[发明专利]地理矢量线数据的可视化方法、装置和计算机设备

说明书

本申请涉及一种地理矢量线数据的可视化方法、装置和计算机设备。首先，提出了面向多层级瓦片绘制的自适应可视化模型，该模型通过自适应判定选择最优的可视化方法来绘制瓦片，在各个显示层级上均具有高效的可视化性能，从而实现对地理矢量线数据的从总体至精细的多层级实时可视化浏览。同时，基于地理矢量线要素的双层级外包框结构设计了一种像元四叉R树空间索引结构，能够适应模型中可视化方法的判定选择和瓦片绘制的计算需求。最后，基于构建的像元四叉R树空间索引结构设计了地理矢量线数据的自适应可视化算法，可为自适应可视化模型提供高效的算法支撑。

技术领域

本申请涉及数据可视化技术领域，特别是涉及一种地理矢量线数据的可视化方法、装置和计算机设备。

背景技术

地理矢量数据模型，也称离散对象模型，其通常以点、线、面等离散对象来描述地理表面空间要素的形状和位置，以及刻画地理空间现象的范围与分布，是全空间地理信息系统描述时空实体的核心数据模型。地理矢量线数据作为地理矢量数据的重要组成部分，通过一系列顺序排列的点来实现对现实世界的表达，被广泛用于道路、行政区划、河流水系、建筑物轮廓等多种线状地物的描述和表达。随着物联网地理空间数据采集、众包地理信息服务和地理数据自动化处理技术的快速发展，地理矢量线数据的规模呈现爆炸性增长态势。根据2021年交通运输行业发展统计公报数据显示，截至2021年底全国公路总里程已达528.07万公里，涉及到的道路矢量数量规模达到了千万级规模；截至2022年，OpenStreetMap中的地理矢量线要素的规模已达到亿级规模。这些体量庞大且不断增长的地理矢量线数据不仅数据量巨大，而且绝大部分的数据仅仅以表格或文本形式呈现，使得用户需耗费大量的时间和精力进行数据的处理和分析。

可视化分析技术是一种以可视化为手段的分析方法，其借助计算机图形学和图像处理等技术，将科学计算中产生的大量非直观的、抽象的或者不可见的数据以图形图像信息的形式，直观、形象地表达出来，并提供有效的交互方式支持用户对数据进行探索。随着网络信息技术的快速发展，网页地图成为当前被广泛使用的浏览地理矢量数据的方式，同时，标准的网络瓦片地图服务（Web Tile Map Service, WTMS）也被用于在互联网上快速浏览地理矢量数据,基于网页地图的地理空间数据可视化研究已成为当前地理信息科学（Geographic Information Science,GIS）领域的研究热点。通过在网页地图上对地理矢量数据进行可视化，用户能够直观地感受地理空间要素的空间分布现象及趋势，并为下一步探索和分析隐藏在数据中的模式及规律提供有力支撑。

对地理矢量线数据进行可视化是探索挖掘地理矢量线数据的第一步，也是对地理矢量线数据进行下一步复杂空间分析的基础。在可视化过程中需要遵循经典的可视分析探索流程：既能以鹰眼视角浏览数据的总体分布, 又可进行缩放浏览数据的个体细节。当前主流的地理矢量数据可视化工具与方法均采用数据导向的计算方式，其核心思想是以单个矢量要素作为计算单元进行可视化计算。然而，随着数据规模的急剧增长，采用上述方法会产生地图瓦片数据集生成耗时长，规模大，样式难以交互更改等问题，即使采用高性能并行计算技术也仍难以实现大规模地理矢量线数据的多层级实时可视化。

空间数据的可视化已成为空间分析的重要手段，地理空间数据可视化有助于用户更为直观地对地理空间数据进行总结、分析和推理。为实现大规模地理矢量数据的可视化，当前主流方法采用基于瓦片金字塔的解决方案，瓦片金字塔是一种多分辨率多层级的图片组织模型，可以支持对数据从粗略到精细的放缩浏览。然而，随着数据规模的飞速增长，这类栅格切片技术越来越难以满足无缝数据浏览、高效实时渲染等可视化需求，具体体现为：1）当数据规模增大时生成可视化瓦片的耗时增加，极端情况下甚至无法完成绘制；2）随着瓦片金字塔层级加深，为浏览高清数据所需生成的瓦片数目呈指数级增长，给存储组织带来巨大挑战；3）瓦片金字塔技术直接将地理矢量数据转换成无法更改的静态图片，当地理矢量数据发生变化时则必须重新生成瓦片数据集。