一种基于国家基础地理信息数据的增量式地图更新方法

技术领域

本发明涉及电子地图和数字地图制图领域，尤其涉及一种基于国家基础地理信息数据的增量式地图更新方法。

背景技术

相对于地形数据库的批量式更新来说，增量信息式更新仅提供给用户增量信息而不是整个新数据集，近几年来逐步成为国际GIS学术界和应用部门的前沿研究与应用课题。现阶段的对增量更新的研究一般集中在增量更新信息的分类、表达、提取、发布与集成方面。如《地理空间数据增量信息的提取方法》（申请号：200910062280.8）阐述的是地理空间数据增量式的提取方法；《地理空间数据增量信息的发布方法》（申请号：200910062281.2）则描述的是地理空间数据的提取方法；《导航装置地图数据增量更新方法（申请号：200910304398.7》）公开了一种导航装置地图数据增量更新方法，其是根据导航装置终端进行路径计算，同时等待服务器端返回差分更新数据；《一种导航终端的地图更新方法、导航终端及系统》（申请号：200910235281.8》）提供的也是一种针对导航终端的地图更新方法；《将增量更新与现有地图数据库融合的导航应用的应用编程接口（API）（申请号：201080054948.5》）描述的也是服务于车载导航系统的导航地图数据下载更新机制及系统。

增量制图更新，是指在已有地图表达成果（基态数据）的基础上，对地理数据增量更新信息进行地图表达以及与基态图形关系的处理，得到现势地图表达成果。目前增量更新制图方面的研究很少，在现有的地图制图技术条件下，即使存在增量更新数据，仍然要采取全部重新制图方式才能得到最新现势成果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种基于国家基础地理信息数据的增量式地图更新方法，使得凡是涉及基于国家基础地理信息数据的增量制图问题都可以利用本发明所提出方案进行增量制图。

本发明的技术方案所提供一种基于国家基础地理信息数据的增量式地图更新方法，包括以下步骤，

步骤1、在基态数据基础上，导入增量地理数据；所述基态数据包括基态地理数据、基态制图数据、基态地图数据和基态制图知识；

步骤2、对增量地理数据进行语义匹配，提取增量地理数据的相应增量信息；

步骤3、结合增量信息和基态制图知识，基于增量地理数据进行增量制图转换，生成增量制图数据；

步骤4、结合基态制图知识，基于增量制图数据进行增量符号化及增量图形冲突检测与处理；

步骤5、结合基态制图知识，基于增量制图数据进行增量注记及增量注记冲突检测与处理；

步骤6、基于增量地理数据，更新基态地理数据，完成增量式地图更新。

而且，在步骤3中，仅对增量地理数据及相关联的基态地理数据进行制图转换。

而且，在步骤4中，仅对增量制图数据及相关联的基态制图数据进行符号化及图形冲突检测与处理。

而且，在步骤5中，仅对增量制图数据及相关联的基态制图数据进行注记及注记冲突检测与处理。

而且，在步骤3、步骤4和步骤5中，基态制图知识是在基态数据的生产中产生的图形与注记冲突检测与处理专家知识，以xml格式的文件存储。

而且，基态制图知识xml文件内的节点组织如下，

<BaseCartoKnowledge>

     <DateTime/>

     <Procuder/>

     <Institution/>

     <Scale/>

     <Layer>

            <KnowledgeID/>

            <LayerID>

            <LayerName/>

            <FeatureID/>

            <RelationLayerID/>

            <RelationFeatureIDs/>

            <Extent/>

            <Type/>

            <Content/>

     </Layer>

</BaseCartoKnowledge>

其中，

<BaseCartoKnowledge>节点为根节点；

<DateTime/>节点记录基态制图知识最后更新时间；

<Procuder/>节点记录基态制图知识生产者；

<Institution/>节点记录基态制图知识生产机构；

<Scale/> 节点记录基态制图知识比例尺；

<Layer>、</Layer>节点表示记录一个图层的基态制图知识；

<KnowledgeID/>节点记录基态制图知识的唯一标识码；

<LayerID/>节点记录产生基态制图知识的图层唯一标识码；

<LayerName/> 节点记录图层名称；

<FeatureID/>节点记录产生基态制图知识的要素的唯一标识码；

<RelationLayerID/>节点记录与FeatureID要素相关的图层的唯一标识码；

<RelationFeatureIDs/>节点记录与FeatureID要素相关的所有要素的唯一标识码；

<Extent/>节点记录产生基态制图知识的范围；

<Type/> 节点记录基态制图知识的类型；

<Content/>节点记录基态制图知识的内容。

而且，基态制图知识的xml格式文件中<Type/>节点记录的类型分为要素操作与注记操作两类，要素操作记录平移、旋转、结点移动和符号更新四类空间冲突调整操作，注记操作记录注记式样更新、注记位置变更和注记文本内容更新三类注记冲突调整策略。

本发明的优点是在基态数据基础上，仅对增量数据及其相联系的基态数据进行局部制图处理，制图快速且效果明显，满足了实际生产中的制图需求。

附图说明

图1 为本发明实施例的系统体系结构图。

图2 为本发明实施例的普通制图和增量式地图更新实施流程示意图。

图3 为本发明基态制图知识中空间依附冲突调整前后示意图。

图4 为本发明基态制图知识中空间压盖冲突调整前后示意图。

图5 为本发明基态制图知识中注记位置自动调整前后示意图。

图6 为本发明增量式地图更新详细流程示意图。

图7 为本发明实施例的线状要素增量式地图更新流程示意图。

图8 为本发明实施例点状要素“汀祖镇”GB分类码和注记字段变更类增量式地图更新示意图。

图9 为本发明实施例点状要素“六指县”新增类增量式地图更新示意图。

图10 为本发明实施例点状要素“区株山茶厂”删除类增量式地图更新示意图。

图11 为本发明实施例线状要素“陈庙河”几何形态和注记字段变更类增量式地图更新示意图。

图12 为本发明实施例增量式地图更新原理图。

具体实施方法

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

本发明实施例所运行的系统体系结构采用现有技术，如图1所示，其包含数据库、制图系统和终端用户三部分，这种结构利用了现有计算机数据库技术。实施例中，数据库所采用的是Oracle数据库，根据计算机地图制图的需要，数据库包含四种类型：地理数据库、制图数据库、地图数据库和地图专家知识库。地理数据库存储的是地理数据，即原始的DLG(Digital Line Graphic)数字线划数据及其元数据，是计算机地图制图的最基本的数据；制图数据库存储的是制图数据，即专门用于制图的数据，是按照制图规则，将地理数据进行要素提取、分类和图形合并等修改操作之后的结果。地图数据库存储的是地图数据，即能直接用于地图出版的数据，包括制图表达结果、注记、图外整饰等。地图专家知识库存储的是制图专家知识，即制图知识的集合，可以包括地图符号库、制图规则、符号对照规则、符号结果绘制次序、注记专家知识库、冲突规则、冲突处理规则等。现有技术中计算机地图制图系统的基础数据流程则如图2所示。首先输入数据，将空间数据库中的shapefile、E00格式等地理数据进行数据压缩、数据连接、河流结构化等数据预处理操作，转换为制图数据；其次在地图专家知识库的约束下，对制图数据进行地图符号化、地图注记自动配置和图外整饰等操作，形成地图数据；最后对地图数据可以进一步导入到CorelDraw、Illustrator等矢量化编辑工具进行编辑，最终将完成的电子地图数据进行存档或印制输出。

如图2所示，为本发明实施例的制图和增量式地图更新实施流程示意图。圆形节点表示地图制图中的关键流程，黑色填充节点表示地图制图的起始或终止节点；实线单向箭头表示制图流程的方向，虚线单向箭头表示增量更新制图流程方向；缺角矩形表示基态数据中的制图知识库，双向虚线箭头表示基态制图知识的应用方向。在普通制图流程中（实线单向箭头指示的流程），在符号化、图形冲突检测与处理、注记冲突检测与处理中，向基态制图知识库（xml文件）写入制图知识；在增量更新制图流程中，基态制图知识库（xml文件）中的基态制图知识用以指导载入的增量数据的预处理、符号化、图形冲突检测与处理、注记、注记冲突检测与处理过程。

如图12所示，实施例提出的一种基于国家基础地理信息数据的增量式地图更新方法，包括以下步骤，

步骤1、在基态数据基础上，导入增量地理数据；基态数据包括基态地理数据、基态制图数据、基态地图数据和基态制图知识；具体实施时，可以先判断基态数据是否已经符号化，是则直接导入增量地理数据，否则符号化基态地理数据后导入增量地理数据；

步骤2、对增量地理数据进行语义匹配，提取增量地理数据的相应增量信息；

步骤3、结合增量信息和基态制图知识，基于增量地理数据进行增量制图转换，生成增量制图数据；

步骤4、结合基态制图知识，基于增量制图数据进行增量符号化及增量图形冲突检测与处理；

步骤5、结合基态制图知识，基于增量制图数据进行增量注记及增量注记冲突检测与处理；

步骤6、基于增量地理数据，更新基态地理数据，得到现状数据，完成增量式地图更新。

为提高效率，本发明进一步提出：在步骤3中，仅对增量地理数据及其相关联的基态地理数据进行制图转换，而并非对全部基态地理数据进行制图转换。

为提高效率，本发明进一步提出：在步骤4中，仅对增量制图数据及其相关联的基态制图数据进行符号化及图形冲突检测与处理，而并非对全部基态制图数据进行符号化及图形冲突检测与处理。

为提高效率，本发明进一步提出：在步骤5中，仅对增量制图数据及其相关联的基态制图数据进行注记及注记冲突检测与处理，而并非对全部基态制图数据进行注记及注记冲突检测与处理。

在步骤3、步骤4和步骤5中，基态制图知识是在基态数据的生产中产生的图形与注记冲突检测与处理专家知识。

具体实施时，基态制图知识可以xml的文件格式存储，为便于实施参考起见提供建议格式如下：

<BaseCartoKnowledge>      <--根节点-->

     <DateTime/>             <--基态制图知识最后更新时间-->

     <Procuder/>              <--基态制图知识生产者-->

     <Institution/>             <--基态制图知识生产机构-->

     <Scale/>                 <--基态制图知识比例尺-->

     <Layer>

            <KnowledgeID/>      <--基态制图知识的唯一标识码-->

            <LayerID/>           <--产生基态制图知识的图层唯一标识码-->

            <LayerName/>        <--图层名称-->

            <FeatureID/>         <--产生基态制图知识的要素的唯一标识码-->

            <RelationLayerID/>    <--与FeatureID要素相关的图层的唯一标识码-->

            <RelationFeatureIDs/>  <--与FeatureID要素相关的所有要素的唯一标识码-->

            <Extent/>             <--产生基态制图知识的范围-->

            <Type/>              <--基态制图知识的类型-->

            <Content/>            <--基态制图知识的内容-->

     </Layer>

</BaseCartoKnowledge>

其中<Type/>节点用以记录基态制图知识的类型，即基态数据生产过程中的制图操作类型，分为要素操作与注记操作两类。要素操作记录：平移、旋转、结点移动和符号更新四类空间冲突调整操作；注记操作记录：注记式样更新、注记位置变更和注记文本内容更新三类注记冲突调整策略。<Layer>、</Layer>节点表示记录一个图层的基态制图知识。一般一个基态制图知识xml文件可以有多个<Layer>节点。

如图3所示，为本发明基态制图知识中空间依附冲突调整前后示意图；如图4所示，为本发明基态制图知识中空间压盖冲突调整前后示意图；如图5所示，为本发明基态制图知识中注记位置自动调整前后示意图。根据GBT/T 20257.3-2007《国家基本比例尺地图图式 第3部分： 1:25 000 1:50 000 1:100 000地形图图式》的要求，如图3中右图所示，火车站符号化后必须沿铁路线布置；当两个线状要素的图面距离小于0.2mm发生压盖冲突时，必须对低等级的线状要素进行移位处理，图4中左图为县道与单线标准规发生压盖冲突，县道的等级比单线标准轨的等级要低，因此需要对县道进行移位处理，图4中右图为对县道进行自动移位处理后；注记亦不能压盖重要地物，图5中左图高程点的注记压盖了县道和机耕路，图5中右图为对高程点的注记进行自动移位处理后效果。对于图3所示的依附制图知识、图4所示的压盖制图知识和图5所示的注记制图知识，在基态制图知识xml存储如下。其中KnowledgeID=1的基态制图知识为图3中所示的基态制图知识中火车站与铁路的依附冲突知识；KnowledgeID=2的基态制图知识为基态制图知识中县道与单线标准轨的压盖冲突知识；KnowledgeID=3的基态制图知识为基态制图知识中注记位置自动调整知识。

<BaseCartoKnowledge>

     <DateTime>2013-01-30 11:37:06</DateTime>

     <Procuder>佳图实验室</Procuder>

     <Institution>武汉大学</Institution>

     <Scale>1:50 000</Scale>

     <Layer>

            <KnowledgeID>1</KnowledgeID>

            <LayerID>2</LayerID>

            <LayerName>NAMPT</LayerName>

            <FeatureID>92</FeatureID>

            <RelationLayerID>RAILK2</RelationLayerID>

            <RelationFeatureIDs>36</RelationFeatureIDs>

            <Extent>(339759.02,339825.33;3425875.9134259804.04)</Extent>

            <Type>RotateGeometry</Type>

            <Content>AdhereRoate:37°</Content>

     </Layer>

     <Layer>

            <KnowledgeID>2</KnowledgeID>

            <LayerID>16</LayerID>

            <LayerName>ROALK</LayerName>

            <FeatureID>332</FeatureID>

            <RelationLayerID>RAILK2</RelationLayerID>

            <RelationFeatureIDs>10</RelationFeatureIDs>

            <Extent>(345522.83,345908.9;3431796.353432123.02</Extent>

            <Type>ModifyGeoemetry</Type>

     <Content>ModifyGeoemetry:345622.025090055,3432100.29057396,345749.025344055,3431731.19608577,345880.542708394,3431538.26931881,345906.271580127,3431472.31690442,345997.272928009,3431231.3150719;345666.098942959,3432118.16408816,345791.662820208,3431766.10066395,345880.542708394,3431538.26931881,345906.271580127,3431472.31690442,345997.272928009,3431231.3150719</Content>

     </Layer>

     <Layer>

            <KnowledgeID>3</KnowledgeID>

            <LayerID>9</LayerID>

            <LayerName>TERLK</LayerName>

            <FeatureID>363</FeatureID>

            <RelationLayerID>ROALK</RelationLayerID>

            <RelationFeatureIDs>492;569</RelationFeatureIDs>

            <Extent>(335219.81,335355.28;340312.93,340423.92)</Extent>

            <Type>MoveAnnotation</Type>

     <Content>MoveAnnotation:335314.05,34030443.06;335324.6,3430319.37</Content>

     </Layer>

</BaseCartoKnowledge>

若图3中所示火车站存在增量信息，则在对火车站进行增量符号化后，需按照基态制图知识xml文件中的KnowledgeID=1的制图知识，同时根据铁路的走向，对火车站进行增量旋转处理。

若图4中所示县道存在增量信息，则在对县道进行增量符号化后，需按照基态制图知识xml文件中的KnowledgeID=2的制图知识，同时根据单线标准轨的走向，对县道进行增量移位处理。

若图5中所示注记存在增量信息，则在对注记进行增量注记后，需按照基态制图知识先xml文件中KnowledgeID=3的制图知识，同时结合注记周边的要素，进行注记的增量移位。

如图6所示，本发明增量式地图更新详细流程为：

步骤①，首先载入基态数据及相应的基态制图知识。

步骤②，载入增量信息（包括增量地理数据和增量制图知识），并对增量信息进行语义识别，提取增量操作。增量包括增加和删除两种情况。增量地理数据一般以shp格式提供，增量制图知识以与基态制图知识相应的xml格式提供。

步骤③，如果步骤②中提取的增量操作不是增量删除，则进入步骤④。否则在基态数据中查找与增量删除的要素相关的要素F，如果存在F，则根据基态制图知识将与增量删除相关联的要素F归位；如果不存在F，则在基态数据中直接删除。

步骤④，如果步骤②中提取的增量操作不是增量修改，则进入步骤⑤。否则首先判断增量修改的类别是否为属性修改，如果为属性修改，则进入步骤⑥；如果不是属性修改，则删除基态数据中与增量修改相关的要素，进入步骤⑦。

步骤⑤，检测属性修改中修改的是否为分类字段，如果分类字段的属性值发生变化，则进入步骤⑥，否则进入步骤⑧；

步骤⑥，对增量增新为增加的要素进行增量符号化，进入步骤⑧；

步骤⑦，对于属性修改中非分类字段发生变化的，直接修改基态数据的属性，进入步骤⑨；

步骤⑧，在基态数据中，查找与增量符号化后相关的要素，如果存在，则根据基态制图知识，增量移动与增量符号化后相关的要素，否则进入步骤⑨；

步骤⑨，对全图层进行增量出图检测处理，形成现状数据。

对于增量式制图来说，线状要素的增量式制图过程和需考虑的情况是最多、最复杂的，此处就以线状要素的增量式制图为例说明增量式制图流程。如图7所示，线状要素的增量式地图更新流程为：

步骤①，在基态数据基础上，首先将增量地理数据导入其对应的原始图层进行语义匹配，遍历每个线增量要素F，以提取区分不同的增量类别。

步骤②，判断增量信息中的变化类别是否为属性变化，

如果增量信息中的变化类别为属性变化，则首先判断其分类字段值是否发生变化；若分类字段值发生变化，则进行操作A——在基态数据中匹配查找与该要素F相关的地图数据集合MD，然后通过查找与MD相关的制图数据集合CD，最后再查找与CD制图数据集合相关联的所有的地图数据集合MD’，删除MD和MD’，对制图数据集合CD重新进行制图转换（包括制图数据连接、数据压缩等），重新进行符号化；操作A后进入步骤⑩；

若分类字段值未发生变化，则增量信息中的属性变化为注记字段发生了变化，此时，仅对该增量要素重新注记即可；

如果增量信息中的变化类别不为属性变化，则进入步骤③；

步骤③，判断增量信息中的变化类别是否为变形或位移、拆分、合并、延长、缩短，是则可拆分为变形、移位、增加和删除操作的组合，即进行操作A后进入步骤⑩；；

否则进入步骤④；

步骤④，判断增量信息中的变化类别是否为增加（指增加线状要素），是则进行操作B——查找增量要素在一定阈值范围（例如线状道路的阈值范围为首尾短短2mm半径的圆面）内的所有制图数据集合CD，然后查找与所有制图数据集合CD相关联的地图数据集合MD，删除MD，重新对制图数据集合CD进行制图转换，并重新符号化CD；操作B后进入步骤⑩；

如果增量信息中的变化类别不为增加，否则进入步骤⑤；

步骤⑤，判断增量信息中的变化类别是否为删除，是则与增量信息为增加时的处理方式相同，即进行操作B后进入步骤⑩；否则进入步骤⑥；

步骤⑥，判断增量信息中的变化类别是否为道路附属物增加（指增加里程碑、加油站、收费站、火车站等点状要素），是则进行操作C——在实施增量制图时对增加的附属物进行重新符号化，并对其进行重新注记；操作C后进入步骤⑩；否则进入步骤⑦；

步骤⑦，判断增量信息中的变化类别是否为附属物删除，是则直接删除该增量附属物的图形符号及注记即可结束流程；否则进入步骤⑧；

步骤⑧，判断增量信息中的变化类别是否为附属物变形或位移，是则增量制图处理流程与附属物增加时处理方式相同，即进行操作C后进入步骤⑩；否则进入步骤⑥；

步骤⑨，判断若增量信息中的变化类别是否为附属物属性发生变化，是则首先判断其分类字段值是否发生变化，如果没有发生变化，则直接重新注记该要素即可进入步骤⑩，若其分类字段值发生变化，则进行操作C后进入步骤⑩；

步骤⑩，处理完上述增量类别后，根据基态制图知识，对涉及到的图形和注记重新进行增量冲突检测处理，完成增量制图。

如图8所示，为对1:250 000比例尺下点状要素“汀祖镇”进行增量式地图更新前后示意图，“汀祖镇”的GB分类码发生了变更，名称也发生了变化。如图9所示，为对1:250 000比例尺下点状要素“六指县”进行增量式地图更新前后示意图，“六指县”为新增要素。如图10所示，为对1:250 000比例尺下点状要素“区株山茶厂”进行增量式地图更新前后示意图，更新后“区株山茶厂”被删除。如图11所示，为对1:250 000比例尺下线状要素“陈庙河”进行增量式地图更新前后示意图，“陈庙河”的几何形态发生了变化，名称也发生了变更。并且由于“陈庙河”的几何形态发生了变化，进行增量注记冲突检测与处理时，“上马堂”的注记位置也进行了增量式调整。

以上所述仅是用以说明本发明的具体实施案例而已，并非用以限定本发明的可实施范围，举凡本领域熟练技术人员在未脱离本发明所指示的精神与原理下所完成的一切等效改变或修饰，仍应由本发明权利要求的范围所覆盖。