CN113420103A - 矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，满足中国标准，将矢量全球数据成果以遥感影像数据为基准校勘，为提高校勘效率，提出自动匹配算法；提出矢量全球数据高速出图方案，为满足救灾、应急等GIS行业应用，设计矢量全球数据高速出图方法；本发明实现矢量全球数据建库系统，使GDP软件具备转换网上地图协作计划数据、存储与管理矢量全球数据精准成果、校勘矢量全球数据精准成果、矢量全球数据高速出图功能，通过该系统可以获取满足GIS行业标准的全球矢量数据，帮助中国企业具备全球范围内的矢量数据精准校勘与高速出图能力；同时也增加了GIS行业获取数据源的途径，为GIS中国标准的发展注入了新的活力。

Description

矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统
技术领域
本发明涉及一种矢量数据校勘与出图系统，特别涉及一种矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，属于矢量数据校勘出图技术领域。
背景技术
随着全球信息化和数字化的快速发展，中国企业已愈来愈多的参与国际性事务和商业竞争，对全球空间信息的需求也越来越迫切，获取全球空间信息，是实施全球化发展战略的需要，而现实情况是中国的一些企业和机构还不具备全球一些地区高精度空间信息产品校勘与出图能力，这严重制约了这些企业对全球地表形态和世界综合地理国情的认识、大范围生态环境变迁全球宏观监测与评估、区域事态发展态势评估与热点挖掘的能力，如何快速获取全球空间信息是当前迫切需要解决的问题。
本发明基于对众源地理数据中的网上地图协作计划数据的分析、研究及应用，发现网上地图协作计划数据具有时效性、开源性、丰富性、准确性等优势，但网上地图协作计划数据并不是标准GIS数据格式，考虑到网上地图协作计划数据的优势，将网上地图协作计划数据转换成标准GIS专题数据是很好的获取矢量全球数据和建立矢量全球数据库的方法。然而网上地图协作计划数据具有较复杂的存储格式，而且数据量很大，文件大小已超过26GB，包含30多亿条记录，将网上地图协作计划数据转换成标准的GIS专题数据存在很大的难度。
网上地图协作计划的目标是创造一个内容自由且能让所有人编辑的世界地图，具有提供开放源码、免费提供世界范围内地理数据、允许所有人在线编辑等功能。网上地图协作计划的初期，自愿者都是通过GPS和笔记本电脑在实地探查中采集地图中的数据，然后将采集的数据通过网络上传至网上地图协作计划的数据库中，数据获取的方式比较单一。近年来，由于车载GPS数量快速增加、空中拍摄技术的日趋成熟、其它地图数据来源的增加、自愿者数量快速增加等原因，使网上地图协作计划数据的采集速度快速增加、数据获取方式变的多样性。
网上地图协作计划网站是网上地图协作计划项目基于网上地图协作计划获取地理数据建立的，与公众、自愿者交互的基于REST服务的网站。该网站提供浏览地图数据、查询地图数据、在线编辑地图数据、历史地图数据查询、导出地图数据、上传和查询GPS轨迹数据、用户日记、帮助等功能。用户成功注册与登陆网上地图协作计划网站，通过在线编辑地图数据功能可查看地图数据、编辑地图数据、上传GPS轨迹数据、基于影像底图数据矢量化并上传等，具有良好的界面环境、用户操作习惯及操作向导，很大程度上方便了用户编辑、上传地理数据。
当前矢量全球数据库校勘与出图还存在诸多不足，现有技术的难点和本发明解决的问题主要集中在以下方面：
第一，中国企业已愈来愈多的参与国际性事务和商业竞争，对全球空间信息的需求也越来越迫切，获取全球空间信息，是实施全球化发展战略的需要，而现实情况是中国的一些企业和机构还不能够快速得到满足格式要求的本地区以外的矢量数据，不具备全球一些地区高精度空间信息产品，这严重制约了这些企业对全球地表形态和世界综合地理国情的认识、大范围生态环境变迁全球宏观监测与评估、区域事态发展态势评估与热点挖掘的能力，如何快速获取全球空间信息(特别是一些地理数据匮乏地区的空间信息)是当前迫切需要解决的问题，如何实现矢量全球数据库精准校勘与高速出图是本发明亟需解决的问题；
第二，本发明基于对众源地理数据中的网上地图协作计划数据的分析、研究及应用，发现网上地图协作计划数据具有时效性、开源性、丰富性、准确性等优势，但网上地图协作计划数据并不是标准GIS数据格式，考虑到网上地图协作计划数据的优势，将网上地图协作计划数据转换成标准GIS专题数据是很好的获取矢量全球数据和建立矢量全球数据库的方法。然而网上地图协作计划数据具有较复杂的存储格式，而且数据量很大，文件大小已超过26GB，包含30多亿条记录，将网上地图协作计划数据转换成标准的GIS专题数据存在很大的难度；将网上地图协作计划数据精准校勘与高速出图难度更大，全球大规模空间数据处理能力严重不足；
第三，在矢量全球数据精准成果校勘过程中，现有技术人工生成同名点是在叠加显示的矢量全球数据精准成果与遥感影像数据上选择相同的地物，人工生成同名点的过程虽然比较简单，但选择同名点的过程比较机械，容易选择错误，同时需要处理的数据是全球范围内的矢量数据，工作量非常大，该算法人工干预的工作量很大，同名点生成效率很低，也很难保证同名点的准确性和均匀分布；
第四，矢量全球数据高速出图过程中，现有技术制作模板的过程比较复杂，模板制作依照GIS数据内容，矢量全球数据中存在地理要素的大类别、地理要素的小类别，模板根据不同的类别赋不同的符号，最大的问题是出图是要求比例尺的，但网上地图协作计划数据没有比例尺的概念，转换成果矢量全球数据也是没有比例尺的概念，导致后续的出图和使用时存在严重问题，现有技术缺少可行的解决方案；
第五，现有技术获取和处理本地区以外的其它地区的空间信息还有较大难度，矢量全球数据成果精确度低，无法满足GIS标准，无法将矢量全球数据精准成果以遥感影像数据为基准校勘，缺少矢量全球数据高速出图方案，无法满足救灾、应急等GIS行业应用，无法根据不同的需要制作出图模板，GDP软件还不具有转换网上地图协作计划数据、存储与管理矢量全球数据精准成果、校勘矢量全球数据精准成果、矢量全球数据高速出图功能，无法获取满足GIS行业标准的矢量全球数据，缺少中国标准的全球范围内矢量数据校勘与出图能力。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明为得到满足精度要求的矢量全球数据，设计基于高分辨率遥感影像校勘模块，得到满足精度要求的矢量全球数据的最终成果；为满足GIS行业对高速出图的需求，设计矢量全球数据高速出图模块，通过矢量全球数据库中的专题数据建立空间索引，以满足根据空间范围获取矢量全球数据库中该空间范围内的数据；实现网上地图协作计划数据到GIS专题数据的转换功能、数据校勘功能、数据入库与管理功能、数据高速出图功能，功能模块基于GeoStar公司GDP软件的插件规范设计成不同的插件，通过GDP软件中加载实现的插件实现基于网上地图协作计划的矢量全球数据建库系统，能满足系统精准校勘与高速出图的要求，对于矢量全球数据生产效率具有极大的提高。
为达到以上技术效果，本发明所采用的技术方案如下：
矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，对网上地图协作计划数据转换成标准GIS专题数据并建立矢量全球数据库进行设计及实现，从网上地图协作计划数据快速转换的角度，为将网上地图协作计划数据转换的矢量全球数据精准成果达到行业应用的标准，研发并设计了矢量全球数据精准成果快速校勘方法及高速出图方法，此外在快速校勘过程中，提出了同名点自动匹配算法，最后根据矢量全球数据精准成果快速校勘方法及高速出图方法的研发及设计，实现了基于网上地图协作计划的矢量全球数据建库系统；
本发明将网上地图协作计划数据快速的转换成国家规范的矢量全球数据，其成果是获得矢量全球数据，具体内容包括：
第一，矢量全球数据精准成果校勘，包括基于最小二乘的几何变换、同名点自动生成算法、校勘流程设计，设计基于高分辨率遥感影像校勘模块，校勘模块基于仿射变换方法，运用最小二乘的思想，得到满足精度要求的矢量全球数据的最终成果；本发明设计将矢量全球数据精准成果与遥感影像数据叠加显示，并以遥感影像数据为基准校勘，矢量全球数据精准成果也以1:50000比例尺的标准图幅进行逐幅校勘，校勘过程中根据遥感影像数据的范围获取相应范围内的矢量全球数据精准成果；
第二，矢量全球数据高速出图，设计矢量全球数据高速出图模块，通过矢量全球数据库中的专题数据建立空间索引，以满足根据空间范围获取矢量全球数据库中该空间范围内的数据，出图的过程是从矢量全球数据库中获取制定范围内的数据，利用制作的模板将数据可视化，最后经过人工整理、编辑处理，对获取的数据按照矢量全球数据参照国家基本比例尺地图图式(GBT20257.2-2006、GBT20257.1-2007、GBT20257.3-2006)符号化，成形成满足国家标准的地图，通过对矢量全球数据在数据库中建立空间索引，提高对矢量全球数据的检索效率，矢量全球数据高速出图利用GDP软件提供的将View控件中显示的图层数据通过序列化存储为配图方案，根据需要数据的范围，从矢量全球数据库中获取当前范围内的数据，加载到View控件中，并根据存储的配图方案符号化View控件中加载的数据，在经过人工检查、整饰，即可连接打印机打印出图或者存储至本地的数字化成果；
第三，矢量全球数据库系统实现，包括系统开发环境、数据建库系统设计、数据建库系统实现，数据建库系统实现包括插件对象的实现、矢量数据快速校勘功能的实现、矢量全球数据高速出图的实现，基于网上地图协作计划的矢量全球数据建库系统主要实现网上地图协作计划数据到GIS专题数据的转换功能、数据校勘功能、数据入库与管理功能、数据高速出图功能，功能模块基于GeoStar公司GDP软件的插件规范设计成不同的插件，通过GDP软件中加载实现的插件实现基于网上地图协作计划的矢量全球数据建库系统。
矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，进一步的，基于最小二乘的几何变换：几何变换方法采用基于最小二乘的仿射变换，通过一系列的子变换的复合来实现，包括平移、缩放、翻转、旋转和剪切，该变换的公式如下:
X’＝J0+J1×X+J2×Y
Y’＝K0+K1×X+K2×Y
其中上式的X，Y为原始坐标，J0、J1、J2、K0、K1、K2为转换参数，X’、Y’为转换后的坐标，公式中有六个变换参数，至少需要对应坐标系的三个对应的同名点，同名点是矢量全球数据精准成果与遥感影像数据的同名点；
采用仿射变换需要三对以上的同名点，同时为提高矢量全球数据精准成果校勘的效果，需要在1:50000比例尺的标准图幅范围内均匀选择60至130对同名点，本发明采用最小二乘法优化通过多对同名点计算出的仿射变换参数，通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，利用最小二乘法求得未知参数，并使得这些求得的参数与实际数据之间误差的平方和为最小，通过最小二乘法计算出仿射变换参数，得到仿射变换方程，通过仿射变换方程将原始同名点(X，Y)计算出目标同名点(X’，Y’)，原始同名点(X，Y)与目标同名点(X’，Y’)的差(|X-X’|，|Y-Y’|)选择出同名点做出评估，该差值越小越好，同时将校勘过程中原始同名点与目标同名点的差做平均值，评估该校勘过程中生成的同名点，检验校勘过程是否满足标准。
矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，进一步的，同名点自动生成算法：该算法的具体流程为：
流程一，生成道路交叉点：将与五万标准图幅的遥感影像数据范围内的矢量全球数据精准成果中的交通线图层打断，从打断的矢量全球数据精准成果中的线图层中找到至少3条线的首节点或尾节点为同一个位置的点，这些点为道路交叉点；
流程二，裁切交通线图层要素：以道路交叉点中心，外扩一定距离形成一个窗口范围，根据该窗口范围裁切交通线图层，获得裁切的矢量要素；
流程三，矢量要素裁切的矢量栅格化：网上地图协作计划数据记录道路数据的宽度、车道数属性数据，将裁切的矢量要素以宽度、车道数为参数形成缓存区；如果裁切的矢量要素没有宽度、车道数属性信息，则赋默认宽度，或根据道路的类型赋不同的数值，形成缓冲区，最后则将形成的缓冲区以影像数据的分辨率栅格化生成裁切矢量要素的图像数据；
流程四，将影像数据裁切：获取流程二中形成的窗口范围，并将该范围在外扩一定宽度、高度，形成影像数据窗口范围，这是因为矢量数据和影像数据不完全匹配，匹配的过程影像数据的裁切范围要比矢量数据的裁切范围大，这样才能保证矢量数据的交叉点在影像数据中找到同名点，利用影像数据窗口范围裁切影像数据，得到该影像数据的部分数据；
流程五，将裁切的影像数据二值化：首先根据裁切的影像数据的宽度、高度，生成范围一致的图像数据，用以存储影像数据二值化信息，然后通过浏览影像数据获取道路的像素范围，以裁切的影像数据中道路的像素范围为1,道路的像素范围以外的为0，生成二值化图像信息，存储至新生成的图像数据中；
流程六，将交叉点和影像匹配生成的点形成同名点对：使用开源库OpenCV的直方图比较函数cvCompareHist，来比较流程二得到矢量栅格化图像数据与流程五影像数据二值化图像数据，得到一个相对于影像数据二值化图像数据的相对坐标点、及该坐标点处二幅图像的相似度，然后根据影像数据二值化图像数据的地理范围，换算出该坐标点的绝对坐标值；
流程七，将交叉点和影像匹配生成的点形成同名点对：经过流程一得到的交叉点与流程六得到的坐标点，形成一对同名点，接下来循环流程二至流程七，就可以得到该1:50000比例尺图幅内的同名点；
通过同名点自动生成算法获取同名点，但也需要人工检查及补充同名点，同时也需要查看获取的同名点的分布情况，根据分布情况人工调整同名点，通过同名点自动生成算法和人工检查与补充相结合的方法，既提高了同名点生成效率，也保证了同名点的准确性和均匀分布。
矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，进一步的，校勘流程设计：
校勘是在将网上地图协作计划数据转换成矢量全球数据精准成果和遥感影像数据进行匹配的过程，本发明提出同名点图层PLwSN，用来显示、编辑同名点，同名点图层继承GDP提供的ILayer、IGeoDataRoom接口、同名点集合CoPwSN，同时依赖同名点计算类CControlPointCompute类，其中ILayer接口用于绘制、可视化地理要素，同名点图层重新实现ILayer接口中的方法中，最重要的是绘制Draw方法；IGeoDataRoom接口管理、获取当前对象空间参考和范围，同名点集合主要存储同名点数据，同名点计算类利用同名点集合中的数据和最小二乘计算出仿射变换参数，进行地理要素的校勘，同名点图层继承关系中，同名点集合CoPwSN是结构体同名点ControlPoint的集合，同名点依赖结构体点PointD、同名点的类型eControlPointType，其中点PointD定义坐标(X,Y)属性和获取点与点距离的方法Dis2，同名点的类型是个枚举类型，定义自动计算的同名点和人工选择的同名点，通过同名点自动生成算法实现快速生成同名点，通过该方式获取的同名点的类型为自动计算，通过人工在该系统的操作界面上选取的同名点的类型为人工选择，同名点中定义属性和方法，同名点图层定义属性和方法。
矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，进一步的，为实现在人工选取同名点的过程中有似橡皮筋绘制效果，设置CTracker类，该类主要接受并响应GDP软件提供的View控件(可视化控件)的鼠标按下、鼠标弹起和鼠标移动事件，GIS数据的校勘效果与同名点的分布情况相关，同名点分布越均匀，GIS数据的校勘效果越好，所以在对GIS数据进行校勘之前，有必要明晰同名点的分布情况，本发明设计检测同名点分布情况，通过对需要校勘的数据范围进行格网化，将影像数据的范围等面积的划分为50行50列的格网，然后计算同名点的起始点根据位置落在哪个格网上，然后统计每个格网内的同名点的个数，来评估检测同名点分布情况；
遥感影像数据采用投影分带坐标系，而矢量全球数据采用地理坐标系，两者数据采用的坐标参考不统一，不能将数据叠加显示，为能够使两者数据快速叠加显示，将矢量全球数据的坐标系校勘到影像数据的坐标系中，特设计坐标转换的类CProjectFeatureClass。
矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，进一步的，矢量全球数据高速出图：GIS数据出图只是将感兴趣区域范围内的数据出图，GIS数据出图的流程为：
第一步，GIS数据预处理：包括GIS数据属性字段、分类代码及拓扑关系的一致性、完整性整理；
第二步，制作模板：模板的制作按照出图要求，包括图层模板、配图模板，其中图层模板根据出图要求加载需要的图层，配图模板是实现高速出图的关键，依照国家配图标准设置地理各要素的配图符号，包括注记模板、符号模板；
第三步，成图：根据第二步制作的模板将数据库中的GIS数据可视化，满足国家配图标准，该过程需要人工干预、检查；
第四步，地图整饰：该步骤主要是为第三步的成果添加标题名称、比例尺、图框、指北针、网格地图整饰要素；
为实现矢量全球数据的高速出图，主要在于第二步和第三步，矢量全球数据具有统一的数据结构，并且将全球范围内的数据统一管理，矢量全球数据可以满足第一步，由于最终形成的系统是基于GIS平台做二次开发，所以该GIS平台需具备地图整饰功能，满足第四步。
矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，进一步的，制作模板的过程比较复杂，模板制作依照GIS数据内容，矢量全球数据中存在Type(地理要素的大类别)、Type_sec(地理要素的小类别)，模板根据不同的类别赋不同的符号，最大的问题是出图是要求比例尺的，但网上地图协作计划数据没有比例尺的概念，所以本发明的转换成果矢量全球数据也是没有比例尺的概念，该问题的解决方案是根据不同的比例尺对矢量全球数据中字段Type(地理要素的大类别)、Type_sec(地理要素的小类别)进行分析、提取、过滤操作，以满足矢量全球数据对不同比例尺出图的需求，制作模板是迭代的过程，需要逐步完善以满足国家标准要求；
成图的过程是从矢量全球数据库中获取制定范围内的数据，利用制作的模板将数据可视化，最后经过人工整理、编辑处理，形成满足国家标准的地图，该过程的问题是如何快速的从矢量全球数据库获取某个范围内的数据，通过对矢量全球数据在数据库中建立空间索引，提高对矢量全球数据的检索效率，矢量全球数据高速出图的设计是利用GDP软件提供的将View控件中显示的图层数据通过序列化存储为配图方案(后缀为.render)，根据需要数据的范围，从矢量全球数据库中获取当前范围内的数据，加载到View控件中，并根据存储的配图方案符号化View控件中加载的数据，在经过人工检查、整饰，即可连接打印机打印出图或者存储至本地的数字化成果。
矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，进一步的，数据建库系统中系统架构设计：实现插件应用架构须定义两个标准接口，一个为由宿主程序实现的扩展接口，一个为插件对象实现的插件接口，宿主程序扩展接口完全由宿主程序实现，插件只是调用和使用；插件接口完全由插件实现，宿主程序也只是调用和使用，GDP软件定义DesktopHelp(消息中心)，宿主程序与插件对象、插件对象之间通过DesktopHelp进行消息之间的传递，GDP软件为插件对象主要提供3个接口：IAddIn、IExtensibility、IDealEvent，
第一，IAddIn接口：插件信息接口，包括名称、ID标识号、描述、版本、版权信息；
第二，IExtensibility接口：插件加载过程中的事件接口，包括插件的加载、创建、启动、析构、卸载，通过此接口插件可获得架构对象资源，该接口控制插件的生命期，宿主程序会首先调用OnConnection()方法，并传递IApplication对象给插件；宿主程序再调用OnInstanceCreated()做初始化工作，然后调用OnStartupComplete()实现插件的完全加载；在插件生命期结束时，调用OnInstanceDestroyed()进行清理工作，最后调用OnDisconnection()卸载插件；
第三，IDealEvent接口：插件处理事件接口，接收架构发送过来的消息，插件对象在该接口中实现自身的功能，在成功加载插件对象之后，当宿主程序接收到调用插件的消息时(键盘、鼠标响应)，就会调用插件的DealEvent方法来启动该插件和处理消息命令。
矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，进一步的，数据建库系统中插件对象的实现：首先在VS2015中，利用VisualC#创建类库工程，然后在类库工程中引用GDP软件中的库文件，包括GeoSapceLib、GeoSystemSupport、DesktopHelp、GeoStarDesktop6(宿主程序)、GeostarCore，这些库文件是插件对象的开发环境，最后在新建的类库中继承并实现GeoStarDesktop6中的IExtensibility接口、IDealEvent接口；这样一个插件对象新建成功，最终为一个动态库文件，后缀为×.dll；
GDP软件是通过读取配置文件GMPDLGCorrectAddins.xml加载并创建插件对象，所以将新建的插件对象加载到GDP软件中，只要更改配置文件，不需要更改GDP软件的一行代码，实现真正意义上的即插即用，该系统新建的插件为DLGCorrect.dll，在配置文件中将该插件的信息按照GDP软件的规范添加一条记录即可，为与DLGCorrect插件对象进行交互，需要在GeoStarDesktop6(宿主程序)Ribbon菜单栏中添加菜单，GDP软件的菜单栏也是通过配置文件生成，只要在GMPDLGCorrectMainToolBar.Fun文件中添加记录即可。
矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，进一步的，数据建库系统中矢量数据快速校勘功能的实现：首先在该系统中加载遥感影像数据，然后根据影像数据的范围从Oracle数据库中获取该范围内的矢量数据，通过自动生成同名点及人工选择同名点，计算出仿射变换参数，将地理要素进行校勘，其具体过程为：
过程一，打开影像数据：点击菜单栏上的打开影像，弹出打开影像文件的对话框，选择要加载的影像文件路径，影像文件加载到视图控件中；
过程二，加载影像范围的矢量数据：首先连接Oracle数据库，获取加载影像数据的范围，考虑到校勘数据会发生变化，所以将该范围再外扩10％，并将外扩后的范围经过投影获取基于CGCS2000坐标系的地理范围，从Oracle数据库中获取该地理范围内的矢量数据，并将获取的矢量数据经过投影得到基于投影坐标系的矢量数据，加载到视图控件中；
过程三，生成同名点：通过自动生成同名点和人工选择同名点两种方式相结合的形式生成同名点后，对同名点进行选择、编辑操作；
过程四，显示同名点数据列表，该列表显示同名点的信息，包括唯一标识号、起始点坐标、终止点坐标、残差；同时编辑起始点坐标、终止点坐标，编辑完后视图控件内相应的同名点的位置会随之变化，双击该列表的记录，就会在视图控件内定位该同名点，并处于选中状态，该数据列表支持导入、导出同名点数据,用csv文件存储；也能更改同名点两点之间的连线颜色；
过程五，检测同名点分布情况：该视图可查看同名点的分布情况，根据分块的颜色判断，同时也可以双击分割的单元格，在视图控件中定位；
过程六，校勘：根据同名点计算出的仿射变换参数，对矢量数据进行校勘，并将校勘的结果添加到视图控件中显示，查看校勘后的数据效果，该过程是个迭代过程，可以将校勘后的数据再次校勘，直至达到标准。
与现有技术相比，本发明的贡献和创新点在于：
第一，本发明对网上地图协作计划数据转换成标准GIS专题数据并建立矢量全球数据库进行设计及实现，为了将网上地图协作计划数据转换的矢量全球数据精准成果达到行业应用的标准，研发并设计了矢量全球数据精准成果快速校勘方法及高速出图方法，此外在快速校勘过程中，提出了同名点自动匹配算法，实现了基于网上地图协作计划的矢量全球数据建库系统，能够快速得到满足格式要求的本地区以外的矢量数据，有助于中国企业快速方便的构建全球一些地区高精度空间信息产品，有助于对全球地表形态和世界综合地理国情的认识、大范围生态环境变迁全球宏观监测与评估、区域事态发展态势评估与热点挖掘的能力，有助于基于中国模式和标准快速获取全球空间信息(特别是一些地理数据匮乏地区的空间信息)；
第二，地面控制信息和矢量数据对于遥感影像的高精度定位和解译具有重要的作用，但现有技术获取本地区以外的其它地区的空间信息还有较大难度，本发明将网上地图协作计划数据快速转换成国家规范的矢量全球数据，其成果是获得矢量全球数据，本发明获取全球空间信息，掌握全球地理信息资源，对于理解区域乃至全球自然资源和社会资源的布局和发展变换状态、乃至认识地球，进行全球社会经济发展研究具有积极意义，本发明有助于较为方便快捷的获取一些地理数据匮乏地区的空间信息，增强了对全球地表形态和世界综合地理国情的认识，对于中国企业加深参与国际事务和全球化发展、实施全球战略的进度和深度有较大的帮助，为全球变化和地球系统科学研究提供全球数据支持，有利于中国企业构建矢量全球数据库，完成精准校勘与高速出图，提升大规模空间数据处理能力；
第三，本发明为得到满足精度要求的矢量全球数据，设计基于高分辨率遥感影像校勘模块，得到满足精度要求的矢量全球数据的最终成果；为满足GIS行业对高速出图的需求，设计矢量全球数据高速出图模块，通过矢量全球数据库中的专题数据建立空间索引，以满足根据空间范围获取矢量全球数据库中该空间范围内的数据；实现网上地图协作计划数据到GIS专题数据的转换功能、数据校勘功能、数据入库与管理功能、数据高速出图功能，功能模块基于GeoStar公司GDP软件的插件规范设计成不同的插件，通过GDP软件中加载实现的插件实现基于网上地图协作计划的矢量全球数据建库系统，能满足系统精准校勘与高速出图的要求，对于矢量全球数据生产效率具有极大的提高；
第四，在矢量全球数据精准成果校勘过程中，现有技术人工生成同名点是在叠加显示的矢量全球数据精准成果与遥感影像数据上选择相同的地物，人工生成同名点选择同名点的过程比较机械，容易选择错误，同时需要处理的数据是全球范围内的矢量数据，工作量很大，本发明提出同名点自动生成算法，通过同名点自动生成算法获取同名点，该算法减少了人工干预的工作量，大幅提高了同名点生成效率，通过同名点自动生成算法和人工检查与补充相结合的方法，既提高了同名点的生成效率，也保证了同名点的准确性和均匀分布；
第五，本发明提出矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，为提高矢量全球数据精准成果精确度，满足GIS标准，基于仿射变换方法，将矢量全球数据精准成果以遥感影像数据为基准校勘，为提高校勘效率，提出自动匹配算法；提出矢量全球数据高速出图方案，为满足救灾、应急等GIS行业应用，设计矢量全球数据高速出图方法，通过对矢量全球数据建立空间索引、制作出图模板方法实现，制作出图模板是个迭代过程，以后也可以根据不同的需要制作出图模板；本发明实现矢量全球数据建库系统，使GDP软件具备转换网上地图协作计划数据、存储与管理矢量全球数据精准成果、校勘矢量全球数据精准成果、矢量全球数据高速出图功能，通过该系统可以获取满足GIS行业标准的矢量全球数据，帮助中国企业具备全球范围内的矢量数据精准校勘与高速出图能力；同时也增加了GIS行业获取数据源的途径，为GIS的发展注入了新的活力。
附图说明
图1是本发明的同名点自动生成算法流程图。
图2是本发明矢量全球数据校勘流程图。
图3是本发明插件应用架构工作机制示意图。
图4是本发明插件对象的接口示意图。
图5是本发明视图加载矢量数据示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明提供的矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统的技术方案进行进一步的描述，使本领域的技术人员能够更好的理解本发明并能予以实施。
本发明对网上地图协作计划数据转换成标准GIS专题数据并建立矢量全球数据库进行设计及实现，从网上地图协作计划数据快速转换的角度，为了将网上地图协作计划数据转换的矢量全球数据精准成果达到行业应用的标准，研发并设计了矢量全球数据精准成果快速校勘方法及高速出图方法，此外在快速校勘过程中，提出了同名点自动匹配算法，最后根据对网上地图协作计划数据转换的研究及设计、矢量全球数据精准成果快速校勘方法及高速出图方法的研发及设计，实现了基于网上地图协作计划的矢量全球数据建库系统。
地面控制信息和矢量数据对于遥感影像的高精度定位和解译具有重要的作用，但现有技术获取和处理本地区以外的其它地区的空间信息还有较大难度，本发明将网上地图协作计划数据快速的转换成国家规范的矢量全球数据，其成果是获得矢量全球数据。根据上述目标，本发明的内容包括：
第一，矢量全球数据精准成果校勘，包括基于最小二乘的几何变换、同名点自动生成算法、校勘流程设计，为得到满足精度要求的矢量全球数据，设计基于高分辨率遥感影像校勘模块，校勘模块基于仿射变换方法，运用最小二乘的思想，得到满足精度要求的矢量全球数据的最终成果；为验证和提高矢量全球数据精准成果的几何精度，本发明设计将矢量全球数据精准成果与遥感影像数据叠加显示，并以遥感影像数据为基准校勘，矢量全球数据精准成果也以1:50000比例尺的标准图幅进行逐幅校勘，校勘过程中根据遥感影像数据的范围获取相应范围内的矢量全球数据精准成果；
第二，矢量全球数据高速出图，为满足GIS行业对高速出图的需求，设计矢量全球数据高速出图模块，通过矢量全球数据库中的专题数据建立空间索引，以满足根据空间范围获取矢量全球数据库中该空间范围内的数据，出图的过程是从矢量全球数据库中获取制定范围内的数据，利用制作的模板将数据可视化，最后经过人工整理、编辑处理，对获取的数据按照矢量全球数据参照国家基本比例尺地图图式(GBT20257.2-2006、GBT20257.1-2007、GBT20257.3-2006)符号化，成形成满足国家标准的地图，通过对矢量全球数据在数据库中建立空间索引，提高对矢量全球数据的检索效率，矢量全球数据高速出图利用GDP软件提供的将View控件中显示的图层数据通过序列化存储为配图方案(后缀为.render)，根据需要数据的范围，从矢量全球数据库中获取当前范围内的数据，加载到View控件中，并根据存储的配图方案符号化View控件中加载的数据，在经过人工检查、整饰，即可连接打印机打印出图或者存储至本地的数字化成果；
第三，矢量全球数据库系统实现，包括系统开发环境、数据建库系统设计、数据建库系统实现，数据建库系统实现包括插件对象的实现、矢量数据快速校勘功能的实现、矢量全球数据高速出图的实现，基于网上地图协作计划的矢量全球数据建库系统主要实现网上地图协作计划数据到GIS专题数据的转换功能、数据校勘功能、数据入库与管理功能、数据高速出图功能，功能模块基于GeoStar公司GDP软件的插件规范设计成不同的插件，通过GDP软件中加载实现的插件实现基于网上地图协作计划的矢量全球数据建库系统。
一、矢量全球数据精准成果校勘
矢量全球数据精准成果将网上地图协作计划数据转换成GIS标准专题数据得到，由于数据来源不同，矢量全球数据精准成果与遥感影像数据可能存在误差，所以两种数据中同一地物在几何位置上可能存在偏差。为验证和提高矢量全球数据精准成果的几何精度，本发明设计将矢量全球数据精准成果与遥感影像数据叠加显示，并以遥感影像数据为基准校勘。由于遥感影像数据能被有效的存储、管理，被划分为1:50000比例尺的标准图幅，所以矢量全球数据精准成果也以1:50000比例尺的标准图幅进行逐幅校勘。校勘过程中根据遥感影像数据的范围获取相应范围内的矢量全球数据精准成果。
(一)基于最小二乘的几何变换
本发明几何变换方法采用基于最小二乘的仿射变换，通过一系列的子变换的复合来实现，包括平移、缩放、翻转、旋转和剪切，该变换的公式如下:
X’＝J0+J1×X+J2×Y
Y’＝K0+K1×X+K2×Y
其中上式的X，Y为原始坐标，J0、J1、J2、K0、K1、K2为转换参数，X’、Y’为转换后的坐标，公式中有六个变换参数，至少需要对应坐标系的三个对应的同名点，同名点是矢量全球数据精准成果与遥感影像数据的同名点。
由于采用仿射变换需要三对以上的同名点，同时为提高矢量全球数据精准成果校勘的效果，需要在1:50000比例尺的标准图幅范围内均匀选择60至130对同名点。本发明采用最小二乘法优化通过多对同名点计算出的仿射变换参数，通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，利用最小二乘法求得未知参数，并使得这些求得的参数与实际数据之间误差的平方和为最小，通过最小二乘法计算出仿射变换参数，得到仿射变换方程，通过仿射变换方程将原始同名点(X，Y)计算出目标同名点(X’，Y’)，原始同名点(X，Y)与目标同名点(X’，Y’)的差(|X-X’|，|Y-Y’|)选择出同名点做出评估，该差值越小越好。同时将校勘过程中原始同名点与目标同名点的差做平均值，评估该校勘过程中生成的同名点，检验校勘过程是否满足标准。
(二)同名点自动生成算法
现有技术通常的做法为人工生成同名点，就是在叠加显示的矢量全球数据精准成果与遥感影像数据上选择相同的地物，人工生成同名点的过程虽然比较简单，但选择同名点的过程比较机械，容易选择错误，同时需要处理的数据是全球范围内的矢量数据，工作量很大。本发明提出同名点自动生成算法，该算法的流程图如图1，该算法的具体流程为：
流程一，生成道路交叉点：将与五万标准图幅的遥感影像数据范围内的矢量全球数据精准成果中的交通线图层打断，从打断的矢量全球数据精准成果中的线图层中找到至少3条线的首节点或尾节点为同一个位置的点，这些点为道路交叉点；
流程二，裁切交通线图层要素：以道路交叉点中心，外扩一定距离形成一个窗口范围，根据该窗口范围裁切交通线图层，获得裁切的矢量要素；
流程三，矢量要素裁切的矢量栅格化：网上地图协作计划数据记录道路数据的宽度、车道数属性数据，将裁切的矢量要素以宽度、车道数为参数形成缓存区；如果裁切的矢量要素没有宽度、车道数属性信息，则赋默认宽度，或根据道路的类型赋不同的数值，形成缓冲区，最后则将形成的缓冲区以影像数据的分辨率栅格化生成裁切矢量要素的图像数据；
流程四，将影像数据裁切：获取流程二中形成的窗口范围，并将该范围在外扩一定宽度、高度，形成影像数据窗口范围，这是因为矢量数据和影像数据不完全匹配，匹配的过程影像数据的裁切范围要比矢量数据的裁切范围大，这样才能保证矢量数据的交叉点在影像数据中找到同名点，利用影像数据窗口范围裁切影像数据，得到该影像数据的部分数据；
流程五，将裁切的影像数据二值化：首先根据裁切的影像数据的宽度、高度，生成范围一致的图像数据，用以存储影像数据二值化信息，然后通过浏览影像数据获取道路的像素范围，以裁切的影像数据中道路的像素范围为1,道路的像素范围以外的为0，生成二值化图像信息，存储至新生成的图像数据中；
流程六，将交叉点和影像匹配生成的点形成同名点对：使用开源库OpenCV的直方图比较函数cvCompareHist，来比较流程二得到矢量栅格化图像数据与流程五影像数据二值化图像数据，得到一个相对于影像数据二值化图像数据的相对坐标点、及该坐标点处二幅图像的相似度，然后根据影像数据二值化图像数据的地理范围，换算出该坐标点的绝对坐标值；
流程七，将交叉点和影像匹配生成的点形成同名点对：经过流程一得到的交叉点与流程六得到的坐标点，形成一对同名点，接下来循环流程二至流程七，就可以得到该1:50000比例尺图幅内的同名点。
通过同名点自动生成算法获取同名点，该算法减少了人工干预的工作量，大幅提高了同名点生成效率，但也需要人工检查及补充同名点，同时也需要查看获取的同名点的分布情况，根据分布情况人工调整同名点，通过同名点自动生成算法和人工检查与补充相结合的方法，既提高了同名点的生成效率，也保证了同名点的准确性和均匀分布。
(三)校勘流程设计
校勘是在将网上地图协作计划数据转换成矢量全球数据精准成果和遥感影像数据进行匹配的过程，其流程如图2所示。考虑到界面友好性和作业员的操作习惯，本发明提出同名点图层PLwSN，用来显示、编辑同名点，同名点图层继承GDP提供的ILayer、IGeoDataRoom接口、同名点集合CoPwSN，同时依赖同名点计算类CControlPointCompute类，其中ILayer接口用于绘制、可视化地理要素，同名点图层重新实现ILayer接口中的方法中，最重要的是绘制Draw方法；IGeoDataRoom接口管理、获取当前对象空间参考和范围，同名点集合主要存储同名点数据，同名点计算类利用同名点集合中的数据和最小二乘计算出仿射变换参数，进行地理要素的校勘。同名点图层继承关系中，同名点集合CoPwSN是结构体同名点ControlPoint的集合，同名点依赖结构体点PointD、同名点的类型eControlPointType，其中点PointD定义坐标(X,Y)属性和获取点与点距离的方法Dis2，同名点的类型是个枚举类型，定义自动计算的同名点和人工选择的同名点，通过同名点自动生成算法实现快速生成同名点，通过该方式获取的同名点的类型为自动计算，通过人工在该系统的操作界面上选取的同名点的类型为人工选择。同名点中定义属性和方法，同名点图层定义属性和方法。
为实现在人工选取同名点的过程中有似橡皮筋绘制效果，设置CTracker类，该类主要接受并响应GDP软件提供的View控件(可视化控件)的鼠标按下、鼠标弹起和鼠标移动事件，GIS数据的校勘效果与同名点的分布情况相关，同名点分布越均匀，GIS数据的校勘效果越好，所以在对GIS数据进行校勘之前，有必要明晰同名点的分布情况。本发明设计检测同名点分布情况，通过对需要校勘的数据范围进行格网化，将影像数据的范围等面积的划分为50行50列的格网，然后计算同名点的起始点根据位置落在哪个格网上，然后统计每个格网内的同名点的个数，来评估检测同名点分布情况。
遥感影像数据采用投影分带坐标系，而矢量全球数据采用地理坐标系，两者数据采用的坐标参考不统一，不能将数据叠加显示。为快速能够使两者数据叠加显示，将矢量全球数据的坐标系校勘到影像数据的坐标系中，特设计了坐标转换的类CProjectFeatureClass。
二、矢量全球数据高速出图
自然灾害频频发生，给国家和人民造成了巨大损失。在应急救灾现场需要现势性、准确性很强的地图，为救灾指挥中心决策、指挥、工作部署提供参考，随着计算机、GIS技术的发展，地图在救灾过程中发挥着越来越重要的作用。
GIS数据出图只是将感兴趣区域范围内的数据出图，GIS数据出图的流程为：
第一步，GIS数据预处理：包括GIS数据属性字段、分类代码及拓扑关系的一致性、完整性整理；
第二步，制作模板：模板的制作按照出图要求，包括图层模板、配图模板，其中图层模板根据出图要求加载需要的图层，配图模板是实现高速出图的关键，依照国家配图标准设置地理各要素的配图符号，包括注记模板、符号模板；
第三步，成图：根据第二步制作的模板将数据库中的GIS数据可视化，满足国家配图标准，该过程需要人工干预、检查；
第四步，地图整饰：该步骤主要是为第三步的成果添加标题名称、比例尺、图框、指北针、网格地图整饰要素。
为实现矢量全球数据的高速出图，主要在于第二步和第三步，矢量全球数据具有统一的数据结构，并且将全球范围内的数据统一管理，这样有利于GIS数据高速出图，矢量全球数据可以满足第一步，由于最终形成的系统是基于GIS平台做二次开发，所以该GIS平台需具备地图整饰功能，满足第四步。
制作模板的过程比较复杂，模板制作依照GIS数据内容，矢量全球数据中存在Type(地理要素的大类别)、Type_sec(地理要素的小类别)，模板根据不同的类别赋不同的符号，最大的问题是出图是要求比例尺的，但网上地图协作计划数据没有比例尺的概念，所以本发明的转换成果矢量全球数据也是没有比例尺的概念。该问题的解决方案是根据不同的比例尺对矢量全球数据中字段Type(地理要素的大类别)、Type_sec(地理要素的小类别)进行分析、提取、过滤操作，以满足矢量全球数据对不同比例尺出图的需求，制作模板是迭代的过程，需要逐步完善以满足国家标准要求。
成图的过程是从矢量全球数据库中获取制定范围内的数据，利用制作的模板将数据可视化，最后经过人工整理、编辑处理，形成满足国家标准的地图，该过程的问题是如何快速的从矢量全球数据库获取某个范围内的数据，通过对矢量全球数据在数据库中建立空间索引，提高对矢量全球数据的检索效率，矢量全球数据高速出图的设计是利用GDP软件提供的将View控件中显示的图层数据通过序列化存储为配图方案(后缀为.render)，根据需要数据的范围，从矢量全球数据库中获取当前范围内的数据，加载到View控件中，并根据存储的配图方案符号化View控件中加载的数据，在经过人工检查、整饰，即可连接打印机打印出图或者存储至本地的数字化成果。
三、矢量全球数据库系统实现
(一)系统开发环境
系统开发是基于C#、GDP数据处理软件，利用插件技术使GDP软件具备读取、转换、校勘网上地图协作计划数据能力你，GDP为吉奥公司开发的GIS数据处理软件，通过插件技术实现，将功能模块化，具有良好的可扩充性、可定制性和可维护性，支持二次开发；具有GIS数据浏览、查询、编辑、管理与空间分析等功能；支持Oracle数据库、本地文件数据库等多种数据库。VS2015采用软件提供的C#设计该系统的界面，使界面美观、缩短开发周期；利用C++设计该系统实现的功能，提升系统处理数据的性能；利用CLR作为C++和C#的桥梁，使C#通过CLR调用C++实现的类；Oracle Database数据库软件，用于存储与管理矢量全球数据。
(二)数据建库系统设计
1、系统架构设计
GDP软件基于插件技术实现，系统设计参照GDP软件插件规范，系统架构设计的目的是优化软件开发团队的管理、增加软件开发项目的可控，具有模块化、可重用性、可扩展性、简单性和可维护性五大特点。一是模块化，系统可以从逻辑上被划分为若干个逻辑独立的层次和模块，提高系统的聚合性，降低系统的耦合性，各模块通过统一的协议进行通讯；二是可重用性，代码的可重用性是衡量代码质量的一个重要标志，无论是都类、接口的抽象，都是为了提高代码的可重用性，避免程序员编写重复的代码；三是可扩展性，可扩展性是系统架构设计最重要的特征，意味着该系统的功能及应用可以扩展，具有生命力；四是简单性，系统架构的简单性体现在架构提供了明确的工作模式，使用者无须考虑该系统架构的实现步骤、内在关联和管理，只须简单的在统一步骤的基础上进行开发；五是可维护性，系统架构划分为不同的模块，这样某个模块改变后，不会影响到系统的整体使用，提高系统的可维护性。
插件是在软件设计与开发过程中，将整个应用程序划分为宿主程序和插件对象，宿主程序能够调用插件对象，插件对象能够在宿主程序中实现自己的功能，两者的交互是基于定义好的通讯协议，插件应用架构工作机制见图3。
实现插件应用架构须定义两个标准接口，一个为由宿主程序实现的扩展接口，一个为插件对象实现的插件接口。宿主程序扩展接口完全由宿主程序实现，插件只是调用和使用；插件接口完全由插件实现，宿主程序也只是调用和使用，GDP软件定义DesktopHelp(消息中心)，宿主程序与插件对象、插件对象之间通过DesktopHelp进行消息之间的传递，GDP软件为插件对象主要提供3个接口：IAddIn、IExtensibility、IDealEvent，插件对象的接口见图4。
第一，IAddIn接口：插件信息接口，包括名称、ID标识号、描述、版本、版权信息；
第二，IExtensibility接口：插件加载过程中的事件接口，包括插件的加载、创建、启动、析构、卸载，通过此接口插件可获得架构对象资源，该接口控制插件的生命期，宿主程序会首先调用OnConnection()方法，并传递IApplication对象给插件；宿主程序再调用OnInstanceCreated()做初始化工作，然后调用OnStartupComplete()实现插件的完全加载；在插件生命期结束时，调用OnInstanceDestroyed()进行清理工作，最后调用OnDisconnection()卸载插件；
第三，IDealEvent接口：插件处理事件接口，接收架构发送过来的消息，插件对象在该接口中实现自身的功能，在成功加载插件对象之后，当宿主程序接收到调用插件的消息时(键盘、鼠标响应)，就会调用插件的DealEvent方法来启动该插件和处理消息命令。
2、系统交互与界面设计
本发明系统的菜单栏采用Ribbon架构，该系统主要分为二大模块，数据管理和数据校勘，数据管理主要包括以下子模块：
第一，网上地图协作计划数据转换：将网上地图协作计划数据转换为矢量全球数据精准成果，通过调用网上地图协作计划数据快速转换可执行性程序实现；
第二，连接数据库：通过输入服务器IP地址、Oracle数据库名称、用户名、密码、Oracle数据库端口连接Oracle数据库，用来存储、管理矢量全球数据；
第三，初始化数据库：初始化Oracle数据库，在该数据库中增加文件，使Oracle数据库支持GeoStar格式的文件；
第四，数据入库：将网上地图协作计划数据转换的矢量全球数据精准成果存储至Oracle数据库，并在Oracle数据库对矢量全球数据精准成果建立空间索引，加快对该数据的检索速度。
数据校勘主要包括以下子模块：
第一，文件管理：包括打开影像、打开原始数据、打开更新矢量、保存矢量文件，其中打开影像为打开遥感影像文件，打开原始数据是打开Oralce数据库中需校勘的数据，矢量数据范围根据影像文件的范围从Oracle数据库中裁切获取；打开更新矢量是为了打开网上地图协作计划数据更新文件；保存矢量文件是将打开的原始数据保存为本地文件；
第二，视图：包括漫游、放大、缩小、刷新、全图、比例尺工具,通过这些工具浏览视图内的数据；
第三，同名点：包括自动计算同名点、手动添加同名点、选择同名点、删除同名点、同名点数据列表、同名点分布检测，其中自动计算同名点是自动发现矢量数据与影像数据的同名点；手动添加同名点是通过人工的方式选取矢量数据与影像数据的同名点；选择同名点是将同名点选择，处于选中状态后才能进行编辑、删除操作；删除同名点是选中的同名点删除；同名点数据列表是以列表的形式显示同名数据的坐标、残差数据；同名点分布检测是将生成的同名点分布情况用图的形式显示出来，作为对同名点选取质量的一个评估；
第四，校勘输出：包括矢量校勘、图幅输出，其中矢量校勘是通过选取的同名点计算出仿射变换参数，将地理要素进行校勘，并将校勘后矢量数据加载到View控件中显示，检验校勘效果，如果不满意则在校勘成果的基础上继续校勘直到满意为止；图幅输出是将达到满意的校勘数据输出至本地成果库。
该系统为加载视图控件和图层树控件，同时也为了系统界面有了良好的灵活性、用户的定制性，采用开源的类库weiFenLuo.winFormsUI.Docking.dll。
(三)数据建库系统实现
1、插件对象的实现
首先在VS2015中，利用VisualC#创建类库工程，然后在类库工程中引用GDP软件中的库文件，包括GeoSapceLib、GeoSystemSupport、DesktopHelp、GeoStarDesktop6(宿主程序)、GeostarCore，这些库文件是插件对象的开发环境，最后在新建的类库中继承并实现GeoStarDesktop6中的IExtensibility接口、IDealEvent接口。这样一个插件对象就新建成功了，最终为一个动态库文件，后缀为×.dll。
GDP软件是通过读取配置文件GMPDLGCorrectAddins.xml加载并创建插件对象，所以将新建的插件对象加载到GDP软件中，只要更改配置文件，不需要更改GDP软件的一行代码，实现真正意义上的即插即用，该系统新建的插件为DLGCorrect.dll，在配置文件中将该插件的信息按照GDP软件的规范添加一条记录即可，为与DLGCorrect插件对象进行交互，需要在GeoStarDesktop6(宿主程序)Ribbon菜单栏中添加菜单，GDP软件的菜单栏也是通过配置文件生成，只要在GMPDLGCorrectMainToolBar.Fun文件中添加记录即可。
2、矢量数据快速校勘功能的实现
首先在该系统中加载遥感影像数据，然后根据影像数据的范围从Oracle数据库中获取该范围内的矢量数据，通过自动生成同名点及人工选择同名点，计算出仿射变换参数，将地理要素进行校勘。其具体过程为：
过程一，打开影像数据：点击菜单栏上的打开影像，弹出打开影像文件的对话框，选择要加载的影像文件路径，影像文件加载到视图控件中；
过程二，加载影像范围的矢量数据：首先连接Oracle数据库，获取加载影像数据的范围，考虑到校勘数据会发生变化，所以将该范围再外扩10％，并将外扩后的范围经过投影获取基于CGCS2000坐标系的地理范围，从Oracle数据库中获取该地理范围内的矢量数据，并将获取的矢量数据经过投影得到基于投影坐标系的矢量数据，加载到视图控件中，如图5；
过程三，生成同名点：通过自动生成同名点和人工选择同名点两种方式相结合的形式生成同名点后，对同名点进行选择、编辑操作；
过程四，显示同名点数据列表，该列表显示同名点的信息，包括唯一标识号、起始点坐标、终止点坐标、残差；同时编辑起始点坐标、终止点坐标，编辑完后视图控件内相应的同名点的位置会随之变化，双击该列表的记录，就会在视图控件内定位该同名点，并处于选中状态。该数据列表支持导入、导出同名点数据,用csv文件存储；也能更改同名点两点之间的连线颜色；
过程五，检测同名点分布情况：该视图可查看同名点的分布情况，根据分块的颜色判断，同时也可以双击分割的单元格，在视图控件中定位；
过程六，校勘：根据同名点计算出的仿射变换参数，对矢量数据进行校勘，并将校勘的结果添加到视图控件中显示，查看校勘后的数据效果，该过程是个迭代过程，可以将校勘后的数据再次校勘，直至达到标准。
3、矢量全球数据高速出图的实现
根据国家基本比例尺地图图式生成GDP软件的配图方案，根据出图数据的范围，从Oracle数据库中获取该范围内的数据，存储至本地，更改配图方案中的矢量数据路径，即可在视图控件中显示矢量数据，通过人工检查、整饰，即可出图，基于输出菜单栏，将视图控件内的图层导出为数字化成果，以BMP、JPG、TIF文件存储。

Claims (10)

1.矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，其特征在于，对网上地图协作计划数据转换成标准GIS专题数据并建立矢量全球数据库进行设计及实现，从网上地图协作计划数据快速转换的角度，为将网上地图协作计划数据转换的矢量全球数据精准成果达到行业应用的标准，研发并设计了矢量全球数据精准成果快速校勘方法及高速出图方法，此外在快速校勘过程中，提出了同名点自动匹配算法，最后根据矢量全球数据精准成果快速校勘方法及高速出图方法的研发及设计，实现了基于网上地图协作计划的矢量全球数据建库系统；
本发明将网上地图协作计划数据快速的转换成国家规范的矢量全球数据，其成果是获得矢量全球数据，具体内容包括：
第一，矢量全球数据精准成果校勘，包括基于最小二乘的几何变换、同名点自动生成算法、校勘流程设计，设计基于高分辨率遥感影像校勘模块，校勘模块基于仿射变换方法，运用最小二乘的思想，得到满足精度要求的矢量全球数据的最终成果；本发明设计将矢量全球数据精准成果与遥感影像数据叠加显示，并以遥感影像数据为基准校勘，矢量全球数据精准成果也以1:50000比例尺的标准图幅进行逐幅校勘，校勘过程中根据遥感影像数据的范围获取相应范围内的矢量全球数据精准成果；
第二，矢量全球数据高速出图，设计矢量全球数据高速出图模块，通过矢量全球数据库中的专题数据建立空间索引，以满足根据空间范围获取矢量全球数据库中该空间范围内的数据，出图的过程是从矢量全球数据库中获取制定范围内的数据，利用制作的模板将数据可视化，最后经过人工整理、编辑处理，对获取的数据按照矢量全球数据参照国家基本比例尺地图图式(GBT20257.2-2006、GBT20257.1-2007、GBT20257.3-2006)符号化，成形成满足国家标准的地图，通过对矢量全球数据在数据库中建立空间索引，提高对矢量全球数据的检索效率，矢量全球数据高速出图利用GDP软件提供的将View控件中显示的图层数据通过序列化存储为配图方案，根据需要数据的范围，从矢量全球数据库中获取当前范围内的数据，加载到View控件中，并根据存储的配图方案符号化View控件中加载的数据，在经过人工检查、整饰，即可连接打印机打印出图或者存储至本地的数字化成果；
第三，矢量全球数据库系统实现，包括系统开发环境、数据建库系统设计、数据建库系统实现，数据建库系统实现包括插件对象的实现、矢量数据快速校勘功能的实现、矢量全球数据高速出图的实现，基于网上地图协作计划的矢量全球数据建库系统主要实现网上地图协作计划数据到GIS专题数据的转换功能、数据校勘功能、数据入库与管理功能、数据高速出图功能，功能模块基于GeoStar公司GDP软件的插件规范设计成不同的插件，通过GDP软件中加载实现的插件实现基于网上地图协作计划的矢量全球数据建库系统。
2.根据权利要求1所述的矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，其特征在于，基于最小二乘的几何变换：几何变换方法采用基于最小二乘的仿射变换，通过一系列的子变换的复合来实现，包括平移、缩放、翻转、旋转和剪切，该变换的公式如下:
X’＝J0+J1×X+J2×Y
Y’＝K0+K1×X+K2×Y
其中上式的X，Y为原始坐标，J0、J1、J2、K0、K1、K2为转换参数，X’、Y’为转换后的坐标，公式中有六个变换参数，至少需要对应坐标系的三个对应的同名点，同名点是矢量全球数据精准成果与遥感影像数据的同名点；
采用仿射变换需要三对以上的同名点，同时为提高矢量全球数据精准成果校勘的效果，需要在1:50000比例尺的标准图幅范围内均匀选择60至130对同名点，本发明采用最小二乘法优化通过多对同名点计算出的仿射变换参数，通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，利用最小二乘法求得未知参数，并使得这些求得的参数与实际数据之间误差的平方和为最小，通过最小二乘法计算出仿射变换参数，得到仿射变换方程，通过仿射变换方程将原始同名点(X，Y)计算出目标同名点(X’，Y’)，原始同名点(X，Y)与目标同名点(X’，Y’)的差(|X-X’|，|Y-Y’|)选择出同名点做出评估，该差值越小越好，同时将校勘过程中原始同名点与目标同名点的差做平均值，评估该校勘过程中生成的同名点，检验校勘过程是否满足标准。
3.根据权利要求1所述的矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，其特征在于，同名点自动生成算法：该算法的具体流程为：
流程一，生成道路交叉点：将与五万标准图幅的遥感影像数据范围内的矢量全球数据精准成果中的交通线图层打断，从打断的矢量全球数据精准成果中的线图层中找到至少3条线的首节点或尾节点为同一个位置的点，这些点为道路交叉点；
流程二，裁切交通线图层要素：以道路交叉点中心，外扩一定距离形成一个窗口范围，根据该窗口范围裁切交通线图层，获得裁切的矢量要素；
流程三，矢量要素裁切的矢量栅格化：网上地图协作计划数据记录道路数据的宽度、车道数属性数据，将裁切的矢量要素以宽度、车道数为参数形成缓存区；如果裁切的矢量要素没有宽度、车道数属性信息，则赋默认宽度，或根据道路的类型赋不同的数值，形成缓冲区，最后则将形成的缓冲区以影像数据的分辨率栅格化生成裁切矢量要素的图像数据；
流程四，将影像数据裁切：获取流程二中形成的窗口范围，并将该范围在外扩一定宽度、高度，形成影像数据窗口范围，这是因为矢量数据和影像数据不完全匹配，匹配的过程影像数据的裁切范围要比矢量数据的裁切范围大，这样才能保证矢量数据的交叉点在影像数据中找到同名点，利用影像数据窗口范围裁切影像数据，得到该影像数据的部分数据；
流程五，将裁切的影像数据二值化：首先根据裁切的影像数据的宽度、高度，生成范围一致的图像数据，用以存储影像数据二值化信息，然后通过浏览影像数据获取道路的像素范围，以裁切的影像数据中道路的像素范围为1,道路的像素范围以外的为0，生成二值化图像信息，存储至新生成的图像数据中；
流程六，将交叉点和影像匹配生成的点形成同名点对：使用开源库OpenCV的直方图比较函数cvCompareHist，来比较流程二得到矢量栅格化图像数据与流程五影像数据二值化图像数据，得到一个相对于影像数据二值化图像数据的相对坐标点、及该坐标点处二幅图像的相似度，然后根据影像数据二值化图像数据的地理范围，换算出该坐标点的绝对坐标值；
流程七，将交叉点和影像匹配生成的点形成同名点对：经过流程一得到的交叉点与流程六得到的坐标点，形成一对同名点，接下来循环流程二至流程七，就可以得到该1:50000比例尺图幅内的同名点；
通过同名点自动生成算法获取同名点，但也需要人工检查及补充同名点，同时也需要查看获取的同名点的分布情况，根据分布情况人工调整同名点，通过同名点自动生成算法和人工检查与补充相结合的方法，既提高了同名点生成效率，也保证了同名点的准确性和均匀分布。
4.根据权利要求1所述的矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，其特征在于，校勘流程设计：
校勘是在将网上地图协作计划数据转换成矢量全球数据精准成果和遥感影像数据进行匹配的过程，本发明提出同名点图层PLwSN，用来显示、编辑同名点，同名点图层继承GDP提供的ILayer、IGeoDataRoom接口、同名点集合CoPwSN，同时依赖同名点计算类CControlPointCompute类，其中ILayer接口用于绘制、可视化地理要素，同名点图层重新实现ILayer接口中的方法中，最重要的是绘制Draw方法；IGeoDataRoom接口管理、获取当前对象空间参考和范围，同名点集合主要存储同名点数据，同名点计算类利用同名点集合中的数据和最小二乘计算出仿射变换参数，进行地理要素的校勘，同名点图层继承关系中，同名点集合CoPwSN是结构体同名点ControlPoint的集合，同名点依赖结构体点PointD、同名点的类型eControlPointType，其中点PointD定义坐标(X,Y)属性和获取点与点距离的方法Dis2，同名点的类型是个枚举类型，定义自动计算的同名点和人工选择的同名点，通过同名点自动生成算法实现快速生成同名点，通过该方式获取的同名点的类型为自动计算，通过人工在该系统的操作界面上选取的同名点的类型为人工选择，同名点中定义属性和方法，同名点图层定义属性和方法。
5.根据权利要求4所述的矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，其特征在于，为实现在人工选取同名点的过程中有似橡皮筋绘制效果，设置CTracker类，该类主要接受并响应GDP软件提供的View控件(可视化控件)的鼠标按下、鼠标弹起和鼠标移动事件，GIS数据的校勘效果与同名点的分布情况相关，同名点分布越均匀，GIS数据的校勘效果越好，所以在对GIS数据进行校勘之前，有必要明晰同名点的分布情况，本发明设计检测同名点分布情况，通过对需要校勘的数据范围进行格网化，将影像数据的范围等面积的划分为50行50列的格网，然后计算同名点的起始点根据位置落在哪个格网上，然后统计每个格网内的同名点的个数，来评估检测同名点分布情况；
遥感影像数据采用投影分带坐标系，而矢量全球数据采用地理坐标系，两者数据采用的坐标参考不统一，不能将数据叠加显示，为能够使两者数据快速叠加显示，将矢量全球数据的坐标系校勘到影像数据的坐标系中，特设计坐标转换的类CProjectFeatureClass。
6.根据权利要求1所述的矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，其特征在于，矢量全球数据高速出图：GIS数据出图只是将感兴趣区域范围内的数据出图，GIS数据出图的流程为：
第一步，GIS数据预处理：包括GIS数据属性字段、分类代码及拓扑关系的一致性、完整性整理；
第二步，制作模板：模板的制作按照出图要求，包括图层模板、配图模板，其中图层模板根据出图要求加载需要的图层，配图模板是实现高速出图的关键，依照国家配图标准设置地理各要素的配图符号，包括注记模板、符号模板；
第三步，成图：根据第二步制作的模板将数据库中的GIS数据可视化，满足国家配图标准，该过程需要人工干预、检查；
第四步，地图整饰：该步骤主要是为第三步的成果添加标题名称、比例尺、图框、指北针、网格地图整饰要素；
为实现矢量全球数据的高速出图，主要在于第二步和第三步，矢量全球数据具有统一的数据结构，并且将全球范围内的数据统一管理，矢量全球数据可以满足第一步，由于最终形成的系统是基于GIS平台做二次开发，所以该GIS平台需具备地图整饰功能，满足第四步。
7.根据权利要求6所述的矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，其特征在于，制作模板的过程比较复杂，模板制作依照GIS数据内容，矢量全球数据中存在Type(地理要素的大类别)、Type_sec(地理要素的小类别)，模板根据不同的类别赋不同的符号，最大的问题是出图是要求比例尺的，但网上地图协作计划数据没有比例尺的概念，所以本发明的转换成果矢量全球数据也是没有比例尺的概念，该问题的解决方案是根据不同的比例尺对矢量全球数据中字段Type(地理要素的大类别)、Type_sec(地理要素的小类别)进行分析、提取、过滤操作，以满足矢量全球数据对不同比例尺出图的需求，制作模板是迭代的过程，需要逐步完善以满足国家标准要求；
成图的过程是从矢量全球数据库中获取制定范围内的数据，利用制作的模板将数据可视化，最后经过人工整理、编辑处理，形成满足国家标准的地图，该过程的问题是如何快速的从矢量全球数据库获取某个范围内的数据，通过对矢量全球数据在数据库中建立空间索引，提高对矢量全球数据的检索效率，矢量全球数据高速出图的设计是利用GDP软件提供的将View控件中显示的图层数据通过序列化存储为配图方案(后缀为.render)，根据需要数据的范围，从矢量全球数据库中获取当前范围内的数据，加载到View控件中，并根据存储的配图方案符号化View控件中加载的数据，在经过人工检查、整饰，即可连接打印机打印出图或者存储至本地的数字化成果。
8.根据权利要求1所述的矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，其特征在于，数据建库系统中系统架构设计：实现插件应用架构须定义两个标准接口，一个为由宿主程序实现的扩展接口，一个为插件对象实现的插件接口，宿主程序扩展接口完全由宿主程序实现，插件只是调用和使用；插件接口完全由插件实现，宿主程序也只是调用和使用，GDP软件定义DesktopHelp(消息中心)，宿主程序与插件对象、插件对象之间通过DesktopHelp进行消息之间的传递，GDP软件为插件对象主要提供3个接口：IAddIn、IExtensibility、IDealEvent，
第一，IAddIn接口：插件信息接口，包括名称、ID标识号、描述、版本、版权信息；
第二，IExtensibility接口：插件加载过程中的事件接口，包括插件的加载、创建、启动、析构、卸载，通过此接口插件可获得架构对象资源，该接口控制插件的生命期，宿主程序会首先调用OnConnection()方法，并传递IApplication对象给插件；宿主程序再调用OnInstanceCreated()做初始化工作，然后调用OnStartupComplete()实现插件的完全加载；在插件生命期结束时，调用OnInstanceDestroyed()进行清理工作，最后调用OnDisconnection()卸载插件；
第三，IDealEvent接口：插件处理事件接口，接收架构发送过来的消息，插件对象在该接口中实现自身的功能，在成功加载插件对象之后，当宿主程序接收到调用插件的消息时(键盘、鼠标响应)，就会调用插件的DealEvent方法来启动该插件和处理消息命令。
9.根据权利要求1所述的矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，其特征在于，数据建库系统中插件对象的实现：首先在VS2015中，利用VisualC#创建类库工程，然后在类库工程中引用GDP软件中的库文件，包括GeoSapceLib、GeoSystemSupport、DesktopHelp、GeoStarDesktop6(宿主程序)、GeostarCore，这些库文件是插件对象的开发环境，最后在新建的类库中继承并实现GeoStarDesktop6中的IExtensibility接口、IDealEvent接口；这样一个插件对象新建成功，最终为一个动态库文件，后缀为×.dll；
GDP软件是通过读取配置文件GMPDLGCorrectAddins.xml加载并创建插件对象，所以将新建的插件对象加载到GDP软件中，只要更改配置文件，不需要更改GDP软件的一行代码，实现真正意义上的即插即用，该系统新建的插件为DLGCorrect.dll，在配置文件中将该插件的信息按照GDP软件的规范添加一条记录即可，为与DLGCorrect插件对象进行交互，需要在GeoStarDesktop6(宿主程序)Ribbon菜单栏中添加菜单，GDP软件的菜单栏也是通过配置文件生成，只要在GMPDLGCorrectMainToolBar.Fun文件中添加记录即可。
10.根据权利要求1所述的矢量全球数据库精准校勘与高速出图系统，其特征在于，数据建库系统中矢量数据快速校勘功能的实现：首先在该系统中加载遥感影像数据，然后根据影像数据的范围从Oracle数据库中获取该范围内的矢量数据，通过自动生成同名点及人工选择同名点，计算出仿射变换参数，将地理要素进行校勘，其具体过程为：
过程一，打开影像数据：点击菜单栏上的打开影像，弹出打开影像文件的对话框，选择要加载的影像文件路径，影像文件加载到视图控件中；
过程二，加载影像范围的矢量数据：首先连接Oracle数据库，获取加载影像数据的范围，考虑到校勘数据会发生变化，所以将该范围再外扩10％，并将外扩后的范围经过投影获取基于CGCS2000坐标系的地理范围，从Oracle数据库中获取该地理范围内的矢量数据，并将获取的矢量数据经过投影得到基于投影坐标系的矢量数据，加载到视图控件中；
过程三，生成同名点：通过自动生成同名点和人工选择同名点两种方式相结合的形式生成同名点后，对同名点进行选择、编辑操作；
过程四，显示同名点数据列表，该列表显示同名点的信息，包括唯一标识号、起始点坐标、终止点坐标、残差；同时编辑起始点坐标、终止点坐标，编辑完后视图控件内相应的同名点的位置会随之变化，双击该列表的记录，就会在视图控件内定位该同名点，并处于选中状态，该数据列表支持导入、导出同名点数据,用csv文件存储；也能更改同名点两点之间的连线颜色；
过程五，检测同名点分布情况：该视图可查看同名点的分布情况，根据分块的颜色判断，同时也可以双击分割的单元格，在视图控件中定位；
过程六，校勘：根据同名点计算出的仿射变换参数，对矢量数据进行校勘，并将校勘的结果添加到视图控件中显示，查看校勘后的数据效果，该过程是个迭代过程，可以将校勘后的数据再次校勘，直至达到标准。
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