CN113010617A - 一种基于位压缩的三维空间坐标的轻量化存储方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于位压缩的三维空间坐标的轻量化存储方法，通过在三维空间内选择一个合适的基准点，然后计算三维空间各坐标点与该基准点的相对坐标，并对相对坐标数值进行移位处理，使用相对坐标数值全部为正整数或零，然后对转换后的相对坐标值进行存储，这样可以大大节省坐标信息存储所需的存储容量，大大节省成本，提高数据的传送、交换效率。本发明所述的方法既适用于存储三维空间坐标信息，也适用于存储二维或多维等其他具有相似特点的数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种三维空间坐标的存储方法，尤其是一种基于位压缩的三维空间坐标的轻量化存储方法。
背景技术
目前，设计建造的建筑物、构筑物、地下容量等三维空间越来越多，这些三维空间具有非常丰富、海量的建筑信息，尤其是坐标信息或地理信息需要保存。
三维空间中，“点”是构成三维空间的最基本元素，线段、面等其他组成元素均可以通过点及其他参数来表达，为了表示某一点的在地理容量中的位置，通常使用国家或地方政府规定的坐标系(或称标准坐标系)来确定，三维空间的某一点可以用该点与标准原点之间的距离(X，Y，Z)来表示。由于使用标准原点为基准，通常情况下，该点的坐标(X，Y，Z)的数值长度较长。
以WGS-84坐标系为例，该坐标系为国际上采用的一种地心坐标系，GPS广播星历是以WGS-84坐标系为根据的，该坐标系的原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局(BIH)1984.0定义的协议地极(CTP)方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，也称为1984年世界大地坐标系，这是一个国际协议地球参考系统(ITRS)，是目前国际上统一采用的大地坐标系。WGS84坐标系中，长轴6378137.000m，短轴6356752.314m，扁率1/298.257223563。该坐标系中，地球表面容量中某一点坐标(X，Y，Z)数值的长度为10位(十进制、精度为毫米)，三个数值的总长度为30位，再加上数值的正、负号及小数点，数据长度更长。同样，在使用我国标准坐标系或地方政府规定的坐标系时，仍然存在坐标数值长度较长的不足。
在计算机系统中，三维空间坐标数值通常以浮点数值存储，由于坐标数值长度较长，还需要表达正负号及小数位的位置，占用字节较多，总体存储数值量非常大，需要占用的存储容量也较多，这将成为三维空间管理与利用等相关技术发展应用的瓶颈。
发明内容
本发明针对现有三维空间坐标存储方法中存在的不足，提出一种基于位压缩的三维空间坐标的轻量化存储方法。
通常，就某一特定的三维空间来说，其占有的空间范围是有限的，如大型建筑物、地下构筑物的空间跨度通常为几十米至几百米，如果选择某一特定点作为基准点，某一点的三维坐标则采用该点与基准点的相对偏移量作为其坐标数据，这样，该点坐标数值的长度将大大减少。
为此，本发明提出一处基于位压缩的三维空间坐标的轻量化存储方法，首先，需对三维空间的所有坐标点按标准方法进行测量、得到各坐标点在标准坐标系内的坐标(X1，Y1，Z1)、(X2，Y2，Z2)……(Xn，Yn，Zn)后，然后，再按以下步骤对坐标点坐标数值进行加工处理并存储：
A、任意选择一基准点，记录该基准点的坐标(X0，Y0，Z0)；
B、依次计算并记录三维空间内各测量点相对于基准点(X0，Y0，Z0)的相对坐标(ΔX1，ΔY1，ΔZ1)、(ΔX2，ΔY2，ΔZ2)……(ΔXn，ΔYn，ΔZn)，其中ΔX1＝X1-X0，ΔY1＝Y1-Y0，ΔZ1＝Z1-Z0，依此类推；
C、存储基准点的坐标值(X0，Y0，Z0)及各点的相对坐标(ΔX1，ΔY1，ΔZ1)、(ΔX2，ΔY2，ΔZ2)……(ΔXn，ΔYn，ΔZn)。
更加优化地，还包括如下步骤，按如下方式确定基准点的坐标值(X0，Y0，Z0)，其中X0为X1、X2……Xn中的最小值，Y0为Y1、Y2……Yn中的最小值，Z0为Z1、Z2……Zn中的最小值，按此方法确定基准点坐标时，三维空间内所有坐标点的相对坐标值均为零或正数。
更加优化地，根据坐标精度的要求，将相对坐标值的小数点向后移若干位，使所有相对坐标值为零或正整数。如测量单位以米，精度为毫米，则应将小数点向后移3位。
更进一步地，在计算机系统中存储坐标时，按如下方式确定存储相对坐标值时字节格式，即，如果已将相对坐标的数值全部转换为零或正整数，则每个字节的第一位表达本字节是否是坐标数值的最后一个字节，其中“0”表示本字节为坐标数值的最后一个字节，“1”表示后续还有一个字节，字节的其他位为数据位，存储坐标数值；如果需要存储尚未全部转换为正整数的坐标值，则上述第一个字节的第二位表达此坐标数值的正负号，其中“1”为正号，“0”为负号。
本发明提供的三维空间坐标的存储方法，通过在空间内选择一个合适的基准点，然后计算三维空间内坐标点与该基准点的相对坐标，对于一个跨度有限的三维空间来说，大大缩短了坐标数值的长度，同时，为了进一步减少存储所需容量，还将相对坐标值全部转化成正整数，这样，在存储格式无需使用正负号、无需确定小数点的位置，这样就大大减少了存储坐标数据所需的存储容量，大大节省数据存储所需成本、提高数据传送、交换效率。
在需要确定三维空间内坐标点的标准坐标数据时，只需按上述步骤进行逆运算即可。
本发明所述的方法既适用于存储三维空间坐标信息，也适用于存储一维、二维或多维容量数据，或其他具有相似特点的数据。
具体实施方式
下面结合实例具体说明如何实施本发明。
首先，需进行坐标数据的准备工作，对需要进行测量的三维空间内所有待测坐标点按标准方法进行测量、处理，得到各坐标点在标准坐标系内的坐标(X1，Y1，Z1)、(X2，Y2，Z2)……(Xn，Yn，Zn)，测量结果以米为基本单位，精确到毫米级，再按以下步骤对各坐标点坐标数值进行加工处理并存储：
实施例一：
A、任意选择一基准点，记录该基准点的坐标(X0，Y0，Z0)；
B、依次计算并记录三维空间内各测量点相对于基准点(X0，Y0，Z0)的相对坐标(ΔX1，ΔY1，ΔZ1)、(ΔX2，ΔY2，ΔZ2)……(ΔXn，ΔYn，ΔZn)，其中ΔX1＝X1-X0，ΔY1＝Y1-Y0，ΔZ1＝Z1-Z0，依此类推；
C、存储基准点的坐标值(X0，Y0，Z0)及各点的相对坐标(ΔX1，ΔY1，ΔZ1)、(ΔX2，ΔY2，ΔZ2)……(ΔXn，ΔYn，ΔZn)。
相对坐标存储值时的字节格式为，每个字节的第一位表达本字节是否是坐标数值的最后一个字节，其中“0”表示本字节为坐标数值的最后一个字节，“1”表示后续还有一个字节，第一字节的第二位表达正负号，其中“1”表示正号，“0”表示负号，字节的其他位为数据位，存储坐标数值。
实施例二：
A、选择基准点(X0，Y0，Z0)，其中，X0为X1、X2……Xn中的最小值，Y0为Y1、Y2……Yn中的最小值，Z0为Z1、Z2……Zn中的最小值，记录该基准点的坐标(X0，Y0，Z0)；
B、依次计算并记录三维空间内各测量点相对于基准点(X0，Y0，Z0)的相对坐标(ΔX1，ΔY1，ΔZ1)、(ΔX2，ΔY2，ΔZ2)……(ΔXn，ΔYn，ΔZn)，其中ΔX1＝X1-X0，ΔY1＝Y1-Y0，ΔZ1＝Z1-Z0，依此类推；
C、将相对坐标(ΔX1，ΔY1，ΔZ1)、(ΔX2，ΔY2，ΔZ2)……(ΔXn，ΔYn，ΔZn)中各数值的小数点向后移3位；
D、存储基准点的坐标值(X0，Y0，Z0)及小数点移位后的相对坐标(ΔX1，ΔY1，ΔZ1)、(ΔX2，ΔY2，ΔZ2)……(ΔXn，ΔYn，ΔZn)；
相对坐标值时存储时的字节格式为：每个字节的第一位表达本字节是否是坐标数值的最后一个字节，其中“0”表示本字节为坐标数值的最后一个字节，“1”表示后续还有一个字节，字节的其他位为数据位，存储坐标数值。
实施例一中，通过存储坐标点与基准点的相对坐标的方法，大大减少了存储所需容量，由于坐标数值中仍存在正负号及小数点，仍有进一步压缩存储容量的必要。
实施例二中，进一步将相对坐标全部转换成正整数，使得数据中没有负数及小数点，这样就进一步压缩了存储所需容量。
根据对某办公大楼第10层楼的实际测试，分别采用文本方式、二进制方式和实施例二所述方式对样本数据进行存储对比：
| 存储方式 | 占用存储容量(MB) | 占用存储容量对比 |
| 文本方式 | 20.3 | 100.00％ |
| 二进制方式 | 21.5 | 105.91％ |
| 实施例二 | 3.98 | 19.60％ |
可见，本发明提供的存储方式大大减少了存储所需容量。
需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为了清楚的说明本发明的示例，而并非是对本发明保护范围的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化和变动。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种基于位压缩的三维空间坐标的轻量化存储方法，包括准备各坐标点的坐标(X1，Y1，Z1)、(X2，Y2，Z2)……(Xn，Yn，Zn)步骤，其特征是，按以下步骤对坐标数据进行加工并存储：
A、任意选择一基准点，记录该基准点的坐标(X0，Y0，Z0)；
B、依次计算并记录三维空间内各坐标点相对于基准点(X0，Y0，Z0)的相对坐标(ΔX1，ΔY1，ΔZ1)、(ΔX2，ΔY2，ΔZ2)……(ΔXn，ΔYn，ΔZn)，其中ΔX1＝X1-X0，ΔY1＝Y1-Y0，ΔZ1＝Z1-Z0，依此类推；
C、存储基准点的坐标值(X0，Y0，Z0)及各坐标点的相对坐标(ΔX1，ΔY1，ΔZ1)、(ΔX2，ΔY2，ΔZ2)……(ΔXn，ΔYn，ΔZn)。
2.权利要求1所述的一种基于位压缩的三维空间坐标的轻量化存储方法，其特征是，按如下方式确定基准点的坐标值(X0，Y0，Z0)，其中X0为X1、X2……Xn中的最小值，Y0为Y1、Y2……Yn中的最小值，Z0为Z1、Z2……Zn中的最小值。
3.权利要求2所述的一种基于位压缩的三维空间坐标的轻量化存储方法，其特征是，根据坐标数值精度，将各坐标点的相对坐标值的小数点向后移若干位，使各坐标点的相对坐标值为零或正整数。
4.权利要求3所述的一种基于位压缩的三维空间坐标的轻量化存储方法，其特征是，按如下方式确定存储相对坐标值时字节格式，即，每个字节的第一位表达本字节是否是坐标数值的最后一个字节，其中“0”表示本字节为坐标数值的最后一个字节，“1”表示后续还有一个字节，字节的其他位为数据位，存储坐标数值。
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| CN110490970A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-11-22 | 广联达科技股份有限公司 | 存储三维几何信息的方法、装置和电子设备 |
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