[发明专利]一种快速提取OSM数据中指定行政区内路网的方法

权利要求书

1.一种快速提取OSM数据中指定行政区内路网的方法，包括如下步骤，其特征在于：

步骤(1)将OSM数据中的节点和行政区边界点的经纬度坐标转换为UTM坐标系坐标，后续步骤中的坐标如没有特指都认为是在UTM坐标系下；设转换后按原顺序排列的行政区边界点集合为S_all；

步骤(2)设行政区边界点坐标中的横坐标最小和最大值分别为x_min和x_max，横坐标中值x_mid＝(x_min+x_max)/2；设行政区边界点坐标中的纵坐标最小和最大值分别为y_min和y_max,纵坐标中值y_mid＝(y_min+y_max)/2；寻找行政区边界点坐标中横坐标值等于x_min的点作为边界最西侧点D，若有多个点横坐标等于x_min，则将这些点中纵坐标与y_mid的差的绝对值最小的点作为D，若横坐标值等于x_min的点中有多个点纵坐标与y_mid的差的绝对值都为最小，则选取这些点中的任意一点作为D；寻找行政区边界点坐标中横坐标值等于x_max的点作为边界最东侧点B，若有多个点横坐标等于x_max，则将这些点中纵坐标与y_mid的差的绝对值最小的点作为B，若横坐标值等于x_max的点中有多个点纵坐标与y_mid的差的绝对值都为最小，则选取这些点中的任意一点作为B；寻找行政区边界点坐标中纵坐标值等于y_min的点作为边界最南侧点C，若有多个点纵坐标等于y_min，则将这些点中横坐标与x_mid的差的绝对值最小的点作为C，若纵坐标值等于y_min的点中有多个点横坐标与x_mid的差的绝对值都为最小，则选取这些点中的任意一点作为C；寻找行政区边界点坐标中纵坐标值等于y_max的点作为边界最北侧点A，若有多个点纵坐标等于y_max，则将这些点中横坐标与x_mid的差的绝对值最小的点作为A，若纵坐标值等于y_max的点中有多个点横坐标与x_mid的差的绝对值都为最小，则选取这些点中的任意一点作为A；

步骤(3)设点A和点C的直线距离为d_y，点B和点D的直线距离为d_x；将A点正北方向距离A点0.1*d_y处的点设为A’，将B点正东方向距离B点0.1*d_x处的点设为B’，将C点正南距离C点0.1*d_y处的点设为C’，将D点正西方向距离D点0.1*d_x处的点设为D’；

步骤(4)设简化的行政区边界多边形顶点坐标集合为S，S初始状态为空集；

步骤(5)判断D’和A’之间是否需要插入简化的行政区边界节点，之后进入步骤(6)；

所述步骤(5)包括以下子步骤：

步骤51在行政区边界点集合S_all中找到点D和点A坐标的位置，若点D坐标的位置在点A坐标位置之后，则提取S_all中点A和点D之间，不包括A和D的边界点坐标，按S_all中的顺序排列作为集合S_cal；若点D坐标的位置在点A坐标位置之前，则先将点A至S_all中最后一个点的坐标提取作为集合S_cal，再将S_all中第一个点至点D的坐标提取放置在已有集合S_cal中最后一个点坐标之后，行成最终的集合S_cal，集合S_cal不包括A和D坐标；设A’坐标(x_a’，y_a’)，B’坐标(x_b’，y_b’)；

步骤52设S_cal中第一个点坐标为(x_e’，y_e’)，该点为E’；与向量D’A’形成最大逆时针夹角，夹角最大180度的点坐标为(x_max1，y_max1)，最大夹角为θ_max，初始状态下x_max1＝y_max1＝0，θ_max＝0；

步骤53计算向量D’A’和向量D’E’的位置关系，设x₁＝x_a’-x_d’，y₁＝y_a’-y_d’，x₂＝x_e’-x_d’，y₂＝y_e’-y_d’，如果x₁*y₂-x₂*y₁≤0，则表示向量D’E’在向量D’A’的顺时针方向，转至步骤54，如果x₁*y₂-x₂*y₁0，则表示向量D’E’在向量D’A’的逆时针方向，根据公式(1)计算两向量的夹角θ，其中arcos为反余弦函数；

如果θθ_max1，则将θ赋值给θ_max，x_e’赋值给x_max1，y_e’赋值给y_max1，进入步骤(54)；

步骤54如果点E’为集合S_cal中最后一个坐标表示的点，且θ_max不为0，则进入步骤55，如果E’是最后一个点而θ_max为0，则将D’和A’坐标放入集合S中，进入步骤(6)；否则设S_cal中现有点E’的下一个点坐标为(x_e’，y_e’)，该坐标表示的点为新的E’，返回步骤53；

步骤55设S_cal中第一个点坐标为(x_e’，y_e’)，该点为E’；与向量A’D’形成最大顺时针夹角，夹角最大180度的点坐标为(x_max2，y_max2)，最大夹角为θ_max，初始状态下x_max2＝y_max2＝0，θ_max＝0；

步骤56计算向量A’D’和向量A’E’的位置关系，设x₁＝x_d’-x_a’，y₁＝y_d’-y_a’，x₂＝x_e’-x_a’，y₂＝y_e’-y_a’，如果x₁*y₂-x₂*y₁＝0，则表示向量A’E’在向量A’D’的逆时针方向，转至步骤57，如果x₁*y₂-x₂*y₁0，则表示向量A’E’在向量A’D’的顺时针方向，根据公式(1)计算两向量的夹角θ，如果θθ_max，则将θ赋值给θ_max，x_e’赋值给x_max2，y_e’赋值给y_max2，进入步骤57；

步骤57如果点E’为集合S_cal中最后一个坐标表示的点，则进入步骤58，否则设S_cal中现有点E‘的下一个点坐标为(x_e’，y_e’)，该坐标表示的点为新的E’，返回步骤56；

步骤58设(x_max1，y_max1)表示的点为T1，(x_max2，y_max2)表示的点为T2，设由D’和T1连成的直线和由A’和T2连成的直线的交点为T，将D’、T和A’坐标放入集合S中，进入步骤(6)；

步骤(6)按照步骤(5)的方法依次判断A’和B’，B’和C’，C’和D’之间是否需要插入简化的行政区边界节点，并将相应的节点放入集合S中；

步骤(7)由集合S中的坐标表示的节点组成起点和终点都为D’的封闭多边形P，利用射线法依次判断OSM数据中每一条路段的起点和终点是否在多边形P内，如果起点和终点都不在P内，则删除该路段，否则保留该路段；最终保留在OSM数据中的路段组成的路网即为指定行政区内的路网。