格空间和待检索点的空间坐标系坐标,得到待检索点在网格空间的所有层级的空间网格,从待检索点在网格空间的所有层级的空间网格中,提取出空间网格内的所有空间对象,从所有空间对象中,提取出包含待检索点的空间对象,并将包含待检索点的空间对象作为检索结果,采用本发明提供的实施例,能够支持三维空间网格建立索引,并且大大地提高了检索的效率,便于单独进行检索查询。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域,尤其涉及一种网格空间的数据检索方法。
背景技术
“数字孪生城市”是指通过对物理世界的人、物、事件等所有要素数字化,在网络空间再造一个与之对应的“虚拟世界”,形成物理维度上的实体世界和信息维度上的数字世界同生共存、虚实交融的格局。
旋极伏羲公司设计了一种“地球网格编码+时间离散编码”的大数据组织方法,作为时空大数据组织与应用的统一编码,从而将现有的各种时空大数据,统一关联管理起来。
《GeoSOT时空编码的海量照片组织检索方法》中提出了一种基于标识的照片组织管理方式。根据时空唯一性的特点,通过GeoSOT位置码+时间码唯一标识照片,同时在数据库中存储用户关心的其他标签,并对编码建立了相应的索引。最后,对编码生成和照片检索的效率进行了实验验证,结果表明该组织方式能够高效地管理个人照片数据。
但是上述的技术存在以下缺点:
(1)传统基于经纬度的数据检索方式,位置数据采用经纬度串组成的矢量矩阵,对空间相对位置关系的判断需要进行复杂的浮点运算。
(2)现有时空数据索引以及多源数据融合方案都是基于二维平面网格进行的,无法对三维空间网格进行关联,无法通过索引来区分室内不同楼层或不同高度的空间对象和数据。
(3)城市数据中,静态数据只是其中一小部分数据,而实时动态数据越来越是城市管理者关注的重点。对于实时动态数据的索引,不仅需要空间的描述,同时还需要加上时间(例如:一个人早上经过公园和晚上经过公园是2条数据);现有时空编码大多把空间编码和时间编码组合成一个字符串进行表达,这种方式不仅占用较大的存储,索引效率也比整型数低,而且不便于分别对时间和空间进行检索。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种网格空间的数据检索方法,能够支持三维空间网格建立索引,并且大大地提高了检索的效率,便于单独进行检索查询。
为实现上述目的,本发明实施例提供了一种网格空间的数据检索方法,包括以下步骤:
获取待检索点的经纬度,对所述经纬度进行斜轴等距方位投影,得到所述待检索点的空间坐标系坐标;
根据预设的已划分好且具有编码规则的网格空间和所述待检索点的空间坐标系坐标,得到所述待检索点在所述网格空间的所有层级的空间网格;
从所述待检索点在所述网格空间的所有层级的空间网格中,提取出空间网格内的所有空间对象;
从所述所有空间对象中,提取出包含所述待检索点的空间对象,并将所述包含所述待检索点的空间对象作为检索结果。
进一步的,所述从所述待检索点在所述网格空间的所有层级的空间网格中,提取出空间网格内的所有空间对象,具体为:
根据所述所有层级的空间网格,计算得到最大层级下的空间网格,提取出所述最大层级下的空间网格中的所有空间对象;
判断所述最大层级是否为最小层级,否则提取出上一层级下的空间网格中的所有空间对象;
当判断当前层级为最小层级时,将每个层级所提取出的所有空间对象进行汇总,得到所有层级的空间网格中的所有空间对象。
进一步的,所述网格空间的数据检索方法,还包括:
获取待检索空间网格的编码,并判断所述编码的合法性,生成合法的编码;
根据所述合法的编码和所述预设的已划分好且具有编码规则的网格空间,提取出与所述合法的编码相对应的网格,并从所述合法的编码相对应的网格中提取出所有的空间对象,同时将所提取出所有的空间对象作为检索结果。
进一步的,所述网格空间的数据检索方法,还包括:
获取待检索区域的空间属性,根据所述空间属性计算得到所述待检索区域的空间面;
根据所述空间面和所述预设的已划分好且具有编码规则的网格空间,得到与所述空间面相交的所有层级下的所有空间网格;
从所述所有层级下的所有空间网格中,提取出处于所述所有空间网络的所有空间对象;
从所述处于所述所有空间网络的所有空间对象中,提取出在所述空间面中和与所述空间面相交的所有空间对象,并将所述在所述空间面中和与所述空间面相交的所有空间对象作为检索结果。
进一步的,所述获取待检索区域的空间属性,根据所述空间属性计算得到所述待检索区域的空间面,具体为:
根据所述待检索区域的空间属性,得到该待检索区域的顶点数据;
根据平面方程表达式和所述顶点数据,计算得到所述待检索区域的空间面。
进一步的,所述从所述所有层级下的所有空间网格中,提取出处于所述所有空间网络的所有空间对象,具体为:
假设所述空间面为三角面,其三个顶点分别为P1、P2、P3,得到三条空间线段L1:P1P2、L2:P2P3、L3:P3P1;
根据所述平面方程表达式和所述三个顶点P1、P2、P3,得到所述三角面P:ax+by+cz+d=0,并获取与所述三角面P平行的平面集合{Ps:ax+by+cz+d'=0};
通过直线方程表达式和所述三条空间线段L1:P1P2、L2:P2P3、L3:P3P1,计算得到三条线段所经过的所有网格,并将所述得到三条线段所经过的所有网格记为集合S1;
根据所述三个顶点P1、P2、P3,计算得到包含所述三角面的最小长方体,并提取出所述最小长方体中的所有网格,将所述最小长方体中的所有网格记为集合S2;
计算所述最小长方体的网格中心到所述三角面P距离的最大值dp,根据所述最大值dp和所述最小长方体的所有网格的网格中心到所述三角面P的距离,得到所有到所述三角面P的距离小于所述最大值dp的网格,并记为集合S3;
根据所述线段L1:P1P2和所述三角面P,得到与所述三角面P垂直的第一平面的平面方程J1,并将P3的方向定为正向,以此得到另外两条线段与所述三角面P垂直的第二平面的平面方程J2和第三平面的平面方程J3;
根据所述第一平面的平面方程J1、第二平面的平面方程J2、第三平面的平面方程J3,提取出所述集合S3中所有在所述J1、J2、J3正向区域的网格,并记为集合S4;
根据所述集合S1和所述集合S4,得到所述三角面P所经过的网格集合为{S|S=S1∪S4}。
进一步的,所述直线方程表达式包括:(x-x0)/a=(y-y0)/b=(z-z0)/c和(x-x1)/(x2-x1)=(y-y1)/(y2-y1)=(z-z1)/(z2-z1)。
进一步的,所述平面方程表达式为:Ax+By+Cz+D=0。
进一步的,当所述空间面不能完全包含空间网格时,通过最小包围网格计算空间网格内的空间对象与所述空间面的相交关系,以判断空间对象是否与所述空间面相交。
进一步的,所述当所述空间面不能完全包含空间网格时,通过最小包围网格计算空间网格内的空间对象与所述空间面的相交关系,以判断空间对象是否与所述空间面相交,具体为:
将所述空间面转换为最小包围网格,并遍历所有所述空间面不能完全包含的空间网格对象的最小包围网格索引;
判断所述最小包围网格索引是否在所述空间面的最小包围网格索引中,若存在,则判断空间网格与所述空间面相交。
与现有技术相比,具有如下有益效果:
本发明实施例提供的网格空间的数据检索方法,通过获取待检索点的经纬度,对经纬度进行斜轴等距方位投影,得到待检索点的空间坐标系坐标,根据预设的已划分好且具有编码规则的网格空间和待检索点的空间坐标系坐标,得到待检索点在网格空间的所有层级的空间网格,从待检索点在网格空间的所有层级的空间网格中,提取出空间网格内的所有空间对象,从所有空间对象中,提取出包含待检索点的空间对象,并将包含待检索点的空间对象作为检索结果,采用本发明提供的实施例,能够支持三维空间网格建立索引,并且大大地提高了检索的效率,便于单独进行检索查询。
附图说明
图1是本发明提供的网格空间的数据检索方法的一个实施例的流程示意图;
图2是本发明提供的网格空间的数据检索方法的一个点检索实施例的流程示意图;
图3是本发明提供的网格空间的数据检索方法的一个空间网格检索实施例的流程示意图;
图4是本发明提供的网格空间的数据检索方法的一个区域检索实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
本发明实施例提供一种网格空间的数据检索方法,包括点检索、空间网格检索以及区域检索,请参见图1,图1是本发明提供的网格空间的数据检索方法的一个点检索的实施例的流程示意图,包括步骤S1-S4;
S1,获取待检索点的经纬度,对所述经纬度进行斜轴等距方位投影,得到所述待检索点的空间坐标系坐标。
在本实施例中,在网格空间中,需要快速地进行空间坐标与网格编码之间的转换,由于本身网格编码是通过网格行、列、层号按位组合而成,仅需进行简单的移位和取与运算便可得到网格的层级、行号、列号和层号,而行号、列号和层号与空间坐标存在直接关系,关系参数便是网格的层级与最大网格层级的差值。假设网格编码中层级为6位,层为18位,行和列各20位,最大网格层级为18级,现有一个网格编码为I,那么网格编码转空间坐标的过程如下:
通过将网格编码移位得到网格的层级、行号、列号和层号,首先计算网格的层级L:L=I>>58;
然后计算网格的层号Z:Z=(I>>40)&0x03FFFF;
然后计算网格的行号Y:Y=(I>>20)&0x0FFFFF;
然后计算网格的列号X:X=I&0x0FFFFF;
然后再根据网格的行、列、层号进行简单的移位得到网格的起点坐标,首先计算网格起点坐标的x值:x=X<<(18-L);
然后计算网格起点坐标的y值:y=Y<<(18-L);
然后计算网格起点坐标的z值:z=Z<<(18-L);
空间网格大小对应的是空间上的一个空间范围,已计算出网格的起点坐标,网格的边长大小为218-L,所以网格的终点坐标是起点坐标的各个值加上网格的边长。
优选的,根据空间坐标转网格编码的方式也很简单,先将空间坐标进行取整,然后进行网格编码转空间坐标的逆过程便可得到对应的网格编码。
S2,根据预设的已划分好且具有编码规则的网格空间和所述待检索点的空间坐标系坐标,得到所述待检索点在所述网格空间的所有层级的空间网格。
在本实施例中,所述预设的已划分好且具有编码规则的网格空间,是通过多维多尺度空间划分与网格索引编码将“虚拟世界”划分为一系列多尺度的空网格间,并对每个网格进行编码,最后形成的网格空间,该网格空间只需要将空间对象关联到某一个网格,该网格的编码即为空间对象的空间编码,能够对城市地理信息数据、行业专题数据以及实时动态数据进行融合,借助时空索引实现高效的大数据导入、清洗、分析和导出。
其中,空间对象可抽象为点、线、面、体四类。点对象直接通过其坐标表示,线对象可以看成是有一系列的线段组成的,面对象和体对象可以看成是由一组三角面元组成的。关于空间对象在网格空间中的归属遵循以下原则:取空间对象的任意一点,确定其所在的最大层级下的空间网格;判断空间对象的其他的点是否也在该空间网格内,若在,则将其归属为该空间网格内,否则前往上一层级继续判断,依次重复,直至空间对象被归属到空间网格内。
优选的,本发明实施例提供的网格空间,通过将数据或事件产生的时间作为索引字段,实现同一空间对象在不同时间的数据存储,便于对某一时间段的数据查询。
另外,网格编码最大的特点在于以二进制进行编码,这样的编码方式易于计算机进行处理,具有很高的空间索引效率。同时,网格编码能够最大程度地压缩空间网格索引的字节大小,节省内存开销。以最小空间单元进行向上放大的方式,可保证所有层级的网格都是以整数表示其大小,避免浮点数的运算。
S3,从所述待检索点在所述网格空间的所有层级的空间网格中,提取出空间网格内的所有空间对象。
其中,步骤S3具体为:根据所述所有层级的空间网格,计算得到最大层级下的空间网格,提取出所述最大层级下的空间网格中的所有空间对象;判断所述最大层级是否为最小层级,否则提取出上一层级下的空间网格中的所有空间对象;当判断当前层级为最小层级时,将每个层级所提取出的所有空间对象进行汇总,得到所有层级的空间网格中的所有空间对象。
S4,从所述所有空间对象中,提取出包含所述待检索点的空间对象,并将所述包含所述待检索点的空间对象作为检索结果。
具体的,请参见图2,图2为点检索的具体流程图:首先利用空间网格索引与地理坐标之间的换算关系,由空间点的坐标可快速计算得出其所在的所有层级的空间网格,然后取出空间网格中的空间对象,计算与空间点的包含关系,最终找出目标对象。
作为本发明的优选实施例,本发明提供的网格空间的数据检索方法,还包括:空间网格检索;
所述空间网格检索包括步骤S5-S6;
S5,获取待检索空间网格的编码,并判断所述编码的合法性,生成合法的编码。
S6,根据所述合法的编码和所述预设的已划分好且具有编码规则的网格空间,提取出与所述合法的编码相对应的网格,并从所述合法的编码相对应的网格中提取出所有的空间对象,同时将所提取出所有的空间对象作为检索结果。
具体的,请参见图3,图3为空间网格检索的具体流程图:通过指定空间网格的编码获取网格内的空间对象。
作为本发明的优选实施例,本发明提供的网格空间的数据检索方法,还包括:区域检索;
所述区域检索包括步骤S7-S10;
S7,获取待检索区域的空间属性,根据所述空间属性计算得到所述待检索区域的空间面。
在本实施例中,所述步骤S7具体为:根据所述待检索区域的空间属性,得到该待检索区域的顶点数据;根据平面方程表达式和所述顶点数据,计算得到所述待检索区域的空间面。
S8,根据所述空间面和所述预设的已划分好且具有编码规则的网格空间,得到与所述空间面相交的所有层级下的所有空间网格。
S9,从所述所有层级下的所有空间网格中,提取出处于所述所有空间网络的所有空间对象。
在本实施例中,所述步骤S9具体为:假设所述空间面为三角面,其三个顶点分别为P1、P2、P3,得到三条空间线段L1:P1P2、L2:P2P3、L3:P3P1;根据所述平面方程表达式和所述三个顶点P1、P2、P3,得到所述三角面P:ax+by+cz+d=0,并获取与所述三角面P平行的平面集合{Ps:ax+by+cz+d'=0};通过直线方程表达式和所述三条空间线段L1:P1P2、L2:P2P3、L3:P3P1,计算得到三条线段所经过的所有网格,并将所述得到三条线段所经过的所有网格记为集合S1;根据所述三个顶点P1、P2、P3,计算得到包含所述三角面的最小长方体,并提取出所述最小长方体中的所有网格,将所述最小长方体中的所有网格记为集合S2;计算所述最小长方体的网格中心到所述三角面P距离的最大值dp,根据所述最大值dp和所述最小长方体的所有网格的网格中心到所述三角面P的距离,得到所有到所述三角面P的距离小于所述最大值dp的网格,并记为集合S3;根据所述线段L1:P1P2和所述三角面P,得到与所述三角面P垂直的第一平面的平面方程J1,并将P3的方向定为正向,以此得到另外两条线段与所述三角面P垂直的第二平面的平面方程J2和第三平面的平面方程J3;根据所述第一平面的平面方程J1、第二平面的平面方程J2、第三平面的平面方程J3,提取出所述集合S3中所有在所述J1、J2、J3正向区域的网格,并记为集合S4;根据所述集合S1和所述集合S4,得到所述三角面P所经过的网格集合为{S|S=S1∪S4}。
其中,所述直线方程表达式包括:(x-x0)/a=(y-y0)/b=(z-z0)/c和(x-x1)/(x2-x1)=(y-y1)/(y2-y1)=(z-z1)/(z2-z1)。
所述平面方程表达式为:Ax+By+Cz+D=0。
S10,从所述处于所述所有空间网络的所有空间对象中,提取出在所述空间面中和与所述空间面相交的所有空间对象,并将所述在所述空间面中和与所述空间面相交的所有空间对象作为检索结果。
具体的,请参见图4,图4为区域检索的具体流程图:首先根据空间区域计算其相交的所有层级下的空间网格,再提取各空间网格中的空间对象数据,得到空间对象集。对于区域边界处的空间网格,在提取空间网格中的空间对象时,需要对每个空间对象进行精确匹配,即判断空间对象与空间检索区域是否相交,剔除与空间检索区域不相交的空间对象,即获得最终的检索结果。
优选的,当所述空间面不能完全包含空间网格时,通过最小包围网格计算空间网格内的空间对象与所述空间面的相交关系,以判断空间对象是否与所述空间面相交。
其具体的判断方法为:将所述空间面转换为最小包围网格,并遍历所有所述空间面不能完全包含的空间网格对象的最小包围网格索引;判断所述最小包围网格索引是否在所述空间面的最小包围网格索引中,若存在,则判断空间网格与所述空间面相交。
其中,当空间对象最小包围网格数量较大时,计算效率较低;因此采用“网格压缩算法”对最小包围网格进行压缩,生成一系列的砖块,可以大大减少数据的长度,由于每个砖块都是一个长方体,根据长方体的上下左右前后6个坐标可以很方便的判断空间关系,其步骤如下:
(1)将空间区域转换为最小包围网格;
(2)遍历空间对象压缩后的砖块序列,遍历空间区域的最小包围网格并计算每个网格的上下左右前后6个坐标,判断网格与砖块是否相交,如相交,则说明空间区域与空间对象相交。
本发明实施例提供的网格空间的数据检索方法,通过获取待检索点的经纬度,对经纬度进行斜轴等距方位投影,得到待检索点的空间坐标系坐标,根据预设的已划分好且具有编码规则的网格空间和待检索点的空间坐标系坐标,得到待检索点在网格空间的所有层级的空间网格,从待检索点在网格空间的所有层级的空间网格中,提取出空间网格内的所有空间对象,从所有空间对象中,提取出包含待检索点的空间对象,并将包含待检索点的空间对象作为检索结果,采用本发明提供的实施例,能够支持三维空间网格建立索引,并且大大地提高了检索的效率,便于单独进行检索查询。
以上所述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,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种网格空间的数据检索方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取待检索点的经纬度,对所述经纬度进行斜轴等距方位投影,得到所述待检索点的空间坐标系坐标;
根据预设的已划分好且具有编码规则的网格空间和所述待检索点的空间坐标系坐标,得到所述待检索点在所述网格空间的所有层级的空间网格;
从所述待检索点在所述网格空间的所有层级的空间网格中,提取出空间网格内的所有空间对象;
从所述所有空间对象中,提取出包含所述待检索点的空间对象,并将所述包含所述待检索点的空间对象作为检索结果。
2.如权利要求1所述的网格空间的数据检索方法,其特征在于,所述从所述待检索点在所述网格空间的所有层级的空间网格中,提取出空间网格内的所有空间对象,具体为:
根据所述所有层级的空间网格,计算得到最大层级下的空间网格,提取出所述最大层级下的空间网格中的所有空间对象;
判断所述最大层级是否为最小层级,否则提取出上一层级下的空间网格中的所有空间对象;
当判断当前层级为最小层级时,将每个层级所提取出的所有空间对象进行汇总,得到所有层级的空间网格中的所有空间对象。
3.如权利要求2所述的网格空间的数据检索方法,其特征在于,还包括:
获取待检索空间网格的编码,并判断所述编码的合法性,生成合法的编码;
根据所述合法的编码和所述预设的已划分好且具有编码规则的网格空间,提取出与所述合法的编码相对应的网格,并从所述合法的编码相对应的网格中提取出所有的空间对象,同时将所提取出所有的空间对象作为检索结果。
4.如权利要求3所述的网格空间的数据检索方法,其特征在于,还包括:
获取待检索区域的空间属性,根据所述空间属性计算得到所述待检索区域的空间面;
根据所述空间面和所述预设的已划分好且具有编码规则的网格空间,得到与所述空间面相交的所有层级下的所有空间网格;
从所述所有层级下的所有空间网格中,提取出处于所述所有空间网络的所有空间对象;
从所述处于所述所有空间网络的所有空间对象中,提取出在所述空间面中和与所述空间面相交的所有空间对象,并将所述在所述空间面中和与所述空间面相交的所有空间对象作为检索结果。
5.如权利要求4所述的网格空间的数据检索方法,其特征在于,所述获取待检索区域的空间属性,根据所述空间属性计算得到所述待检索区域的空间面,具体为:
根据所述待检索区域的空间属性,得到该待检索区域的顶点数据;
根据平面方程表达式和所述顶点数据,计算得到所述待检索区域的空间面。
6.如权利要求5所述的网格空间的数据检索方法,其特征在于,所述从所述所有层级下的所有空间网格中,提取出处于所述所有空间网络的所有空间对象,具体为:
假设所述空间面为三角面,其三个顶点分别为P1、P2、P3,得到三条空间线段L1:P1P2、L2:P2P3、L3:P3P1;
根据所述平面方程表达式和所述三个顶点P1、P2、P3,得到所述三角面P:ax+by+cz+d=0,并获取与所述三角面P平行的平面集合{Ps:ax+by+cz+d'=0};
通过直线方程表达式和所述三条空间线段L1:P1P2、L2:P2P3、L3:P3P1,计算得到三条线段所经过的所有网格,并将所述得到三条线段所经过的所有网格记为集合S1;
根据所述三个顶点P1、P2、P3,计算得到包含所述三角面的最小长方体,并提取出所述最小长方体中的所有网格,将所述最小长方体中的所有网格记为集合S2;
计算所述最小长方体的网格中心到所述三角面P距离的最大值dp,根据所述最大值dp和所述最小长方体的所有网格的网格中心到所述三角面P的距离,得到所有到所述三角面P的距离小于所述最大值dp的网格,并记为集合S3;
根据所述线段L1:P1P2和所述三角面P,得到与所述三角面P垂直的第一平面的平面方程J1,并将P3的方向定为正向,以此得到另外两条线段与所述三角面P垂直的第二平面的平面方程J2和第三平面的平面方程J3;
根据所述第一平面的平面方程J1、第二平面的平面方程J2、第三平面的平面方程J3,提取出所述集合S3中所有在所述J1、J2、J3正向区域的网格,并记为集合S4;
根据所述集合S1和所述集合S4,得到所述三角面P所经过的网格集合为{S|S=S1∪S4}。
7.如权利要求6所述的网格空间的数据检索方法,其特征在于,所述直线方程表达式包括:(x-x0)/a=(y-y0)/b=(z-z0)/c和(x-x1)/(x2-x1)=(y-y1)/(y2-y1)=(z-z1)/(z2-z1)。
8.如权利要求7所述的网格空间的数据检索方法,其特征在于,所述平面方程表达式为:Ax+By+Cz+D=0。
9.如权利要求8所述的网格空间的数据检索方法,其特征在于,当所述空间面不能完全包含空间网格时,通过最小包围网格计算空间网格内的空间对象与所述空间面的相交关系,以判断空间对象是否与所述空间面相交。
10.如权利要求9所述的网格空间的数据检索方法,其特征在于,所述当所述空间面不能完全包含空间网格时,通过最小包围网格计算空间网格内的空间对象与所述空间面的相交关系,以判断空间对象是否与所述空间面相交,具体为:
将所述空间面转换为最小包围网格,并遍历所有所述空间面不能完全包含的空间网格对象的最小包围网格索引;
判断所述最小包围网格索引是否在所述空间面的最小包围网格索引中,若存在,则判断空间网格与所述空间面相交。
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