CN111324601A - 一种电子地理信息系统的山上道路数据获取与生成的方法 - Google Patents
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Abstract
一种电子地理信息系统山上道路数据获取与生成的方法属于Web工程信息技术与地理信息系统技术交叉领域。其包括以下步骤:获取驴友上传的实际山上行程的GPS/北斗轨迹点数据;将每条轨迹点数据进行预处理,运用几何算法对轨迹数据进行简化,去除原始GPS轨迹数据中的异常值。再将预处理之后的数据运用算法进行轨迹数据匹配、合并、筛选处理;山上道路数据自动矢量化,保存为线要素,发布共享成道路地图服务;运用电子地理信息系统接口调用该地图服务,最终使道路数据显示在地图上。该发明运用算法对数据进行匹配、合并、筛选处理,提高了山上道路数据生成的精确度。
Description
技术领域
本发明适用于林业道路规划、森林救火,生态保护等领域,属于Web工程信息技术与地理信息系统技术交叉领域,涉及一种电子地理信息系统山上道路数据获取与生成的方法。
背景技术
随着计算机技术的发展,ArcGIS在建立地理空间信息数据库方面的独特优势日益突出,ArcGIS是美国环境系统研究所公司推出的一款地理信息软件,可以将平面信息与数据信息进行有效的整合。有桌面GIS和服务端GIS,应用GIS可以进行强大的地图制作,数据管理和空间分析,也可以直观,动态地进行可视化管理。GIS是以点、线、面的形式存储,可以表现数据的空间分布情况和几何状况,记录图形属性数据。服务端GIS如ArcGIS Server是一个应用服务器,包含了一套在企业和Web框架上建设服务端GIS应用的共享GIS软件对象库,用于构建集中式的企业GIS,给Web平台提供服务接口。随着大数据的发展,如何有效地应用ArcGIS分析道路轨迹记录数据变得尤为重要。
道路,是供各种无轨车辆和行人通行的基础设施,按照其使用特点大致分为公路、城市道路、厂矿道路、林业道路等。如今加快山上林区道路建设是提高森林经营活动的需要,山上林区道路是开展森林活动的基本条件,山上道路的密度、质量水平是森林防火的重要推动力,森林资源保护和林区生态安全而言,威胁最大的莫过于森林火灾,从以前发生的森林火灾来看,大部分是发生在交通不便的地方,究其原因,与山上林区防火道路、防火隔离设施较少,不能阻隔林火蔓延有关,而地处偏僻,交通困难,扑救人员和灭火设备、器材无法及时到位,难以实施及时扑救则是其重要原因。山上林区道路的生成对森林火灾的扑救非常重要,一旦发现火情,火警,扑救队伍能及时快速到达火场,实现救火。
对于道路数据的获取,国内通常用到的有两种方法:第一种是通过卫星遥感影像中的像素信息,利用图像识别算法提取路网,通过判断道路影像中的直线,道路边界,等特征获取可能的道路信息,进而将道路信息整合成完整道路,最终得到卫星遥感影像中的道路信息。第二种是首先确定行车路线,然后向车辆终端设备发送所需要获取的行车记录的请求信息,接收对应所述请求信息的行车记录,从所述行车记录中获取道路数据。
山上不同信息之间的干扰会对提取的道路数据产生很大的影响,轨迹数据的特征不明显,准确率低,以及遥感像素的分辨率不高等原因,使得计算机无法对山上道路进行精确地判断,导致山上道路数据的获取有点困难;山上道路陡峭,行车路线获取道路数据也难以实现,实用性小。
发明内容
本发明为了解决上述问题,提出了一种电子地理信息系统山上道路数据获取与生成的方法,获取驴友上传的实际山上行程的GPS/北斗轨迹的数据,首先对原始数据进行预处理,然后运用算法进行道路数据匹配、合并、筛选,进一步提高山上道路数据的精确性。运用电子地理信息系统软件将道路数据自动矢量化、要素转换且共享为地图服务,调用该地图服务,最终实现山上道路数据的展示。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种电子地理信息系统的山上道路数据获取与生成的方法,包括以下步骤:
步骤1:获取驴友上传的实际山上行程的GPS/北斗轨迹点数据。首先确定需要获取的山上道路数据的地理覆盖范围,本发明使用的原始道路数据是获取驴友上传的实际山上行程的数据,即GPS/北斗轨迹点数据。将这些轨迹点数据生成为轨迹文件,一个文件对应一条道路。文件包括经纬度坐标,高程,时间这些重要的空间三维信息。
步骤2:首先将每条轨迹点数据进行预处理,运用几何算法对轨迹数据进行简化,去除原始GPS轨迹数据中的异常值,减少后期处理的数据量。再将预处理之后的数据运用算法进行轨迹数据匹配、合并、筛选处理,进一步提高山上道路数据的准确性。
步骤3:山上道路数据自动矢量化,保存为线要素,发布共享成道路地图服务。将其上一步处理的轨迹数据导入电子地理信息软件中,对轨迹数据文件进行矢量化处理,具体为通过电子地理信息系统将每一条轨迹数据的GPS坐标数据转换成与之对应的里程值,根据每一条轨迹数据的里程值和其他属性数据自动生成道路轨迹矢量化的空间数据,至此,系统道路轨迹数据矢量化完成,此时道路轨迹数据为点要素,通过电子地理信息系统的要素转化功能,将其转为线要素,然后发布共享该线要素为电子地理信息系统道路地图服务。
步骤4:运用电子地理信息系统接口调用该地图服务,最终使道路数据显示在地图上。通过运用电子地理信息系统提供的数据接口,获取操作该服务中的所有道路地图要素服务,最终使其山上道路在电子地理信息系统的地图上实现可视化展示。
所述步骤2中,运用几何算法对原始数据进行预处理,算法步骤包括:
(1)连接道路轨迹点曲线的首尾两点形成一条直线;
(2)计算其余各点到该直线的距离,算出各点到该直线距离的平均值作为阈值;
(3)比较该距离与(2)中设定的阈值大小,如果小于阈值,则这条曲线上的中间点全部舍去;
(4)如果距离大于阈值,则用该点为界,将曲线分成两部分,对这两部分分别进行步骤[1~3]的处理;
(5)当所有的道路轨迹点曲线都处理完毕后,依次连接各个分割点形成折线,作为原道路轨迹点曲线的近似。
所述步骤2中,运用算法,进行轨迹数据匹配、合并、筛选。轨迹数据匹配的过程是,遍历每一条轨迹数据,对每一条轨迹的每一个点在一定范围进行搜索,类似对点做一个一定半径长的缓冲区,搜索在该缓冲区内的道路,如果搜索不到,则该点不做变化;如果搜索到一条道路,则将它匹配到该点到该条道路的垂足上。
逐条匹配轨迹点数据的过程中有很多重合的道路,显然这些指向同一条道路,因此需要将这些道路合并为一条道路。
将这些道路合并的算法步骤为:
(1)运用余弦相似度计算轨迹之间的相似度,余弦相似度用向量空间中两个向量夹角的余弦值作为衡量两个个体间差异的大小,夹角越小,余弦值越接近于1,表示夹角越接近0度,则两个向量越相似,意味着方向相同、轨迹重合;
(2)取轨迹余弦值的加权平均为阈值,如果轨迹间的相似度大于阈值,可将两条轨迹合并为一条,如果小于阈值,则两条轨迹都保留;
(3)回溯比较所有的轨迹数据,直到所有轨迹都读取完毕。
所述步骤3中,对于导入电子地理信息系统的每个文件数据依次设置显示XY数据,选择X,Y,Z坐标字段,X字段指的是X坐标,Y字段指的是Y坐标,Z字段指的是高程。
所述步骤4发布到指定的电子地理信息系统服务器上,在此之前确保在指定的服务器上安装了该服务环境,且该服务能正常启动。
本发明的有益效果为:
(1)提出了生成山上道路的方法;
(2)通过几何算法和匹配合并算法处理道路轨迹数据,确保了山上道路生成的精确性。
附图说明
图1为本发明的山上道路数据获取与生成方法的流程图;
图2为山上道路生成的示意图。
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
为了更清晰的说明本发明的思想,下面对一种电子地理信息系统的山上道路数据获取与生成的方法进行进一步的说明,该方法主要是通过获取驴友上传的实际山上行程的GPS/北斗轨迹点数据;将每条道路数据进行预处理,然后运用算法再次处理轨迹数据,进一步提高山上道路数据的精确性;山上道路数据自动矢量化,保存为线要素,发布共享成地图服务;运用电子地理信息系统接口调用该地图服务,最终使道路数据显示在地图上这四个主要步骤完成的,如图1所示的流程图。
步骤1:获取驴友上传的实际山上行程的GPS/北斗轨迹点数据。首先确定需要获取的山上道路数据的地理覆盖范围,本发明使用的原始道路数据是获取驴友上传的实际山上行程的数据,即GPS/北斗轨迹点数据。将这些轨迹点数据生成为轨迹文件,一个文件对应一条道路。文件包括经纬度坐标,高程,时间这些重要的空间三维信息。
步骤2:首先将每条轨迹点数据进行预处理,运用几何算法对轨迹数据进行简化,去除原始GPS轨迹数据中的异常值,减少后期处理的数据量。再将预处理之后的数据运用算法进行轨迹数据匹配、合并、筛选处理,进一步提高山上道路数据的准确性。
步骤3:山上道路数据自动矢量化,保存为线要素,发布共享成道路地图服务。将其上一步经过标准化处理的轨迹数据加载到ArcGIS软件中,把所有的道路数据所在图层导出,转化为shp矢量文件加载到GIS中,具体为通过电子地理信息系统将每一条轨迹数据的GPS坐标数据转换成与之对应的里程值,根据每一条轨迹数据的里程值和其他属性数据自动生成道路轨迹矢量化的空间数据,至此,系统道路轨迹数据矢量化完成,此时道路图层为点要素,通过GIS的要素转化功能,具体是”ArcToolbox”工具箱中数据管理工具—要素—XY转线,将点要素转化为线要素。线要素图层属性表的各字段中,包括编号,X坐标,Y坐标,线要素类型,邻近的X坐标,Y坐标,形状长度,将其保存为线要素道路图层服务,发布到ArcGIS服务器上,发布服务的时候要设置一些常规参数,如服务名称,连接,服务器类型。参数设置完成,先对于图层服务分析,分析无误之后开始发布,发布完成之后可以在管理界面进行服务的启动和最大化实例管理。
步骤4:运用电子地理信息系统接口调用该地图服务,最终使道路数据显示在地图上。通过运用ArcGIS提供的数据接口,获取操作该服务中的所有道路地图要素服务,最终使其山上道路在电子地理信息系统的地图上实现可视化展示,如图2所示。
所述步骤2中,运用几何算法对原始数据进行预处理,算法步骤包括:
(1)连接道路轨迹点曲线的首尾两点形成一条直线;
(2)计算其余各点到该直线的距离,算出各点到该直线距离的平均值作为阈值;
(3)比较该距离与(2)中设定的阈值大小,如果小于阈值,则这条曲线上的中间点全部舍去;
(4)如果距离大于阈值,则用该点为界,将曲线分成两部分,对这两部分分别进行步骤[1~3]的处理;
(5)当所有的道路轨迹点曲线都处理完毕后,依次连接各个分割点形成折线,作为原道路轨迹点曲线的近似。
所述步骤2中,运用算法,进行轨迹数据匹配、合并、筛选。轨迹数据匹配的过程是,遍历每一条轨迹数据,对每一条轨迹的每一个点在一定范围进行搜索,类似对点做一个一定半径长的缓冲区,搜索在该缓冲区内的道路,如果搜索不到,则该点不做变化;如果搜索到一条道路,则将它匹配到该点到该条道路的垂足上。
逐条匹配轨迹点数据的过程中有很多重合的道路,显然这些指向同一条道路,因此需要将这些道路合并为一条道路。
将这些道路合并的算法步骤为:
(1)运用余弦相似度计算轨迹之间的相似度,余弦相似度用向量空间中两个向量夹角的余弦值作为衡量两个个体间差异的大小,夹角越小,余弦值越接近于1,表示夹角越接近0度,则两个向量越相似,意味着方向相同、轨迹重合;
(2)取轨迹余弦值的加权平均为阈值,如果轨迹间的相似度大于阈值,可将两条轨迹合并为一条,如果小于阈值,则两条轨迹都保留;
(3)回溯比较所有的轨迹数据,直到所有轨迹都读取完毕。
所述步骤3中,对于导入电子地理信息系统的每个文件数据依次设置显示XY数据,选择X,Y,Z坐标字段,X字段指的是X坐标,Y字段指的是Y坐标,Z字段指的是高程。
所述步骤4发布到指定的ArcGIS服务器上,在此之前确保在指定的服务器上安装了ArcGIS Server,且该服务能正常启动。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的技术人员在本发明的启示下,可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改、补充或采用类似的方式替代,但不可偏离本发明的精神或者超越所述权利要求书所定义的范围。
Claims (5)
1.一种电子地理信息系统山上道路数据获取与生成的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:获取驴友上传的实际山上行程的GPS/北斗轨迹点数据;首先确定需要获取的山上道路数据的地理覆盖范围,原始道路数据是获取驴友上传的实际山上行程的数据,即GPS/北斗轨迹点数据;将这些轨迹点数据生成为轨迹文件,一个文件对应一条道路;文件包括经纬度坐标,高程,时间这些重要的空间三维信息;
步骤2:首先将每条轨迹点数据进行预处理,运用几何算法对轨迹数据进行简化,去除原始GPS轨迹数据中的异常值,减少后期处理的数据量;再将预处理之后的数据运用算法进行轨迹数据匹配、合并、筛选处理,进一步提高山上道路数据的准确性;
步骤3:山上道路数据自动矢量化,保存为线要素,发布共享成道路地图服务;将其上一步处理的轨迹数据导入电子地理信息软件中,对轨迹数据文件进行矢量化处理,具体为通过电子地理信息系统将每一条轨迹数据的GPS坐标数据转换成与之对应的里程值,根据每一条轨迹数据的里程值和其他属性数据自动生成道路轨迹矢量化的空间数据,至此,系统道路轨迹数据矢量化完成,此时道路轨迹数据为点要素,通过电子地理信息系统的要素转化功能,将其转为线要素,然后发布共享该线要素为电子地理信息系统道路地图服务;
步骤4:运用电子地理信息系统接口调用该地图服务,最终使道路数据显示在地图上;通过运用电子地理信息系统提供的数据接口,获取操作该服务中的所有道路地图要素服务,最终使其山上道路在电子地理信息系统的地图上实现可视化展示。
2.如权利要求1所述的一种电子地理信息系统山上道路数据获取与生成方法,所述步骤2中,运用几何算法对原始数据进行预处理,算法步骤包括:
(1)连接道路轨迹点曲线的首尾两点形成一条直线;
(2)计算其余各点到该直线的距离,算出各点到该直线距离的平均值作为阈值;
(3)比较该距离与(2)中设定的阈值大小,如果小于阈值,则这条曲线上的中间点全部舍去;
(4)如果距离大于阈值,则用该点为界,将曲线分成两部分,对这两部分分别进行步骤[1~3]的处理;
(5)当所有的道路轨迹点曲线都处理完毕后,依次连接各个分割点形成折线,作为原道路轨迹点曲线的近似。
3.如权利要求1所述的一种电子地理信息系统山上道路数据获取与生成方法,所述步骤2中,运用算法,进行轨迹数据匹配、合并、筛选;轨迹数据匹配的过程是,遍历每一条轨迹数据,对每一条轨迹的每一个点在一定范围进行搜索,类似对点做一个一定半径长的缓冲区,搜索在该缓冲区内的道路,如果搜索不到,则该点不做变化;如果搜索到一条道路,则将它匹配到该点到该条道路的垂足上;
逐条匹配轨迹点数据的过程中有很多重合的道路,显然这些指向同一条道路,因此需要将这些道路合并为一条道路;
将这些道路合并的算法步骤为:
(1)运用余弦相似度计算轨迹之间的相似度,余弦相似度用向量空间中两个向量夹角的余弦值作为衡量两个个体间差异的大小,夹角越小,余弦值越接近于1,表示夹角越接近0度,则两个向量越相似,意味着方向相同、轨迹重合;
(2)取轨迹余弦值的加权平均为阈值,如果轨迹间的相似度大于阈值,将两条轨迹合并为一条,如果小于阈值,则两条轨迹都保留;
(3)回溯比较所有的轨迹数据,直到所有轨迹都读取完毕。
4.如权利要求1所述的一种电子地理信息系统山上道路数据获取与生成方法,所述步骤3中,对于导入电子地理信息系统的每个文件数据依次设置显示XY数据,选择X,Y,Z坐标字段,X字段指的是X坐标,Y字段指的是Y坐标,Z字段指的是高程。
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