CN113656399A - 用于航道空间信息数据的剖分和数据提取方法、系统及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于航道空间信息数据的剖分和数据提取方法、系统及介质，包括：根据GeoSOT剖分方案，基于设定层级对航道空间数据进行剖分，得到覆盖待处理航道空间数据的剖分面片集合；根据GeoSOT编码方案对所述剖分面片集合中的各剖分面片进行编码，记为索引号；确定每个剖分面片内的航道空间数据在待处理地理空间中的位置；将同一剖分面片的索引号以及位置信息对应写入剖分索引gsot文件中；基于索引号对所述航道空间数据进行查询和提取。本发明能够加快空间数据检索效率，也可解决多平台、多数据库数据检索及处理难的问题。

Description

用于航道空间信息数据的剖分和数据提取方法、系统及介质
技术领域
本发明涉及地球空间信息组织、航道空间数据处理技术领域，特别涉及一种用于航道空间信息数据的剖分和数据提取方法、系统及介质。
背景技术
当前，随着对航道测量及地理空间技术手段的不断丰富、空间信息获取能力的不断提升，人们获得的航道数据极大丰富，航道数据的丰富伴随着数据服务的快速发展。在航道空间信息管理系统中，航道数据的分类存储和组织映射是非常重要的内容之一。
航道空间数据是航道管理的重中之重。航道大数据的第一步就是将从各类设备获取的包含空间位置的信息汇总，这些设备分别从水(浮标、船舶、水下传感器等)、陆(人工仪器测量)、空(卫星遥感、气球、无人机等)三方面采集航道数据，呈现数据来源渠道多、数据量大、类型复杂、应用方式各异的特点。比如基础地理信息、水底高程模型等测绘产品习惯于按地图图幅网格组织，高分辨率光学影像习惯于按大尺度轨道分景网格组织，水温、水位等航道典型场数据通常以NetCDF也是气象科学通用格式存储和传输。
在航道这种涉及跨行业空间数据统一组织与应用中，组织单元多样化、划分方式不统一、数据编码各异的数据组织体系，使得航道数据组织变为一个极其复杂的事情。传统的编目数据库模式在解决多源、海量、异构数据统一管理上有瓶颈，构建更为有效的多源海量异构信息的一体化组织体系，是航道大数据亟待解决的瓶颈问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种用于航道空间信息数据的剖分和数据提取方法，能够统一航道数据的分块方式，以便于为后续提高航道数据的提取效率提供有力的支持。
本发明还提出一种用于航道空间信息数据的剖分和数据提取系统。
本发明还提出一种实施上述方法的计算机可读存储介质。
根据本发明的第一方面实施例的用于航道空间信息数据的剖分和数据提取方法，包括：根据GeoSOT剖分方案，基于设定层级对航道空间数据进行剖分，得到覆盖待处理航道空间数据的剖分面片集合；根据GeoSOT编码方案对所述剖分面片集合中的各剖分面片进行编码，记为索引号；其中，所述GeoSOT编码方案包括：对GeoSOT网格单元剖分编码，采用64位编码对每个网格单元进行唯一标识，假设第k层某网格单元编码为a0a1a2…ak，(0≤k≥31，a0＝0，a0～ak取值范围为0、1、2、3)；分别在东北半球区域、西北半球区域、东南半球区域及西南半球区域按反Z序进行顺序排序；确定每个剖分面片内的航道空间数据在待处理地理空间中的位置；将同一剖分面片的索引号以及位置信息对应写入剖分索引gsot文件中；基于索引号对所述航道空间数据进行查询和提取。
根据本发明的一些实施例，所述GeoSOT剖分方案包括：将地球表面经纬度范围空间进行三次扩展后进行递归四叉剖分，得到将地球分割为大到全球、小到厘米级的层次网格体系；第一次空间扩展，将整个地球表面扩展为512°×512°，并将面片中心与赤道和本初子午线的交点重合，然后递归四叉剖分，直到1°网格单元；第二次空间扩展，将1°网格单元从60′扩展为64′，然后递归四叉剖分，直到1′网格单元；第三次空间扩展，将1′网格单元从60″扩展为64″，然后递归四叉剖分，直到1″网格单元；1″以下剖分单元直接采用四叉分割。
根据本发明的一些实施例，所述GeoSOT编码方案包括：在东北半球区域0、1、2、3按反Z序从下到上从左至右顺序排序，在西北半球按反Z序从下到上从右至左顺序排序，在东南半球按反Z序从上到下从左至右顺序排序，在西南半球按反Z序从上到下从右至左顺序排序。
根据本发明的一些实施例，所述方法还包括：对除航道空间信息数据以外的其他航道信息数据根据空间位置与所述航道空间信息数据进行关联，生成唯一的航道要素编码；所述航道要素编码包括空间位置码、时间码、分类码及校验码；对航道空间数据进行查询时，自动关联相应的其他航道信息数据并缓存。
根据本发明的一些实施例，所述根据GeoSOT剖分方案，基于设定层级对航道空间数据进行剖分包括：根据待处理航道的属性文件或者元数据信息，得到航道空间数据的空间范围；基于设定层级和空间范围得到剖分面片的数量和每个剖分面片的大小，并对航道空间数据进行剖分。
根据本发明的一些实施例，所述根据GeoSOT编码方案对所述剖分面片集合中的各剖分面片进行编码包括：每个剖分面片对应设置一个定位角点，所述定位角点是对应剖分面片内的一个角点；根据所述定位角点的经纬度和所述设定层级计算对应剖分面片的编码；计算时，根据所述设定层级确定所述编码的长度，将所述定位角点的经纬度换算为四进制、二进制和十进制中其中一种形式。
根据本发明的一些实施例，所述确定每个剖分面片内的航道空间数据在待处理地理空间中的位置包括：确定剖分面片内的航道空间数据的四个角点像素在待处理航道影像数据中的行列号。
根据本发明的一些实施例，所述方法还包括：写入剖分索引gsot文件中的索引号和位置信息按照索引号进行排序。
根据本发明的一些实施例，所述方法还包括：响应于输入的索引号，查找出对应的航道信息，并显示在对应的剖分面片中；所述航道信息包括水深、水位以及河底高程。
根据本发明的第二方面实施例的用于航道空间信息数据的剖分和数据提取系统，包括：航道空间数据剖分模块，用于根据GeoSOT剖分方案，基于设定层级对航道空间数据进行剖分，得到覆盖待处理航道空间数据的剖分面片集合；剖分面片编码模块，用于根据GeoSOT编码方案对所述剖分面片集合中的各剖分面片进行编码，记为索引号；剖分索引模块，用于确定每个剖分面片内的航道空间数据在待处理地理空间中的位置，并将同一剖分面片的索引号以及位置信息对应写入剖分索引gsot文件中；查询提取模块，用于基于索引号对所述航道空间数据进行查询和提取。
根据本发明的一些实施例，所述剖分面片编码模块包括：定位角点模块，用于在每个剖分面片对应设置一个定位角点，所述定位角点是对应剖分面片内的一个角点；编码模块，用于根据所述定位角点的经纬度和所述设定层级计算对应剖分面片的编码；计算时，根据所述设定层级确定所述编码的长度，将所述定位角点的经纬度换算为四进制、二进制和十进制中其中一种形式。
根据本发明的一些实施例，所述系统还包括：排序模块，用于将写入剖分索引gsot文件中的索引号和位置信息按照索引号进行排序。
根据本发明的第三方面实施例的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明的第一方面实施例中任一项的方法。
本发明实施例至少具有如下有益效果：
(1)本发明所提供的航道空间数据的剖分预处理方法，能够对航道空间数据基于其所属地理区域进行统一划分，并对划分出的数据块建立索引表，该方法统一了航道空间数据的分块方式，而且分出的数据块能够高效聚合，解决多图层数据提取效率低的问题，为提高航道空间的提取效率奠定了基础；
(2)在剖分预处理方法的基础上对航道空间数据进行提取，由于索引号与数据块中的数据直接对应，因此通过索引表可快速检索数据，提取出的剖分面片依据其索引号所指示的地理位置可以进行高效聚合，从而实现了数据的高效提取。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的方法的流程示意图。
图2为本发明另一实施例的方法的流程示意图。
图3为本发明根据GeoSOT剖分方案对航道空间数据剖分的示意图。
图4为本发明实施例的系统的模块示意框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，步骤标号仅是为了描述的方便或者引述的方便所作出的标识，而不能理解为对步骤的操作顺序的限定。
参照图1，本发明实施例的方法主要包括以下步骤：使用设定层级的GeoSOT面片对待处理航道空间数据进行剖分，得到覆盖待处理航道空间数据的剖分面片集合；使用GeoSOT编码方案对得到的剖分面片集合中各剖分面片进行编码，记为索引号；确定每个剖分面片内的航道空间数据在待处理地理空间中的位置；将同一剖分面片的索引号以及位置信息对应写入剖分索引gsot文件中；基于索引号对所述航道空间数据进行查询和提取。
其中，本发明所提出的用于航道空间数据提取的剖分预处理方法基于GeoSOT剖分和编码方案。该方案用于解决全球地理空间剖分和标识问题。该方案采用全四叉树递归剖分，将地球表面空间从全球至厘米级共进行了32级剖分，每个GeoSOT剖分层级均有其对应大小的GeoSOT网格，GeoSOT网格上下层级之间的面积之比是1/4。该方案对GeoSOT网格进行编码所产生的GeoSOT编码有四进制、二进制(1维或2维)和十进制等四种形式。
具体地，GeoSOT剖分方案为：将地球表面经纬度范围空间进行三次扩展后进行递归四叉剖分，得到将地球分割为大到全球、小到厘米级的层次网格体系；第一次空间扩展，将整个地球表面扩展为512°×512°，并将面片中心与赤道和本初子午线的交点重合，然后递归四叉剖分，直到1°网格单元；第二次空间扩展，将1°网格单元从60′扩展为64′，然后递归四叉剖分，直到1′网格单元；第三次空间扩展，将1′网格单元从60″扩展为64″，然后递归四叉剖分，直到1″网格单元；1″以下剖分单元直接采用四叉分割。
其中，以度为单位的各层GeoSOT网格面片大小为
Figure BDA0003149355890000061
其中，i表示GeoSOT网格层级。
具体地，GeoSOT编码方案包括：对GeoSOT网格单元剖分编码，采用64位编码对每个网格单元进行唯一标识，假设第k层某网格单元编码为a0a1a2…ak，(0≤k≥31，a0＝0，a0～ak取值范围为0、1、2、3)；在东北半球区域0、1、2、3按反Z序从下到上从左至右顺序排序，在西北半球按反Z序从下到上从右至左顺序排序，在东南半球按反Z序从上到下从左至右顺序排序，在西南半球按反Z序从上到下从右至左顺序排序。
因此，本发明通过GeoSOT剖分和编码方案将航道空间数据基于其所属地理区域进行统一划分，并对划分出的数据块建立索引表，达到了统一航道空间数据的分块方式，为提高航道空间数据的提取效率奠定基础的技术效果。
在一些实施例中，本发明实施例的方法还包括：对除航道空间信息数据以外的其他航道信息数据根据空间位置与航道空间信息数据进行关联，生成唯一的航道要素编码；航道要素编码包括空间位置码、时间码、分类码及校验码；对航道空间数据进行查询时，自动关联相应的其他航道信息数据并缓存。
具体地，航道大数据所具有的时空属性决定了其是一种典型的时空大数据，具有空间性、时间性、多维性、海量性、复杂性等特点，因此现有标准在描述航道要素信息资源的获取途径、分类体系和编码等方面显得不足，而且不能很好地描述航道要素唯一性。因此，基于本发明的编码方案，航道信息可以在查询航道空间数据时进行关联提取，用户只需再通过时间或分类即可查询并提取到相应的航道信息数据。
参照图2和图3，本发明实施例使用GeoSOT剖分和编码方案对航道空间数据进行剖分预处理的步骤。本实施例中，航道空间数据为矩形的航道数据图。本实施例包括以下步骤：
步骤1，获取待处理航道图的经纬度范围。对于航道空间数据，其包含一定的空间范围信息，在本实施例中可以根据待处理水道的属性文件或者元数据信息，获得航道数据的空间范围。例如，水道1的空间范围为(X＝2533600.000，Y＝455000.000，X＝2532000.0，Y＝38457400.0)。
步骤2，设定对待处理航道空间数据进行剖分所使用的GeoSOT面片的层级。该GeoSOT面片的层级可以是用户根据自身需要设定的。假设获得航道空间数据是以“米”为单位，比例尺为“1：20000”。用户指定GeoSOT面片内航道数据的大小为512米网格，则GeoSOT面片级别为17级。
步骤3，使用设定层级的GeoSOT面片对待处理航道空间数据进行剖分，得到包含待处理航道空间数据的剖分面片集合。
步骤4，使用GeoSOT编码方案对所述剖分面片集合中的每个剖分面片进行编码，记为索引号。
GeoSOT网格编码方案是基于经纬度坐标空间进行定义的，可以采用定位角点(GeoSOT面片的其中一个角点)的经纬度和层级计算编码。具体计算时，将GeoSOT面片中定位角点的经纬度换算为四进制、二进制(1维或2维)和十进制等形式即可，编码长度由GeoSOT面片所处层级决定。
步骤5、上述步骤确定了剖分面片的索引号，这里需要对每个剖分面片在整个航道空间数据中的位置进行描述，则针对剖分面片集合中每个剖分面片，确定剖分面片内的航道空间数据的四个角点像素在待处理影像中的行列号，每个索引号对应一组行列号。
例如，对于如图2所示左下角的剖分面片G00131201100，其内部航道空间数据四个角点的行列号为：左上角(5680,0)、左下角(6000,0)、右上角(5680,320)和右下角(6000,320)。
步骤6、将同一剖分面片的索引号以及行列号对应写入剖分索引gsot文件中，并按照索引号进行排序，以便查找。
与前述实施例相对应，本发明还提供了系统的实施例。对于系统实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
参照图4，本发明实施例的系统主要包括：航道空间数据剖分模块，用于根据GeoSOT剖分方案，基于设定层级对航道空间数据进行剖分，得到覆盖待处理航道空间数据的剖分面片集合；剖分面片编码模块，用于根据GeoSOT编码方案对剖分面片集合中的各剖分面片进行编码，记为索引号；剖分索引模块，用于确定每个剖分面片内的航道空间数据在待处理地理空间中的位置，并将同一剖分面片的索引号以及位置信息对应写入剖分索引gsot文件中；查询提取模块，用于基于索引号对航道空间数据进行查询和提取。
尽管本文描述了具体实施方案，但是本领域中的普通技术人员将认识到，许多其它修改或另选的实施方案同样处于本公开的范围内。例如，结合特定设备或组件描述的功能和/或处理能力中的任一项可以由任何其它设备或部件来执行。另外，虽然已根据本公开的实施方案描述了各种例示性具体实施和架构，但是本领域中的普通技术人员将认识到，对本文所述的例示性具体实施和架构的许多其它修改也处于本公开的范围内。
上文参考根据示例性实施方案所述的系统、方法、系统和/或计算机程序产品的框图和流程图描述了本公开的某些方面。应当理解，框图和流程图中的一个或多个块以及框图和流程图中的块的组合可分别通过执行计算机可执行程序指令来实现。同样，根据一些实施方案，框图和流程图中的一些块可能无需按示出的顺序执行，或者可以无需全部执行。另外，超出框图和流程图中的块所示的那些部件和/或操作以外的附加部件和/或操作可存在于某些实施方案中。
因此，框图和流程图中的块支持用于执行指定功能的装置的组合、用于执行指定功能的元件或步骤的组合以及用于执行指定功能的程序指令装置。还应当理解，框图和流程图中的每个块以及框图和流程图中的块的组合可以由执行特定功能、元件或步骤的专用硬件计算机系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。
本文所述的程序模块、应用程序等可包括一个或多个软件组件，包括例如软件对象、方法、数据结构等。每个此类软件组件可包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令响应于执行而使本文所述的功能的至少一部分(例如，本文所述的例示性方法的一种或多种操作)被执行。
软件组件可以用各种编程语言中的任一种来编码。一种例示性编程语言可以为低级编程语言，诸如与特定硬件体系结构和/或操作系统平台相关联的汇编语言。包括汇编语言指令的软件组件可能需要在由硬件架构和/或平台执行之前由汇编程序转换为可执行的机器代码。另一种示例性编程语言可以为更高级的编程语言，其可以跨多种架构移植。包括更高级编程语言的软件组件在执行之前可能需要由解释器或编译器转换为中间表示。编程语言的其它示例包括但不限于宏语言、外壳或命令语言、作业控制语言、脚本语言、数据库查询或搜索语言、或报告编写语言。在一个或多个示例性实施方案中，包含上述编程语言示例中的一者的指令的软件组件可直接由操作系统或其它软件组件执行，而无需首先转换成另一种形式。
软件组件可存储为文件或其它数据存储构造。具有相似类型或相关功能的软件组件可一起存储在诸如特定的目录、文件夹或库中。软件组件可为静态的(例如，预设的或固定的)或动态的(例如，在执行时创建或修改的)。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种用于航道空间信息数据的剖分和数据提取方法，其特征在于，包括：
根据GeoSOT剖分方案，基于设定层级对航道空间数据进行剖分，得到覆盖待处理航道空间数据的剖分面片集合；
根据GeoSOT编码方案对所述剖分面片集合中的各剖分面片进行编码，记为索引号；其中，所述GeoSOT编码方案包括：对GeoSOT网格单元剖分编码，采用64位编码对每个网格单元进行唯一标识，假设第k层某网格单元编码为a0a1a2...ak，(0≤k≥31，a0＝0，a0～ak取值范围为0、1、2、3)；分别在东北半球区域、西北半球区域、东南半球区域及西南半球区域按反Z序进行顺序排序；
确定每个剖分面片内的航道空间数据在待处理地理空间中的位置；
将同一剖分面片的索引号以及位置信息对应写入剖分索引gsot文件中；
基于索引号对所述航道空间数据进行查询和提取。
2.根据权利要求1所述的用于航道空间信息数据的剖分和数据提取方法，其特征在于，所述GeoSOT剖分方案包括：
将地球表面经纬度范围空间进行三次扩展后进行递归四叉剖分，得到将地球分割为大到全球、小到厘米级的层次网格体系；
第一次空间扩展，将整个地球表面扩展为512°×512°，并将面片中心与赤道和本初子午线的交点重合，然后递归四叉剖分，直到1°网格单元；
第二次空间扩展，将1°网格单元从60′扩展为64′，然后递归四叉剖分，直到l′网格单元；
第三次空间扩展，将1′网格单元从60″扩展为64″，然后递归四叉剖分，直到1″网格单元；
1″以下剖分单元直接采用四叉分割。
3.根据权利要求2的用于航道空间信息数据的剖分和数据提取方法，其特征在于，所述GeoSOT编码方案包括：
在东北半球区域0、1、2、3按反Z序从下到上从左至右顺序排序，在西北半球按反Z序从下到上从右至左顺序排序，在东南半球按反Z序从上到下从左至右顺序排序，在西南半球按反Z序从上到下从右至左顺序排序。
4.根据权利要求1所述的用于航道空间信息数据的剖分和数据提取方法，其特征在于，所述方法还包括：
对除航道空间信息数据以外的其他航道信息数据根据空间位置与所述航道空间信息数据进行关联，生成唯一的航道要素编码；所述航道要素编码包括空间位置码、时间码、分类码及校验码；
对航道空间数据进行查询时，自动关联相应的其他航道信息数据并缓存。
5.根据权利要求1所述的用于航道空间信息数据的剖分和数据提取方法，其特征在于，所述根据GeoSOT剖分方案，基于设定层级对航道空间数据进行剖分包括：根据待处理航道的属性文件或者元数据信息，得到航道空间数据的空间范围；基于设定层级和空间范围得到剖分面片的数量和每个剖分面片的大小，并对航道空间数据进行剖分。
6.根据权利要求1所述的用于航道空间信息数据的剖分和数据提取方法，其特征在于，所述根据GeoSOT编码方案对所述剖分面片集合中的各剖分面片进行编码包括：
每个剖分面片对应设置一个定位角点，所述定位角点是对应剖分面片内的一个角点；
根据所述定位角点的经纬度和所述设定层级计算对应剖分面片的编码；
计算时，根据所述设定层级确定所述编码的长度，将所述定位角点的经纬度换算为四进制、二进制和十进制中其中一种形式。
7.根据权利要求1所述的用于航道空间信息数据的剖分和数据提取方法，其特征在于，所述确定每个剖分面片内的航道空间数据在待处理地理空间中的位置包括：确定剖分面片内的航道空间数据的四个角点像素在待处理航道影像数据中的行列号。
8.根据权利要求1所述的用于航道空间信息数据的剖分和数据提取方法，其特征在于，所述方法还包括：写入剖分索引gsot文件中的索引号和位置信息按照索引号进行排序。
9.一种用于航道空间信息数据的剖分和数据提取系统，其特征在于，包括：
航道空间数据剖分模块，用于根据GeoSOT剖分方案，基于设定层级对航道空间数据进行剖分，得到覆盖待处理航道空间数据的剖分面片集合；
剖分面片编码模块，用于根据GeoSOT编码方案对所述剖分面片集合中的各剖分面片进行编码，记为索引号；
剖分索引模块，用于确定每个剖分面片内的航道空间数据在待处理地理空间中的位置，并将同一剖分面片的索引号以及位置信息对应写入剖分索引gsot文件中；
查询提取模块，用于基于索引号对所述航道空间数据进行查询和提取。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项的方法。
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