CN110473251A - 基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法 - Google Patents

基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法，包括服务器端基于笛卡尔坐标系二分法规则建立全球网格剖分模型，并对空间数据进行迭代二分后进行编码，建立空间网格索引；移动端在地图上绘制自定义范围，并将自定义范围坐标与空间数据图层ID同步上传至服务器端，服务器端根据所述空间网格索引计算得到自定义空间范围对应的空间索引层级的空间索引网格集合；服务器端根据空间索引网格集合与空间数据图层ID，计算所述自定义范围的空间数据面积，并将计算结果回传到移动端进行显示等步骤。其显著效果是：提高了计算效率，计算精度高，占用资源少。

Description

基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法
技术领域
本发明涉及到空间数据处理技术领域，具体涉及一种基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法。
背景技术
随着移动GIS技术的发展，在移动端绘制范围后统计目标图层空间要素的需求越来越普遍。目前的做法都是将绘制的自定义范围转换为Json等文件后上传到服务器，然后与目标图层进行空间相交运算后得到统计面积后，最后将计算结果回传到移动端进行显示。
然而，该方法虽然计算结果比较准确，但是由于多边形与多边形空间相交运算速度的制约，整体统计速度比较慢。针对该问题，亟需一种能够面向移动应用的自定义范围空间数据面积快速统计方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法，该方法通过对空间数据建立网格空间索引，将多边形与多边形的空间求交运算转换为中心点与多边形的包含运算，从而提高自定义范围统计空间数据面积的计算效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法，其关键在于包括以下步骤：
步骤1：服务器端基于笛卡尔坐标系二分法规则建立全球网格剖分模型，并对空间数据进行迭代二分后进行编码，建立空间网格索引；
步骤2：移动端在地图上绘制自定义范围，并将自定义范围坐标与空间数据图层ID同步上传至服务器端，服务器端根据所述空间网格索引计算得到自定义空间范围对应的空间索引层级的空间索引网格集合；
步骤3：服务器端根据步骤2所得的空间索引网格集合与空间数据图层ID，计算所述自定义范围的空间数据面积，并将计算结果回传到移动端进行显示。
进一步的，步骤1中，所述空间网格索引的建立过程如下：
步骤1.1：基于笛卡尔坐标系二分法规则，建立全球网格剖分模型后对地球进行经纬度迭代二分，并对每个网格进行二进制编码；
步骤1.2：将各层级网格的二进制编码转码为文本编码，获得所需的空间数据的网格编码；
步骤1.3：利用网格编码对面数据进行编码，建立面数据的空间网格索引。
进一步的，步骤1.1中所述笛卡尔坐标系二分法规则为：将经度在(-180,0)区间内的网格编码为0，将经度在(0,180)区间内的网格编码为1，将纬度在(-90,0)区间内的网格编码为0，将经度在(0,90)区间内的网格编码为1。
进一步的，步骤1.2中将二进制编码转码为文本编码的方法为：
步骤A：对于第i层级网格，按照其编码长度每五位进行组合，不足五位时则采用0进行补码；
步骤B：将每个五位组合编码转换为十进制数字，并记录补码的长度；
步骤C：根据数字与文本的转换表，将十进制数字转换为文字，并组合形成最终空间数据的文本编码。
进一步的，步骤1.3中面数据的编码方式为：首先利用网格编码对面数据的每个角点进行编码，然后利用面数据的角点坐标计算面数据的中心点，之后对中心点进行编码，形成面数据的空间网格索引。
进一步的，步骤2中所述空间索引网格集合的获取过程如下：
步骤2.1：移动端在地图上绘制自定义范围，并计算自定义范围坐标；
步骤2.2：将自定义范围坐标转化为JSON文件后上传到服务器端，同时上传需要进行面积统计的空间数据图层ID；
步骤2.3：服务器端根据自定义范围坐标计算自定义范围面积S0，并利用公式Si<S0/P计算得到空间索引层级i，其中，Si为第i层级网格面积小于S0/P的最大网格面积，P为面积计算精度控制因子；
步骤2.4：服务器端根据自定义空间范围和空间索引层级i，计算得到对应的空间索引网格集合Grid[i]。
进一步的，所述面积计算精度控制因子P的值设置为1000。
进一步的，步骤3中所述自定义范围的空间数据面积计算过程如下：
步骤3.1：根据空间索引网格集合Grid[i]和空间数据图层ID，索引相关空间要素，得到相关空间要素Feture[i]以及与空间要素相交的空间索引网格IntersectGrid[i]，其中i为空间索引层级；
步骤3.2：根据与空间要素相交的空间索引网格，获得下一层级的空间索引网格IntersectGrid[i+1]；
步骤3.3：统计空间索引网格IntersectGrid[i+1]中网格中心点在Feture[i]中的空间索引网格数量N；
步骤3.4：按照公式S＝N*Si+1计算得到自定义范围的空间数据面积为S。
进一步的，步骤3.2中若不存在下一层级空间网格索引，则直接利用空间索引网格IntersectGrid[i]计算面积，具体如下：
统计空间索引网格IntersectGrid[i]中网格中心点在Feture[i]中的空间索引网格数量N；
按照公式S＝N*Si计算得到自定义范围的空间数据面积为S。
本发明的显著效果是：
1、提高了效率：
本发明可以极大的提高在移动端自定义范围统计空间数据面积的效率，利用空间网格索引将多边形与多边形的空间求交运算转换为中心点与多边形的包含运行，提高了计算效率。
2、计算精度高：
本发明在提高计算效率的同时，通过自定义范围面积选择索引网格层级，并采用小一级索引网格计算面积，兼顾了面积统计的计算精度。
3、占用资源少：
本发明直接利用空间数据自带的空间索引进行面积计算，不需要单独建立计算网格。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是迭代二分三次之后的效果图；
图3是面妆数据的编码效果图；
图4是空间网格索引精度示意图；
图5是空间索引网格集合的示意图；
图6是与空间要素相交的空间索引网格的示意图；
图7是下一层级的空间索引网格的示意图；
图8是计算所得相关空间要素中空间索引网格数量的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
如图1所示，一种基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法，具体步骤如下：
步骤1：服务器端基于笛卡尔坐标系二分法规则建立全球网格剖分模型，并对空间数据进行迭代二分后进行编码，建立空间网格索引。
所述全球网格剖分模型的建立过程如下：
步骤1.1：基于笛卡尔坐标系二分法规则，建立全球网格剖分模型后对地球进行经纬度迭代二分，并对每个网格进行二进制编码；
所述笛卡尔坐标系二分法规则也即是：假如这个平面代表地球，首先进行经度二分，也即是将经度在(-180,0)区间内的网格编码为0，将经度在(0,180)区间内的网格编码为1；然后进行纬度二分，也即是将纬度在(-90,0)区间内的网格编码为0，将经度在(0,90)区间内的网格编码为1，之后对经纬度进行迭代二分，迭代三次后的效果如图2所示。
步骤1.2：将各层级网格的二进制编码转码为文本编码，获得所需的空间数据的网格编码：
通过上述的全球网格剖分模型，已经把地球每个网格编码为0和1构成的二进制编码。但这种应用不方便，第一，编码太长了，浪费空间；第二就是编码查找太麻烦了。因此建立一个全球网格编码规则，把二进制编码变成我们文字编码，以克服二进制编码存在的各种缺陷。具体过程如下：
步骤A：假设第19层级网格的某个空间点(即i＝19)，则其通过全球网格剖分模型进行迭代二分后形成的二进制编码长度为38位，根据其编码长度按照每五位进行组合，不足五位时则采用0进行补码，也即是通过两个0将38位编码补位为40位编码(可以理解的是，组合位数也可以为三位、四位、六位、十位等，后续步骤采用与其相适应的数字与文本的转换表即可)；
步骤B：将每个五位组合编码转换为十进制数字，并记录补码的长度；
步骤C：根据数字与文本的转换表，按照0-31之间的数字与字符的对应关系，将十进制数字转换为文字，并组合形成最终空间数据的文本编码。所述转换表如下表1所示：
表1转换表
步骤1.3：利用网格编码对面数据进行编码，建立面数据的空间网格索引：所述面数据的编码方式为：首先利用网格编码对面数据的每个角点进行编码，然后利用面数据的角点坐标计算面数据的中心点，之后对中心点进行编码，形成面数据的空间网格索引，编码效果如图3所示。
通过以上步骤，即可建立面数据的空间网格索引，并且可以实现任意层级、任意大小的空间网格索引，空间网格索引精度如图4所示。第10层级其误差为20km，表示这个网格最大边有40km，第15层级为0.61km，网格最大为1.22km，第20层级误差为19m，第25层级误差为0.6m，第30层级为0.01m，为1cm了。
步骤2：移动端在地图上绘制自定义范围，并将自定义范围坐标与空间数据图层ID同步上传至服务器端，根据所述空间网格索引计算得到自定义空间范围对应的空间索引层级的空间索引网格集合。
其中，所述空间索引网格集合的获取过程如下：
步骤2.1：移动端在地图上绘制自定义范围，并计算自定义范围坐标；
步骤2.2：将自定义范围坐标转化为JSON文件后上传到服务器端，同时上传需要进行面积统计的空间数据图层ID；
步骤2.3：服务器端根据自定义范围坐标计算自定义范围面积S0，并利用公式Si<S0/P计算得到空间索引层级i，其中，Si为第i层级网格面积小于S0/P的最大网格面积，P为面积计算精度控制因子，用于控制面积计算进度，默认设置为1000；如果i大于最大网格层级Lmax，则令i＝Lmax。
步骤2.4：服务器端根据自定义空间范围和空间索引层级i，计算得到对应的空间索引网格集合Grid[i]，如图5所示。
步骤3：服务器端根据步骤2所得的空间索引网格集合与空间数据图层ID，计算所述自定义范围的空间数据面积，并将计算结果回传到移动端进行显示。
所述自定义范围的空间数据面积计算过程如下：
步骤3.1：根据空间索引网格集合Grid[i]和空间数据图层ID，索引相关空间要素，得到相关空间要素Feture[i]以及与空间要素相交的空间索引网格IntersectGrid[i]，如图6所示，其中i为空间索引层级；
步骤3.2：根据与空间要素相交的空间索引网格，获得下一层级的空间索引网格IntersectGrid[i+1]，如图7所示；
步骤3.3：统计空间索引网格IntersectGrid[i+1]中网格中心点在Feture[i]中的空间索引网格数量N，如图8所示；
步骤3.4：按照公式S＝N*Si+1计算得到自定义范围的空间数据面积为S。
进一步的，步骤3.2中若不存在下一层级空间网格索引，则直接利用空间索引网格IntersectGrid[i]计算面积，具体如下：
统计空间索引网格IntersectGrid[i]中网格中心点在Feture[i]中的空间索引网格数量N；
按照公式S＝N*Si计算得到自定义范围的空间数据面积为S。
本发明所述方案，通过将多边形与多边形的空间求交运算转换为中心点与多边形的包含运算，并直接利用空间数据自带的空间索引进行面积计算，不需要单独建立计算网格，从而提高了计算效率。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：服务器端基于笛卡尔坐标系二分法规则建立全球网格剖分模型，并对空间数据进行迭代二分后进行编码，建立空间网格索引；
步骤2：移动端在地图上绘制自定义范围，并将自定义范围坐标与空间数据图层ID同步上传至服务器端，服务器端根据所述空间网格索引计算得到自定义空间范围对应的空间索引层级的空间索引网格集合；
步骤3：服务器端根据步骤2所得的空间索引网格集合与空间数据图层ID，计算所述自定义范围的空间数据面积，并将计算结果回传到移动端进行显示。
2.根据权利要求1所述的基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法，其特征在于：步骤1中，所述空间网格索引的建立过程如下：
步骤1.1：基于笛卡尔坐标系二分法规则，建立全球网格剖分模型后对地球进行经纬度迭代二分，并对每个网格进行二进制编码；
步骤1.2：将各层级网格的二进制编码转码为文本编码，获得所需的空间数据的网格编码；
步骤1.3：利用网格编码对面数据进行编码，建立面数据的空间网格索引。
3.根据权利要求2所述的基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法，其特征在于：步骤1.1中所述笛卡尔坐标系二分法规则为：将经度在(-180,0)区间内的网格编码为0，将经度在(0,180)区间内的网格编码为1，将纬度在(-90,0)区间内的网格编码为0，将经度在(0,90)区间内的网格编码为1。
4.根据权利要求2所述的基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法，其特征在于：步骤1.2中将二进制编码转码为文本编码的方法为：
步骤A：对于第i层级网格，按照其编码长度每五位进行组合，不足五位时则采用0进行补码；
步骤B：将每个五位组合编码转换为十进制数字，并记录补码的长度；
步骤C：根据数字与文本的转换表，将十进制数字转换为文字，并组合形成最终空间数据的文本编码。
5.根据权利要求2或4所述的基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法，其特征在于：步骤1.3中面数据的编码方式为：首先利用网格编码对面数据的每个角点进行编码，然后利用面数据的角点坐标计算面数据的中心点，之后对中心点进行编码，形成面数据的空间网格索引。
6.根据权利要求1所述的基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法，其特征在于：步骤2中所述空间索引网格集合的获取过程如下：
步骤2.1：移动端在地图上绘制自定义范围，并计算自定义范围坐标；
步骤2.2：将自定义范围坐标转化为JSON文件后上传到服务器端，同时上传需要进行面积统计的空间数据图层ID；
步骤2.3：服务器端根据自定义范围坐标计算自定义范围面积S0，并利用公式Si<S0/P计算得到空间索引层级i，其中，Si为第i层级网格面积小于S0/P的最大网格面积，P为面积计算精度控制因子；
步骤2.4：服务器端根据自定义空间范围和空间索引层级i，计算得到对应的空间索引网格集合Grid[i]。
7.根据权利要求6所述的基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法，其特征在于：所述面积计算精度控制因子P的值设置为1000。
8.根据权利要求1所述的基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法，其特征在于：步骤3中所述自定义范围的空间数据面积计算过程如下：
步骤3.1：根据空间索引网格集合Grid[i]和空间数据图层ID，索引相关空间要素，得到相关空间要素Feture[i]以及与空间要素相交的空间索引网格IntersectGrid[i]，其中i为空间索引层级；
步骤3.2：根据与空间要素相交的空间索引网格，获得下一层级的空间索引网格IntersectGrid[i+1]；
步骤3.3：统计空间索引网格IntersectGrid[i+1]中网格中心点在Feture[i]中的空间索引网格数量N；
步骤3.4：按照公式S＝N*Si+1计算得到自定义范围的空间数据面积为S。
9.根据权利要求8所述的基于网格空间索引的自定义范围空间数据面积统计方法，其特征在于：步骤3.2中若不存在下一层级空间网格索引，则直接利用空间索引网格IntersectGrid[i]计算面积，具体如下：
统计空间索引网格IntersectGrid[i]中网格中心点在Feture[i]中的空间索引网格数量N；
按照公式S＝N*Si计算得到自定义范围的空间数据面积为S。
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