[发明专利]一种用超大规模GPS数据生产全国道路数字图像的方法

说明书

本发明属于GPS空间大数据挖掘技术。本了明将GPS卫星+车载移动终端设计成一个24小时不间断运行的公路专用光学成像系统，将每一台车载GPS转换成了一个移动的暴光光源。本发明首先对WGS84坐标平面做严格的序列化格网区划，在任意格网区划级别下，全部网格被区分为道路网格和非道路网格二类，凡有车载GPS记录映入的网格视为道路网格，在超大规模GPS数据支持下，能够生产出优于１:5000比例尺的覆盖全国路网的高精度道路数字图像。

技术领域

本发明属于超大规模GPS空间大数据挖掘技术领域，与地理信息系统技术、数字图像技术、超级计算技术相关。

本发明所连续生产全国公网路数字图像是GPS大规模应用的基础性数据支撑，与车辆保险、无人汽车、地图测绘、国防安全等诸多领域关系密切。

本发明所指GPS，是包括中华人民共和国的北斗导航系统在内的所有全球卫星定位系统，并不是特指美国的GPS系统。

背景技术

随着GPS移动终端的大规模普及应用，在全社会范围内迅速地累积起了超大规模的GPS数据。截止2017年中，交通部所属全国联网联控平台和全国公共货运平台，累积接收数据量远超过万亿条，范围覆盖全国所有实际可通行道路及部份国外道路。

由于车载北斗/GPS的应用，必须要有电子地图，特别是道路电子地图作为基础数据支持，因此道路电子地图的制作与连续更是一项重要的基础性的工作。

用GPS轨迹数据制作道路电子地图，由来已久。在小规模GPS数据情况下，任取一台车辆在一定时段内的轨迹数据，按时间先后顺序连接成折线，能大致反映所经道路的形状，这成为早期GPS数据挖掘所基于的基本事实。

随着GPS数据量的增加，人们发现，用连续两点连成线段表示道路的方法，除了在直线道路上效果较好之外，在弯道处会严重偏离道路的真实情况，因此将连续两点画线段的方法，改进为端点+中间插值点的离散点方法，效果大为改善。但随着GPS数据量的进一步增加，由于插值点的影响，所得到的道路数字图像同样严重偏离真实的道路数字图像。

本发明基于车载GPS大数据，连续生产全国公网路数字图像，从而实现源于GPS、服务GPS、优化GPS的良性循环。

本发明计算规模巨大，常规商用数据处理工具软件，如ORACLE、ARCGIS等对于万亿级数据的全局性处理，彻底无能为力，本发明的计算机实现需要从底层开发超大规模高效计算程序，目前本发明的计算实现，仅能在发明人专门研制的“霞光一号”专用超级计算机上实现。

发明内容

道路数字图像本质上是道路小块（可以形象地理解为一块路砖）与像素之间的一种一一对应的函数对应关系。这种函数对应关系最为简单直接的建立方法是：在WGS84坐标系下，将坐标平面区划成由统一形状、大小的网格所组成的等经纬差格网，将整个坐标平面对应到一幅空白的数字图像，每一个地表网格唯一对应到数字图像中的一个像素。每一条GPS数据，依其经纬值，落入且唯一落入一个网格之中。利用汽车通常是行驶于公路的特点，如果某网格有GPS点落入，则相对应的像素做一次暴光，该网格记为道路，否则为非道路。

本发明首先发现，基于交通部全国联网联控平台所产生的超大规模GPS数据，可以获得亚米级空间分辨率的覆盖全国的道路数字图像，足以反映道路的细部特征，足以达到实用产品的应用需求，而这恰恰是GPS本身使用所必须的基础空间数据。

大地坐标系建立：本发明首选GPS本身所用的WGS84坐标系，其次。根据具体任务的需要，可以选用与WGS84有明确换算关系的其它坐标系，例如WEB墨卡托投影坐标系。

基础格网区划：基础格网的区划直接决定最终数字图像产品的空间分辨率，而数字图像空间分辨率无论在逻辑上还是在数值上都恰好等于将浮点型经纬度转换为整数型经纬时所用乘系数的倒数（这一层逻辑关系极为重要，读者务必通透理解）。