[发明专利]拓扑保真的全球离散格网系统中矢量要素格网化方法

说明书

本发明公开一种拓扑保真的全球离散格网系统中矢量要素格网化方法，首先基于九交模型对格网化过程中可能出现的拓扑畸变进行分类，而后构建修复拓扑畸变，对于矢量点、线、面数据均分别进行初始格网化、拓扑畸变检测及拓扑畸变修复。本发明能有效保持原始矢量数据间的拓扑关系，保证了矢量数据在全球离散格网系统中的正确集成。

技术领域

本发明涉及地理信息技术，具体涉及一种拓扑保真的全球离散格网系统中矢量要素格网化方法。

背景技术

全球离散格网将地球表面剖分成连续无缝的多层次区域单元集合，用于拟合不同分辨率下的地球表面，其具有嵌套层次性和全球连续性的特征，可以规范地集成和分析全球范围任意分辨率的海量数据。其中，矢量数据的集成，即依据一定准则将矢量数据离散化到对应尺度的格网单元中，实现地理对象的格网化表达。这是全球离散格网研究的核心问题。

矢量数据中，点数据的格网化较为简单，用与其比例尺对应分辨率的格元表达即可。对于线数据，需要确定线经过格网路径上的所有格元。传统平面格网中已有许多矢量线格网化方法，针对三角形格网的有顶点到顶点线生成算法、基于相邻序列线生成算法、沿格元边界的最短路径搜寻算法等，针对四边形格网的有数字微分法、中点画线法、Bresenham算法和Wu算法等，针对六边形格网的有 Vince(2006)的多维离散线数学模型及相应算法。在此基础上，相关学者将平面空间中的矢量数据格网化算法移植到了球面空间的全球离散格网上。同时，Dutton 利用QTM格网的多分辨率层次特性，提出了用于制图综合的简化线算法，于文率等对矢量线数据的格网化表达进行了精度控制，使得平面格网上的矢量绘制方法能在球面格网上进行高精度的绘制。对于面数据，则需要确定与面相交的格网区域。Tonget al.提出了一种合理的球面扩展方法，通过对不同扩展区域的矢量数据的剖分和多次变换，实现了矢量面数据在球面六边形网格上的格网化。

目前全球离散格网系统中，现有矢量数据格网化方法需要首先根据地图比例尺与格网层级的对应关系，确定保证原始矢量数据表达精度所需的特定格网层级，而后运用各种格网化方法进行矢量数据的集成。现有格网化方法主要考虑了矢量数据在格网中的表达精度，力求精确地表达地理空间中实体对象的几何特征。然而，因为矢量数据与格网系统对于位置表达的差异，格网化是一个有损的过程，必然会导致面积、边长、形状和拓扑结构等方面的畸变。相对于其它方面，拓扑关系表达了地理实体间的空间关系特征，拓扑关系的错误表达将会导致错误的空间认知。在全球离散格网中对矢量数据进行格网化过程中，就可能会发生拓扑关系的改变。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种拓扑保真的全球离散格网系统中矢量要素格网化方法，实现矢量数据在全球离散格网系统中的正确集成。

技术方案：本发明的一种拓扑保真的全球离散格网系统中矢量要素格网化方法，依次包括以下步骤：

(1)输入需要格网化的原始矢量数据，然后确定原始矢量数据的类型；此处原始矢量数据类型包括矢量点数据、矢量线数据和矢量面数据；

(2)基于九交模型分别给出矢量点数据、矢量线数据和矢量面数据在格网化过程中可能出现的拓扑畸变；

(3)对各个原始矢量数据类型均分别进行以下处理：初始格网化、拓扑畸变检测和拓扑畸变修复；

(4)按照模型格式输出最终格网化结果；

其中，所述初始格网化通过原始矢量数据的地图比例尺确定初始格网层级，而后对矢量点数据、矢量线数据和矢量面数据分别按照不同策略确定表达实体几何的所有格元；所述拓扑畸变检测根据格元空间关系确定初始格网化后的拓扑关系，并找出拓扑关系发生改变的对象，并记录导致畸变的相关格元；所述拓扑畸变修复利用格网系统的多分辨率层次特性，将上一步记录的格元替换为分辨率更高的格元，确认这些格元的归属并重新检测拓扑畸变，递归修复直至所有拓扑畸变都消失。

进一步的，所述步骤(2)中拓扑畸变包括下述情况：