[发明专利]一种基于多细节层次三维地图数据处理方法

摘要

一种基于多细节层次三维地图数据处理方法，包括3个步骤：数字正射影像切割、数字高程数据切割、高程数据镶嵌及接边。目前已有三维地图精度最高达到20米，视点距离表面纹理较近的时候，单个的纹理像素在纹理放大器的作用下，会覆盖多个像素点，这就使图像变得很模糊。本发明提供的一种基于多细节层次三维地图数据处理方法，提高了三维地图在展示时的清晰度，地貌细节更贴近现实的地貌状况；通过基于三维模型的数据库存储技术提高了三维地图的实时访问性能，减少访问三维地图时的数据库服务器压力同时提高并发访问性能。

主权项

1.一种基于多细节层次三维地图数据处理方法，其特征在于，包括3个步骤：数字正射影像切割、数字高程数据切割、高程数据镶嵌及接边；其中：数字正射影像切割：数字正射影像切割是将卫星影像图片按照金字塔模型切割成256*256像素的瓦片，切割完的瓦片按照l_r_c.png的格式进行编码命名，l为金字塔模型的层号，r为金字塔模型的行号，c为金字塔模型的列号；数字高程数据切割：数字高程数据切割是将等高线和高程点建立不规则三角网，然后按照金字塔模型切割成256*256*256像素的小立方体建立DEM数据；切割完的小立方体按照层级、行、列、块建立索引，并以OBJ的格式存储到数据库；高程数据接边及镶嵌：基于数字高程数据切割的小立方体，选取相邻模型所生成的DEM数据，检查相同平面坐标格网点的高程，若出现高程较差大于2倍DEM高程中误差的格网点，则视为超限，将其认定为粗差点，并重建立体模型；对出现粗差点的DEM数据进行接边修测后重新接边；按以上方法依次完成所有的单模型DEM数据之间的接连；若固定范围内所有单模型DEM数据的接边较差都符合规定要求，则使用数字正射影像切割的瓦片对DEM进行镶嵌；镶嵌时对参与接边的所有相同平面坐标网格点的高程取其平均值，作为各自格网点的高程值;该方法采用如下技术手段：1)设立瓦片金字塔结构瓦片地图金字塔模型是一种多分辨率层次模型，从瓦片金字塔的底层到顶层，分辨率越来越低，但表示的地理范围不变，包含瓦片和金字塔两个部分；其中：1.1)瓦片所述瓦片就是按照一定的比例尺寸将一幅图像分割成若干小正方形栅格，每个栅格就是一张瓦片；切片之后的地图瓦片是栅格图像，并不具备定位信息，但切片运用了相关切片算法之后，能够计算出具体定位的位置；1.2)金字塔模型瓦片为小正方形块，长宽相等，长宽长度为256像素，8～18级共11级比例尺；比例尺级别增大一级；切割完以后按照“l_r_c.png”的格式进行编码命名；其中l为比例尺级别，r为行号，c为列号，0<＝r<＝28，0<＝c<＝28；根据上述的图片切割编码规则，得到图片行列坐标和实际地理坐标之间的相互换算，这些是地图显示的基础；经纬度转换为某个比例尺下的行号和列号，转换过程为：n＝Math.pow(2,lev)x＝((Longitude+180)/360)*nsinLat＝Math.Sin(Math.PI*Latitude/180)；y＝0.5-Math.Log((1+sinLat)/(1-sinLat))/(4*Math.PI)；其中，Longitude为经度值，Latitude为纬度值，lev为缩放级别，Math.pow为计算2的lev次幂，Math.PI为圆周率，Math.Sin为正弦函数，Math.Log为取对数；某个比例尺下的行号和列号转换为经纬度，转换过程为：n＝Math.pow(2,lev)Longitude＝x/n*360-180；Latitude＝Math.Atan(Math.Sinh(Math.PI*(1-2*y/n)))；Latitude＝Latitude*180.0/Math.PI；其中，Longitude为经度值，Latitude为纬度值，lev为缩放级别，Math.pow为计算2的lev次幂，Math.PI为圆周率，Math.Atan为反正切函数，Math.Sinh为双曲正弦函数；2)DEM地形数据切割数字高程模型,简称DEM；它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型的一个分支，DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，坡度、坡向、坡度变化率因子在内的线性和非线性组合的空间分布，其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性在DEM的基础上派生；不规则三角网,简称TIN；直接利用原始采样点进行地形表面的重建，由连续的相互联接的三角面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的观测点的密度和位置；数字高程数据切割是将等高线和高程点建立不规则三角网，然后按照金字塔模型的层、行、列切割成256*256*256像素的小立方体建立DEM数据；能以不同层次的分辨率来描述地表形态；在一特定分辨率下能用更少的空间和时间更精确地表示更加复杂的表面；当地形包含有大量特征断裂线、构造线时，能更好地顾及这些特征；切割完的小立方体按照层级、行、列、块建立联合索引，并以OBJ的格式存储到数据库；3)高程数据接边及镶嵌3.1)编辑DEMDEM数据编辑是指对内插形成的DEM格网点逐个进行编辑；相同地形类别DEM格网点接边限差为该地形类别格网点中误差的两倍，不同地形类别DEM接边限差为两种地形类别DEM格网点接边限差之和；3.2)DEM数据接边选取相邻模型所生成的DEM数据，检查相同平面坐标格网点的高程，若出现高程较差大于2倍DEM高程中误差的格网点，则视为超限，将其认定为粗差点，并重建立体模型；对出现粗差点的DEM数据进行接边修测后重新接边；按以上方法依次完成所有的单模型DEM数据之间的接连；3.3)DEM数据镶嵌与裁切若固定范围内所有单模型DEM数据的接边较差都符合规定要求，则使用数字正射影像切割的瓦片对DEM进行镶嵌；镶嵌时对参与接边的所有相同平面坐标网格点的高程取其平均值，作为各自格网点的高程值，同时形成各条边的接边精度报告；DEM镶嵌完成后，按照相关规定或技术要求规定的起止格网点坐标进行矩形裁切时，根据具体要求以外扩一排或多排DEM格网；4)DEM质量控制DEM的质量控制包括生产过程质量控制和最终成果质量控制两部分；4.1)生产过程质量控制生产过程中的质量控制检查原始资料使用的正确性及数据是否合理；湖泊、水库、双线河的分层是否合理，水涯线及海岸线的高程赋值是否合理正确，静止的水体范围内DEM高程值应一致，流动水域的DEM高程值应自上而下平缓过渡，关系合理；达不到规定高程精度要求的区域应划为DEM高程推测区；位于空白区域的格网应赋予高程值-9999，对空白区的处理要完整地记录在元数据中；4.2)最终成果质量控制最终成果的质量控制通过DEM内插等高线的方法，目视检查等高线是否有突变情况，或与地形图比较，当地貌形态、同名点高程差异时，则判断存在质量问题并进行修改；检查DEM数据起止点坐标的正确性，检查高程值有效范围是否正确；DEM拼接后应检查、判断有无重叠和裂缝，拼接精度是否达到要求。