矢量地图

矢量地图（精选七篇）

矢量地图篇1

1 矢量地图绘制

利用面向对象的程序设计和C++类的组织方法,组织建立一个基本矢量图形的图形元素类。该系统能够处理线类、圆类、圆弧类、多边行类,针对每类图形元素组织建立起对其进行管理的类,并把每个图形元素作为一个独立的对象来管理。

1.1 设计图形元素的基类

对各类图形元素进行分析,可以发现各类图形元素具有一些相同的属性和操作功能,如图形元素的颜色、线宽、线型、所在图层等属性,把这些元素中共性的属性和操作,组织放在一个图形元素基类中,用ClassWizard增加一个新类CDraw,作为图形元素的基类,同时将其头文件和实现文件选择CMapDOC中,CDraw类定义如下:

1.2 设计各类图形元素

对于点类图形元素,其基本类型特征是各个图形元素相互独立,且每个图形元素具有有限的固定的特征点。下面以直线的添加介绍添加图形元素类的方法,在ClassWizard创建一个管理直线的类Cline,类的基类是CDraw图1所示操作。

点击确定按扭后,加入成员变量得如下结果:

这样一个Cline类就创建完成,同上所示依次添加其他的图形元素。因为线类元素包括多种,如连续直线,混合线等,一条直线可能有两个以上顶点,定义个POINT动态指针数组来存储顶点坐标:

CPoint*m_PointList;

并在析构函数中:delete m_PointList;

1.3 图形参数类设计

在矢量图形系统中,图形参数集中存储,在以上定义的图形元素基类CDraw中,成员变量m_ColorPen、m_ColorBrush等存储的是在颜色列表的序列号,m_Layer中存储的也是在图层列表中的序列号。现在建立一个专门管理诸如图形颜色、图层等方面的信息。在头文件Mapdoc.h中CMapDoc类之前定义,定义图形参数类CGraphPara如下:

2 矢量地图文档组织管理

2.1 矢量图形文档

管理矢量图形系统图形数据的方法即文档管理机制,这种机制就是通过图形元素类创建很多图形元素对象,每个图形元素对象作为一个整体来组织存储空间的分配、存取等各种管理功能。

管理一个矢量图形系统文档的思路是:每个图形元素是图形元素类创建的一个对象,在MFC中有一个类模板CTypedPtrArray可以用它来创建一个管理对象的各类图形元素管理类指针对象。在程序中,可以派生几个CObArray对象分别管理几类图形元素。在文档类中创建几个管理图形元素对象指针的CObArray对象如下:

为了实现文档的管理功能,在文档类中定义几个函数,分别用来增加各类图形元素的操作功能:

2.2 矢量图形视图

利用虚函数来实现各种图形元素的绘制功能。在图形元素CDraw中抽象定义一个进行绘制的函数:

3 打开和读取DXF文件

AutoCAD作为目前最流行的图形软件,其应用范围非常广泛,开发自主的矢量图形系统与AutoCAD图形文件的接口意义十分重大,其实质就是读取AutoCAD的DXF文本文件。这就要掌握DXF文件的格式,编程解析DXF文件,获取各图形参数。这部分知识已在很多书刊中已有介绍,笔者在这里不再赘述,读者可参阅相关资料。

4 结束语

矢量地图库是电子地图的基础,其核心部分是对图库的管理。本文主要探讨了利用Visual C++6.0 MFC可视化开发环境,分析AutoCAD图形DXF文本文件数据格式,通过编程直接阅读源代码;获取线、圆、点、图层、颜色、线型等实体数据,通过提取图形元素并将信息存储,绘制矢量图形模块;再用MFC绘图类,根据图形元素的信息在屏幕上显示出来。系统主要包括:DXF文件的读取模块,此模块主要包括对AutoCAD图形数据库中信息表达一种索引标记的标记和数据表达规则进行提取,并对提取的信息进行保存。绘图模块,包括对存储的图像信息进行分类的绘制,分别解析为直线、圆、圆弧等图形元素,并通过每种图形元素的特定绘图函数在屏幕上绘制。地图的显示模块,此模块主要包括对已经绘好的电子地图进行放大、缩小、漫游功能的实现的控制操作。本文所述的软件已用于基于GPS的自动导航系统中。

摘要：电子地图是GIS的重要组成部分,利用Visual C++6.0解析AutoCAD DXF数据格式,通过编程直接阅读文本数据,获取各实体数据并存储,绘制矢量图形将信息在屏幕上显示出来,与GPS结合,实现车辆自动导航驾驶。

关键词：VisualC++,矢量地图,AutoCAD

参考文献

[1]黄庆生.VISUAL C++6.0学习教程[M].北京:北京大学出版社,1999.

[2]张成才,孙喜梅,朱陶业.AutoCAD的DXF文件格式及其转换接口研究[J].微型电脑应用,2001(8):54-55.

[3]张卫峰,林端敏.AutoCAD软件的DXF接口技术[J].机械与电子,2004(11):78-80.

[4]景雪琴.VC++类和文件技术在AutoCAD二次开发中的应用[J].微机发展,2005(8):137-138.

地图矢量数据处理研究篇2

地图矢量数据处理研究

本文以1:250万中华人民共和国大型挂图的制作研究中的数据格式转换为实例,重点讨论全数字制图环境下多源海量数据的提取和格式转换等问题,为数字地图新产品的开发提供了数据基础.根据制图基础数据的特点确定了把源数据Coverage层转化为CorelDraw能接收的DXF格式的数据转换方法,详细讨论了利用Arc/Info进行矢量数据的`转换、投影变换的过程,包括数据合并、投影变换、数据提取、点状要素处理、拓扑关系的建立、比例尺控制、图层套和、数据输出等处理.

作者：何宗宜谭芬魏秀琴 HE Zong-yi TAN Fen WEI Xiu-qin 作者单位：武汉大学资源与环境科学学院,武汉,430079刊名：测绘科学 ISTIC PKU英文刊名：SCIENCE OF SURVEYING AND MAPPING年，卷(期)：31(6)分类号：P282关键词：数字地图制图 Arc/Info ArcToolbox 数据格式转换投影变换

基于点模式匹配的矢量地图水印算法篇3

数字矢量地图作为一种数字内容同样存在版权保护问题,由于原始矢量地图数据的获取多是通过大地测量、航空像片测图、对现有地图数字化及对已有数据进行更新等方法实现的,成本较高。矢量地图能在不影响质量的前提下随意进行缩放、旋转和其他几何变换处理,矢量数字地图作为GIS的重要组成部分在各个领域内广泛应用。因此对矢量地图的版权保护的工作显得更加重要。

数字水印技术是一种将特制的、不可见的标记利用数字内容内嵌的方法隐藏在数字内容中,由此来确定版权拥有者、认证数字内容来源的真实性、识别购买者,提供关于内容的其他附加信息,确认所有权认证和跟踪侵权行为。针对矢量数字地图的数字水印所做的工作相对较少[1],二维矢量地图的数字水印算法目前主要有基于数据变换域[2,3]的方法,以及基于空间域[4,5,6]的水印算法等。文献[3]对矢量图形的顶点进行小波变换,然后在第二级和第三级对角线子图中嵌入水印。文献[4]对嵌入水印信息前的矢量地图在一定的精度范围内做压缩处理,因此可以很好的抵抗压缩攻击。此外,也出现一些在其他方面的水印算法,如文献[7]提出将水印嵌入到参数化后的多边形角度或圆的角度参数中,文献[8]提出了一种基于中国剩余定理的水印方法。本文提出了一种基于点模式匹配的矢量地图水印算法,该算法通过匹配被检测的矢量地图与含水印的矢量地图的关键顶点得到它们之间的配准函数,最后与原矢量地图比较可以计算得到嵌入的水印信息图像。利用图像特征点匹配进行水印同步的算法是近年来的研究热点[9],但是还没有将点模式匹配应用到矢量地图水印算法中来。

1 点模式匹配

1.1 基本原理

点模式匹配是两个点集之间的匹配,图1显示了利用点模式匹配进行图像匹配的流程,其中模板图像的预处理和特征点集提取可离线完成。

点模式匹配是目前最常用的匹配方法,它是指对于两个含有不同数量的对应点集P={p1,p2,…,pm}和Q={q1,q2,…,qn},可以通过某些变换(如平移变换、旋转变换、伸缩变换)将它们匹配起来。也就是要确定一个配准函数G(tx,ty,f,θ),使得在两个点集中尽可能多的点之间存在稳定的一一对应关系,其中f是两幅图像的伸缩系数,θ是偏转角度,tx和ty分别是沿x轴和y轴的位移。配准函数将点p=(xp,yp)T映射为点q=(xq,yq)T,即满足:

现在已有很多学者对此进行了研究并提出了众多方法。以Hough变换[10]为基础的模式匹配方法把点模式匹配转换成检测Hough空间中的峰值参数,并用多种方法来降低匹配的计算复杂度,但这种方法对于较大的图像形变效果不佳,计算量较大,而且当特征点较少(少于30个)时,很难在Hough空间里积累起足够的数据来保证一个可靠的匹配。还有一些比较有特色的方法,如三角匹配的算法[11]和聚类算法[12]等,虽然这些方法都能处理点模式之间的平移变换、旋转变换和伸缩变换,但计算代价大,仍然是有待解决的问题。

文献[13]提出的快速点模式匹配算法,计算效率较高。该算法中,主要研究如何求得各个点的匹配点对和变换参数f与θ,如果在不考虑tx和ty的影响的情况下,那么可以快速计算得到变换参数f与θ。算法的主要过程如下:(1)计算得到最大匹配点对数,以及变换参数f与θ,这两个参数能使得点集P和Q存在最大程度的匹配的点;(2)在已经求的参数的条件下,求出在点集P和Q中的匹配点对;(3)计算最佳的匹配参数,使得点集P和Q匹配存在最小的误差。

1.2 点模式匹配的算法介绍

若P和Q为同一矢量地图在分别经过网络发布前后得到的不同点模式特征空间,则对该矢量地图中的某一特征点必然分别对应P中的pi与Q中的qa,pi与qa间必存在某一配准函数G(tx,ty,f,θ),使qa=G(pi),且其他特征点在微小弹性形变和噪声影响下以一定失真阈值范围同时满足该配准条件,即应满足有接近特征点总数的匹配支持,并且在此时任一对在登记条件G下对应的点的匹配支持相同,故寻找特征点对的最大匹配支持,只需找出P中的任一点pi对Q中所有的qa的匹配支持的最大值。

在本文背景下,首先不考虑tx和ty的影响,从而待定的参数只有f和θ,所以此时配准函数可以用G(f,θ)表示。CHANG首先利用聚类的方法确定匹配两个点集的f和θ,然后根据参数f和θ找出所有的匹配点对,最后由最小二乘法精确地确定出匹配参数tx、ty、f和θ。

2 水印算法

2.1 水印信息的预处理

原水印信息图像为二维正方形矩阵,如图2(a)所示,记为R,矢量地图如图2(b)所示,记为M。

设正方形图像二维矩阵为An×n,变换函数w()为对正方形矩阵进行对角映射,记变换后的图像为B,即B=w(A),此时,bij=auv,u=n-i+1,v=n-j+1。

2.2 特征点的提取

矢量地图的数字水印嵌入过程一个关键步骤就是特征点的提取,矢量地图作为一种特殊格式的数据信息文件,其实体的顶点一般是嵌入水印的特征数据。设从矢量地图M的顶点数据中提取关键特征点组成的新矩阵记为P,关键特征点提取函数记为v(),即P=v(M)。因此,我们可以从矢量地图M的顶点数据中提取部分关键数据重新构造特征顶点数据矩阵P。如图3所示,特征顶点由以下几项组成:(1)普通对象,是以点的方式存储的,比如一些文字或者图标;(2)线性对象,是以顶点序列的方式存储的,比如一些线段或者多面体;(3)参数对象,是以部分参数的方式存储的,比如圆或椭圆,这些实体仅仅存储部分顶点,例如一个圆,存储圆心和半径就可以了。

具体的特征点提取过程如图4所示,对矢量地图关键点的提取过程中,一个顶点只能提取和存储一次,而且这些顶点必须和原始对象一一对应,只有这样,才能重新恢复所有的矢量地图数据结构。

2.3 水印嵌入过程

根据前面的结果,我们现在规定水印图像为R,矢量地图为M,含水印的矢量地图为M′,以及常数C,此常数C必须受到矢量地图的最大误差容限限制。水印的嵌入算法如下步骤:

Step1 从特征顶点的矩阵P中分别就x、y坐标分离出顶点坐标值,用Ax和Ay表示。

设t表示矩阵P中顶点坐标的个数,n表示矩阵P中顶点pi=(xi,yi)的下标,那么: $n = \sqrt{t} ‚ (A_{x})_{i j} = x_{n (i - 1) + j} ‚ (A_{y})_{i j} = y_{n (i - 1) + j}$ 。

Step2 对水印信息图像R进行扩维成n×n,扩维后的图像用E表示。

Step3 前面2步已经得到了关键顶点坐标序列Ax和Ay,以及扩维后的水印信息图像E,可以用下面的式子进行水印信息嵌入:Bx=CE+Ax,By=Cw(E)+Ay。

Step4 合并Bx和By就可以得到嵌入水印的矢量地图,记为M′。

水印嵌入过程的具体流程如图5所示。

2.4 水印提取过程

水印的提取过程是采用点模式匹配算法将被检测矢量地图滤除掉可能的攻击,然后与原矢量地图进行对比,从而得到水印图像。

需要检测的矢量地图为N,那么我们在水印的提取过程中可以寻求点模式匹配的配准函数G,此函数把矢量地图N,经过变换G,可以得到近似的含水印信息矢量地图,即M′=G(N)。

Step1 首先将水印信息嵌入到矢量地图中,得到含有水印信息的矢量地图M′,根据前面描述的关键顶点提取方式分别从含水印的矢量地图M′和被检测矢量地图N中提取关键顶点,P=v(M′),Q=v(N),然后通过点模式匹配算法将M′和被检测矢量地图N进行比较,得到配准函数G(tx,ty,f,θ),使得P≈G(Q)。

Step2 这一步我们将从原矢量地图中提取关键顶点,即从v(M)中得到Ax和Ay;同样地,从v(G(N))中得到的Bx和By。通过比较Ax、Ay和Bx、By可以判断被检测地图是否为原矢量地图,因此我们必须计算G(N)并和原始的矢量地图比较。提取水印D可以用下面的公式得到: $D_{x} = \frac{B_{x} - A_{x}}{C}$ , $D_{y} = \frac{w (B_{y}) - w (A_{y})}{C}$ 。

水印提取过程的具体流程如图6所示。

3 实验结果及分析

3.1 水印的攻击

大部分攻击方式是修改嵌入水印信息后的矢量地图,主要的攻击方式分以下几种:

几何变形攻击对矢量地图进行旋转、缩小会影响到水印信息,但是这些攻击方式只是一些简单的变换,采用点模式匹配算法可以很轻松的抵抗这些攻击。

剪切攻击这种攻击方式是剪切矢量地图或者将矢量地图的某些实体删除。但是,如果删除过多实体,那么提取的水印会受影响,比如过多的顶点信息被忽略,那么提取的水印图像信息会产生一个“空洞”现象。一般水印信息图像比矢量地图小,丢失的信息可以从其他重复区域得到,从而可以恢复水印信息图像。

增加实体的攻击点模式匹配算法同样可以解决实体增加的攻击方式,因为这些增加的实体在原矢量地图中没有匹配的顶点。

文件格式转换攻击矢量地图在商业用途中,其文件经常会从一种数据格式转换成另一种数据格式,在这种情况下,往往会对矢量地图的大部分坐标数据有所改变,如果对于矢量地图数据的修改在误差容限允许范围内,那么这种攻击后的矢量地图仍然有使用价值的。点模式匹配算法能处理这种方式的攻击,因为在数据格式转变之后,算法仍能匹配部分顶点坐标,忽略那些不能匹配的顶点坐标。

3.2 实验结果

实验结果通过相似度NC来检测原始水印和提取水印的相似性。NC定义如下:

$Ν C = \frac{\sum_{i, j} w (i, j) w \times (i, j)}{\sum_{i, j} w^{2} (i, j)}$ (2)

其中,w(i,j),w*(i,j)分别表示两幅图像在(i,j)处的灰度值。

对嵌入水印信息的矢量地图分别进行旋转45°和缩小为原来的80%,提取的水印结果分别如图7的(a)、(b)所示。

对嵌入水印信息的矢量地图分别进行移动顶点、减少顶点和增加顶点,提取的水印结果与原始水印信息图像相似度如表1所示。

从表1可知,随着顶点编辑数的增加,相似度NC的值逐渐偏离1.0,当顶点编辑数目超过总顶点数目40%时(正常的编辑不会超过这个比例),相似度NC的值与1.0之差的绝对值可能会超过0.15。我们假设能提取有效水印信息时,其相似度阈值范围是0.85-1.15,那么,当我们提取出的水印信息与1.0之差的绝对值超过0.15,我们将认为提取出的水印信息无效。从表1还可以看出,顶点增加、顶点删除和顶点移动对相似度的影响程度是不同的,顶点移动的影响最大,顶点增加的影响最小。

矢量地图中的噪声主要来自于某些日常操作,例如数据在两种不同的矢量地图数据格式之间进行转换时,由于二者支持的数据单位或精度不同,转换后的数据会产生微小的差异,我们把这种差异看做噪声扰动。另外,加性噪声攻击虽然有可能是一种蓄意攻击方式,但对于攻击者而言并非一个好的选择,因为无法确保叠加噪声之后的数据可用性。因此,本文仅考虑较小幅度的零均值加性噪声攻击,实验结果如表2所示。

矢量地图的顶点数据压缩攻击,表3数据表示的是矢量地图在不同程度压缩下,提取出的水印信息与原始水印信息相似度对比。

4 结语

本文提出了一种针对二维矢量地图的水印算法。在水印的提取过程中,采用点模式匹配算法滤除掉可能对含水印矢量地图的攻击,最后将得到的矢量地图与原始矢量地图进行比较从而提取出水印信息。本文的水印算法可以抵抗各种常见的攻击方式,比如矢量地图变形、矢量地图实体的删减或增加、矢量地图顶点移动、叠加噪声以及轻微的矢量地图顶点压缩。本文算法的实验所采用的是1∶25万矢量地图数据,算法同时也适用于其他比例尺的矢量数据,算法本身和地图数据的比例尺没有直接关系,但是由于不同比例尺的数据误差容限不同,因此在嵌入水印时应确保误差严格限定在数据的精度范围内。

摘要：提出一种基于点模式匹配的矢量地图水印算法。该算法将灰度图像嵌入到矢量地图的特征顶点中,嵌入时通过控制误差容限,保证水印的不可见性。水印的提取过程采用点模式匹配算法,通过匹配被检测的矢量地图与含水印的矢量地图的关键顶点得到它们之间的配准函数,最后与原矢量地图比较可以计算得到嵌入的水印信息图像。实验证明该算法对平移、旋转、缩放等攻击都能起到很好地抵抗,具有较高的安全性。

矢量地图篇4

矢量地图是用矢量数据表示地图要素的图形位置和颜色的数据集合。在电力行业定制的地理信息系统(Geographic Information System,GIS)中,矢量地图主要为电网业务(包括生产、应急、主网、通信、配网、营销、车辆等)运行提供地理空间参照,另外,也为路名查询定位、地名查询定位、兴趣点定位、缓冲区分析、路径分析等功能提供数据支持。浙江电力GIS已经实现全省1:10 000矢量地图,部分地区1:500矢量地图及2.5 m分辨率遥感影像地图等基础地理空间数据的集成应用。以上基础地理空间数据和基于地理位置的电网资源数据均采用1980西安坐标系作为基准坐标系,使用其他坐标系的数据经过坐标变换后校正到1980西安坐标系。截至2011年8月,浙江省电力公司已完成GIS在全省范围的推广应用工作,系统数据涵盖输变配等专业的电网设备,包含3 800余输电线路,1.5万余配电线路,1 845座变电站,190万余套输电设备及471万余套配电设备等。矢量地图在浙江电力GIS应用中发挥了以下重要作用:用户使用打印的矢量地图现场定位,采集电网资源空间位置数据;借助矢量地图参照,在系统中绘制电网资源图形,并对测绘导入的电网资源空间数据进行空间位置准确性校核。随着GIS营配贯通、低压延伸等业务功能的丰富,GIS对矢量地图的应用提出了更高的要求,矢量地图如何满足GIS业务需求成为亟需研究的问题。文章从分析矢量地图在浙江电力GIS应用现状入手,探讨了面临的技术架构、地图更新、地图加工、坐标转换等技术问题。

1 现状分析

浙江电力GIS已包含输电、变电、配电等专业的业务应用,提出了对小比例尺和大比例尺矢量地图数据的应用需求。考虑到矢量地图数据获取渠道多样,采用属地化管理模式,覆盖全省范围的1:10 000、导航地图等矢量地图数据由省公司统一管理,1:500等矢量地图数据则由各地区局统一管理,以便顺利开展地图更新、地图加工等工作。同时,针对不同的矢量地图数据规格、质量参差不齐,给数据加工、坐标转换、建库等带来不便,浙江省电力公司采用“试点应用、规范标准、分步实施”的策略。首先,由省公司负责实现1:10 000矢量地图数据的业务应用,再根据地图加工实施经验,制定矢量地图加工工序导则,规范加工流程和参数配置(见图1),最后,按照省公司统一的规范标准,由各地区局负责实现1:500矢量地图数据的业务应用。

虽然浙江电力GIS实现了大比例尺和小比例尺矢量地图数据的有机结合,但在实际应用中仍存在地图更新不及时、数据获取不顺畅、地图加工不专业、原图质量不达标等问题,严重影响GIS部分功能的正常使用。因此,在明确矢量地图定位的基础上,对矢量地图在GIS中的应用进行了系统的、长期的规划,包括对矢量地图应用架构及物理架构等关键技术点进行研究,统一架构设计,并提出了工程实施重点环节的工作思路。

2 技术架构

浙江电力GIS是构建在一体化平台之内,实现电网资源的结构化管理和图形化展现,以面向服务的架构为各类业务应用提供电网图形和分析服务的企业级电网空间信息服务平台。矢量地图作为GIS基础数据源,应遵循统一坐标系、统一基础平台、统一地图标准、统一数据存储、统一服务发布等原则,实现对GIS的应用支撑。

2.1 应用架构

矢量地图应用架构由基础地理空间数据管理平台、空间信息服务、典型应用框架、移动终端应用、电网资源图形管理等五大部分组成(见图2)。基础地理空间数据管理平台管理的数据包括矢量地图、导航地图及切片地图,矢量地图(含导航地图)以数据库的方式进行存储,切片地图以文件方式进行存储;空间信息服务以Web版API和移动版API 2种方式发布图形数据和基础图形功能,为业务应用提供服务支撑;典型应用框架、移动终端应用(包括PDA、平板电脑等)通过调用GIS空间信息服务为业务应用提供地图数据展示和图形分析应用;电网资源图形管理用于维护电网图形资源的空间信息、属性信息及拓扑关系,是矢量地图数据应用的支撑基础。

2.2 物理架构

支撑浙江电力GIS矢量地图应用的服务器分为工程机、地图服务器和应用服务器3类,按照部署应用的不同,客户端分为典型应用框架、电网资源图形管理和移动终端3种。浙江电力GIS矢量地图应用物理架构如图3所示。工程机负责将矢量地图原始数据(如DGN/SHP格式)入库、加工,并通过移动介质将矢量地图数据文件和切片地图拷贝至地图服务器;地图服务器存储矢量地图和切片地图;应用服务器发布空间信息服务。典型应用框架客户端运行基于网页浏览器的B/S应用,电网资源图形管理客户端运行C/S图形维护应用,移动终端运行基于无线传输的离线GIS应用。

应用服务器采用全省集中部署,而地图服务器、工程机采用省地两级部署。地市集中部署的地图服务器存储地区局或县局自行采购的大比例尺矢量地图数据及加工后的切片地图文件。通过统一的空间信息服务,电网资源图形管理客户端或典型应用框架客户端可以访问不同的地图服务器,并按需展现各类矢量地图或切片地图。

3 工程实施

3.1 地图更新

浙江电力GIS矢量地图库以1:10 000矢量地图为基础,以导航地图及1:2 000矢量地图为重要组成部分,以1:500矢量地图为补充。其中,1:10 000矢量地图数据来源于省级测绘部门,地物要素齐全,数据质量较高,可作为其他矢量地图数据质量的评判标准。导航地图数据包含路网、兴趣点、水系、绿地、行政区划等地物要素,结合1:10 000矢量地图数据,即可完全满足GIS生产、应急、主网、通信等专业的应用需求,还可应用于乡镇等偏远地区的配网业务。1:2 000矢量地图数据可利用高分辨率卫星影像矢量化获取,获取相对容易,可应用于城区配网、车辆、营销等业务,而1:500矢量地图数据地物要素详细程度更高,有条件的地区局可自行组织采购,以支持GIS个性化应用。

浙江电力GIS地图更新周期将采用定期全量和按需增量的策略。1:10 000矢量地图采用3～5年全量更新一次,导航地图、1:2 000矢量地图及1:500矢量地图采用3～5年增量更新一次。具体来说,经济发展较快、地物地貌变化大的地区1～2年更新一次,经济发展较慢、地物地貌变化较大的地区2～3年更新一次,地物地貌变化较少地区3～5年更新一次。

3.2 地图加工

地图加工主要目的是为了加速背景地图的发布,采用切片技术,将常用的矢量地图按照指定的图层比例和显示方式进行渲染后切割成固定尺寸(例如256×256像素)的图片,存储于地图服务器中,然后通过Web服务发布,在典型应用框架和电网资源图形管理客户端进行拼接、合成背景地图。

为了使合成的背景地图协调统一且清晰易读,根据用户的读图习惯,不断优化地图数据的配置,提高标准化、规范化水平,包括切片级别、要素配置、图例参数及图片规格等4方面。切片级别指不同的显示级别对应于不同的比例尺;要素配置说明在某一特定比例尺下需要表示的地理要素;图例参数给出不同地理要素的表示形式,如地图符号、色彩、注记等;图片规格指切片原点、文件格式、文件目录及文件名规则等定义。

通过一系列标准规范的约定,可以解决不同地图加工厂家、不同数据源带来的兼容性问题。

3.3 坐标转换

浙江电力GIS采用的西安1980坐标系属于高斯坐标系,用二维平面坐标来准确表示空间地理数据,是根据高斯-克吕格投影,并以经投影后的中央子午线和赤道这2条相互正交的直线为坐标轴而建立的平面直角坐标系。除了采用高斯坐标系实现矢量地图数据存储之外,测距、查询统计、空间分析等GIS应用功能也是在高斯坐标系下实现的。

根据国家测绘局颁布的《启用2000国家大地坐标系实施方案》,浙江电力GIS现行的西安1980坐标系应逐渐过渡至2000国家大地坐标系。因此,浙江电力GIS矢量地图坐标转换工作将从地图更新和系统重构2方面同步推进。一方面,地图更新环节要求提供2000国家大地坐标系版本的地图数据;另一方面,GIS需要完成架构调整,采用新的空间参考系,使空间信息服务、典型应用框架、电网资源图形管理客户端等组件在2000国家大地坐标系下仍支持原有的业务应用。

4 结语

浙江电力GIS建设是一项长期、复杂、艰苦的信息化工作,随着GIS功能的丰富与技术进步,要想矢量地图持续地提供数据支持,就必须对矢量地图在GIS中的应用提出长期的、系统的规划。文章结合浙江省电力公司现状,提出浙江电力GIS矢量地图库将以1:10 000矢量地图为基础,以导航地图及1:2 000矢量地图为重要组成部分,以1:500矢量地图为补充,并采用应用服务器全省集中部署,地图服务器省地两级部署的物理架构,为GIS的典型应用框架、移动终端应用、电网资源图形管理提供空间信息服务。另外,文章在技术架构设计的基础上,提出了工程实施的一些看法,以期对矢量地图在GIS中的应用提供一定的参考意见。

参考文献

[1]刘金长,杨成月,李浩松.国家大地坐标系(CGCS2000)在电力GIS中的应用研究[J].电力信息化,2011,9(4):25–29.LIU Jin-chang,YANG Cheng-yue,LI Hao-song.Application Research on Transforming Coordinate System of Electric Power GIS Products to China Geodetic Coordinate System2000[J].Electric Power Information Technology,2011,9(4):25–29.

[2]宗国林.电子地图中坐标转换研究[J].科技资讯,2010(27):40–41.ZONG Guo-lin.Coordinate Transformation of the Electronic Map[J].Science&Technology Information,2010(27):40–41.

[3]郑奇志,吴建军,张江新.1:1万地形图更新及建库工作的开展与质量控制[J].现代测绘,2010,33(6):35–36.ZHENG Qi-zhi,WU Jian-jun,ZHANG Jiang-xin.1:10000Topographic Maps and Building Database Updates and Quality Control Work Carried Out[J].Modern Surveying and Mapping,2010,33(6):35–36.

[4]魏子卿.2000中国大地坐标系及其与WGS84的比较[J].大地测量与地球动力学,2008,28(5):1–5.WEI Zi-qing.China Geodetic Coordinate System2000and Its Comparison with W G S84[J].J o u r n a l o f G e o d e s y a n dGeodynamics,2008,28(5):1–5.

[5]李千波,范瑜,张虎.SMALLWORLD开发的电力GIS系统数据地图导入的研究与应用[J].铁道工程学报,2002(3):60–63.L I Q i a n-b o,FA N Yu,Z H A N G H u.Application Research on Importing Map Data of GIS Based on SMALLWORLD[J].Journal of Railway Engineering Society,2002(3):60–63.

矢量地图篇5

珠江三角洲毗邻港澳,地缘优势得天独厚,其内河航运在华南地区综合运输体系中扮演着非常重要的角色,是广州、深圳等沿海港口的主要集疏运方式,主要为沿海港口服务,其中广州港约1/3的集疏运任务由内河承担。根据广东省内河航运发展规划,“十一五”期间,广东省将建设和完善以“三纵三横三线”为骨干航道的珠江三角洲现代化航道网。计划至2010年,1000吨以上内河航道里程达到1080公里,约占全省内河航道里程的9%。珠三角内河航道的重要性和发展前景不言而喻。内河电子地图是航运管理部门对内河航道进行日常管理、水上安全监管等工作的重要基础资料。

在内河船舶监督预警通信管理系统中,设计和制作内河航道矢量电子地图是管理软件子系统的一个重要组成部分。目前电子地图的设计在陆地交通的应用较广泛,但由于内河航道地理复杂,范围广泛[1,2],而现有的内河航道特别是珠江三角洲地区,电子地图未完全实现矢量化,且成本高昂,不能满足本系统的应用要求,因而自主开发了珠三角内河航道电子地图矢量化设计方法,通过图像处理的算法,按“点线面”三个层面采集数据,实现在小区域的航道图能够自主采集河道地理数据,并形成矢量化的航道电子地图。

图像处理是从三维环境的图像抽取、描述和解释信息的过程,可以划分为感觉、预处理、分割、描述、识别和解释6个主要部分[3,4],而电子地图的设计分为数字化预处理和矢量化两个作业流程[5]。按照上述流程,通过不同的算法和数据库,开发完成了珠三角航道电子地图,该方法也可应用于其他内河航道电子地图的设计。

二、航道地图的预处理

获取理想的高质量图像是进行图像处理与分析的重要一步,采用非矢量化的内河航道平面图(可由高精度纸质航道图扫描获得),通常包含各种各样的随机噪声和畸变,可采用图像预处理技术,增强高层次视觉的分析和识别能力。对原始图像中的噪声和畸变进行消除或修正,突出有用信息,抑制无用信息,使输出图像的质量得到一定程度的改善,便于计算机对图像分析、识别和理解。

(一)处理窗口和阈值的确定

为提高系统处理速度,可采用缩小处理窗口的方法,以去除冗余信息,减小后续处理的数据量。缩小窗口就是要找出一个完整包含航道图像又尽可能小的矩形。此矩形由左上角Left Top(ilt,jlt)和右下角Right Bottom(irb,jrb)确定。本系统中采集的每幅地图的经纬度区间为30′×20′,为适应计算机屏幕,按照每分18个像素点计算,则每幅图像像素点为540×360,数据量约为512KB。

在窗口的确定过程中,首先必须区分本区域航道点和背景点,利用像素灰度级对像素进行分类,这是基于假设图像中每个区域是由许多灰度级近似的像素组成。航道和背景灰度级有明显的差别时,在图像的灰度直方图中会有明显的峰值,只要适当选取阈值,即可对图像进行分割。灰度直方图是用以表示图像灰度分布统计特性的图表,它包含图像丰富的信息。

(二)自调整阈值法

由于扫描航道图时光照条件的影响,航道平面图中存在灰度值差异,所以应根据灰度值差异自动调整阈值T,其选择方法是求出背景最大灰度值Fbmax,再加上估计标准差δ,即T=Fbmax+δ。设背景图像的灰度直方图中,每个灰度级出现的频数为P(i),则在P(i)不为0的灰度级中最大的一个为Fbmax。

其中X∈[0,1,2,…255],EX为样本X的数学期望,EX2为X2的数学期望,DX为方差。

(三)图像滤波

实际获得平面航道图都会受到干扰而含有噪声。引起噪声的原因很多,例如数字化过程中的量化噪声。图像在生成和传输过程中,也会受到各种噪声的干扰和影响使图像的质量变差[6]。反映在图像上,噪声使原本均匀和连续变化的灰度突然增大或减小,形成一些虚假的边缘轮廓,或者表现为一些孤立的像素点,其灰度值与其邻域像素的灰度值有显著不同。为降低噪声对地图精度的影响,采用领域平均法对图像进行滤波处理。

领域平均法是一种局部空域处理算法,设一幅图像F(x,y)为M×N的阵列,滤波后的图像为G(x,y),它的每个像素的灰度值由其领域像素灰度值的平均值决定,即

式中x=0,1,…,M-1,y=0,1,…,N-1,S是以x、y为中心的领域的点的集合,m是S内的总点数。这种滤波算法简单、计算机速度快;但它的主要缺点是在降低噪声的同时,使图像的边缘模糊。为了减小这种效应,可采用阈值法,根据下列准则形成滤波的图像:

式中T′是一个规定的非负阈值,当一点和它们的领域平均值不超过某个阈值T′时,仍保留这点的灰度值,这样使滤波后的图像比领域平均法模糊度减小。当某些点的灰度值与各领域的灰度值差别较大时,必是噪声,则以领域平均值代替,可较好地改善滤波效果。

三、航道地图的矢量化

根据图像的直方图,取代表航道线形等对象所处的灰度区域,在图像灰度变换的基础上,进行二值化和多值化处理,选择值为1的像素点,采用二次插值、三次插值等近似算法进行拟合[7],采样并提取该点的经纬度等位置信息,实现图像的边缘追踪。航道图的矢量化过程如图1所示,形成航道地理数据库如图2所示。

航道图像近似于由椭圆和直线构成的环路,其中对于椭圆曲线的拟合,采用在插值约束条件下相邻两段曲线曲率半径r之差的平方和最小的方法[8],即

上式的最小值求解采用共轭梯度法,先沿函数值下降最快的规定方向,然后沿与该方向共轭的方向进行搜索,能够迅速达到最优点。

按照上述设计原则,应用C++Builder开发了内河航道矢量化电子地图的应用软件系统,通过模拟航迹,并加以关键点的注释,较好地实现了内河航道电子地图的设计。

四、实验结果

为检验所开发的珠江三角洲内河航道电子地图的精度,应用自主设计的内河船舶监控系统和船载远程终端,进行实际测试。2008年8月,实验时以“新鹤山”号高速客轮,搭载远程终端沿珠江三角洲鹤山至香港段内河航道航行,通过GPRS移动通信网络向监控系统发送GPS位置信息,并通过监控中心实时监视内河船舶的运行轨迹,以测试系统的实际应用性能和航道电子地图的精度。监控实验自动发送位置信息的间隔时间为1min,监控界面为自主开发的珠江三角洲内河航道电子地图。

由监控界面可以看出,内河航道电子地图(鹤山-香港段)能够较好地实时跟踪实际航迹,航道电子地图界面友好、特征突出、运算效率高、数据库的更新和维护简便,满足本项目系统的实际应用要求。

五、结语

应用数字图像处理的方法,实现了内河航道电子地图的预处理和矢量化,并成功地应用于“内河船舶监督预警通信管理系统”项目。试验结果表明,所绘制的珠江三角洲内河航道矢量化电子地图,精度和实时性满足应用要求,该方法可实际应用于内河航道电子地图的设计和制作。目前本系统的地理信息包括航道的经纬度、障碍物、水文等,航道水深仅按平面图标注划分为4个等级,还有其他信息如桥梁、沉船等障航物的信息采样和注释还有待深入研究。

参考文献

[1]李兴锋.基于S-57国际标准的电子地图显示与导航系统[D].西安电子科技大学,2007.

[2]沈庭芝,方子文.数字图像处理及模式识别[M].北京:北京理工大学出版社,1997.

[3]阎顺玺,王晓雷,刘严萍.导航电子地图的设计与制作[J].交通科技与经济,2008,10(3).

[4]宁永香,刘召芹,谢彩香.基于空间认知理论的移动导航电子地图设计[J].测绘工程,2007,16(2).

[5]李曙光,荆便顺,尹如军,等.交通电子地图设计和制作[J].西安公路交通大学学报,2001,21(1).

[6]梅琪,哈力旦.A,帕力旦.吐尔逊.二维图像的基本处理与边缘检测[J].新疆大学学报,2008,25(2).

[7]花存宏,曾文华,龚丽芳.通用型矢量电子地图系统的设计与实现[J].现代测绘,2005,28(5).

矢量地图篇6

关键词：数据库,标准化,矢量数字地图生产

1 信息化测绘趋势研究

测绘行业矢量数字地图的生产随着测量工具和各项IT技术的发展正在经历从数字化测绘向信息化测绘跨越的转变这些变化, 主要体现在以下几个方面。

(1) 在数据生产模式上由过去单纯生产电子地图到为GIS生产的格式统一信息丰富的数据图的变化, 过去生产电子地图仅仅面向打印出图, 只要图形符号正确就可以了, 但是现在GIS的数据不仅要求数据本身包含越来越多的属性内容, 同时也要求数据本身有统一的格式和规范。 (2) 在数据管理模式上, 由过去简单的文件管理到为基础GIS系统提供底层数据支持的空间数据库管理的变。 (3) 在数据的利用模式上, 由过去对电子地图“符号化”的识别, “量算型”利用到对数据“全信息化”统计分析利用的变化。

传统方法对电子地图的利用无非就是人工进行符号识别, 或者在图上获取量算出来的数据, 信息传递的过程既原始, 又容易出错, 而通过建立空间数据库的方法, 无论对数据的属性提取还是大范围的统计分析和利用, 既提高数据利用的速度, 同时大大提升了数据本身的使用价值。

以上这些问题的产生, 深刻反应了数据生产和数据管理之间的主要矛盾, 即生产的无序性导致了管理的不可控性, 要顺利解决这个矛盾, 则要从数据生产的基本活动环节中针对数据管理的基本标准进行有效调整和改造, 即面向数据建库的标准进行成图软件的相应定制和组织数字化地形图的生产。

2 传统数据采集建库中的普遍问题

通常的基础空间数据建库, 其生产环节和数据管理环节是截然分开的, 数据生产通常只遵照一个制图标准, 并没有将其看作是GIS系统中要求的对象, 因而在数据采集的阶段, 不会去考虑数据对象中内在的逻辑关系, 比如图形本身的拓扑关系、符号与属性一致性关系等, 所以当这样的数据生产出来后, 数据的管理者还要对这些数据进行再次整理, 使之符合数据入库的标准, 往往还要再开发一个数据检查整理的软件工具, 花费大量的人力和财力对数据进行加工整理。

GIS建库中数据质量不好是最突出的问题。这个质量问题除了通常数据采集过程中产生的各种误差外, 主要是数据不一致和不完整性的误差。

在G I S的应用发展过程中, 不同的单位、不同的行业可能采用了不同的GIS软件。然而, 令人可怕的是由于受技术和其它因素的影响, 不同的软件采用不同的数据源, 不同的数据格式, 这就造成了不同的GIS应用系统之间数据难以共享、重复采集、重复建立系统的局面。这也可能是数字城市建设中面临的主要问题之一。

面对这种现状, 在数字城市建设中, 除了要研究解决作为平台的GIS软件之间的数据共享之外, 还应该要求作为前端的数字测绘能适应GIS系统的数据需求, 确保数字测绘与GIS系统的数据的共享。

目前国家生产建设的速度一日千里, 除了对基础数据的现势性要求非常高, 还要由基础的空间数据库进行对未来城市发展进行辅助决策。尽管现在数据采集的手段非常先进, 但由于刚才前面提到的两个问题, 数据生产与管理并没有很好的结合, 数据管理单位没有很好的把数据建库标准导入到实际的数据生产中去, 数据生产中“无法可依”, 没有详尽严格的数据建库标准进行约束, 当然难以生产出高质量的成果。

所以, 只需对数据生产和数据建库管理的环节进行有效流程再造, 使数据的生产和建库管理形成一个统一整体的系统, 这就是面向数据建库标准进行数字地图生产的方法。

3 面向数据建库标准组织数据生产的流程研究

面向数据建库标准进行数字地图生产的方法强调生产过程中的标准意识, 按“事后控制不如事中控制, 事中控制不如事前”的原则, 将原来数据加工整理的工作有效的分配到生产进行当中, 首先确定数据建库标准, 然后按照建库标准来定制数据生产的新标准 (有别于地形制图标准) , 要满足这个新的标准, 则数据采集软件要进行必要的定制, 而且为了检验数据是否能达到这个标准, 还要定制自动化的检查程序, 这样, 作业单位就可以一边生产, 一边检查, 有错的地方马上纠正, 相比原来那种事后进行加工整理的办法, 其效率大大提高。

4 实施标准化数据生产的意义

面向数据建库标准来组织数字地图生产的方法, 不仅仅解决了困扰GIS建设多年的数据问题, 从长远来说, 还有更多实际意义。

(1) 数据易于共享, 避免重复。

制定了数据建库标准之后, 为将来的数据生产提供了一个可执行的标准, 则无论用何种数据采集软件, 何种GIS支持平台, 只要标准一致, 在基础空间数据库的支持下, 这些数据就可以在跨平台的条件下进行共享, 也就避免了各个建设部门都要重复进行数据采集的现象。

(2) 数据更新顺畅, 提高效率。

传统方式进行数据建库尽管可以将现有的问题数据进行加工整理并入库, 但始终不能从根本上解决数据问题产生的根源, 当数据要更新时, 更新的数据还是要进行一次加工整理的工作。而面向数据建库标准来组织数字地图生产的方法实施后, 无论是修补测数据还是新测数据, 都能直接面向数据建库标准, 整体上大大提高了整个行业数据生产更新共享和管理的效率。

参考文献

[1]肖计划, 刘海砚, 栾晓岩.地理信息生成与地图制图一体化概念模型研究[J].科技资讯, 2007 (6) .

矢量地图篇7

关键词：CodeGear,矢量图,安防

引言

现代生活对安全防范的要求越来越高, 高效快捷的安防监控范系统成为唯一的选择。作为安全防范系统的“大脑”, 中央控制软件大多采用了电子地图来方便直观地显示现场的情况以及设备的安放位置。然而, 大多数该类软件采用了JPG或位图图片的方式来完成, 这种方式造成了很多问题, 如:转换麻烦, 大多数的工程平面图采用AUTOCAD绘制, 若转成位图很不方便;同时这种方式也带来不能放大、缩小等问题, 随着放大、缩小, 图片将变得无法使用。因此在安全防范系统中采用矢量图是十分必要的, 本文详细地阐述了矢量图技术在安防监控系统中的设计和实现。

1 矢量图

矢量图形是计算机图形学中用点、直线或者多边形等基于数学方程的几何图元表示图像。矢量图形与位图使用颜色质量表示图像的方法有所不同。因此矢量图在处理需放大, 缩小这些应用时具有位图所没有的能力。

这种绘制图比位图的优越之处有:

(1) 保存最少的信息, 文件大小比位图要小, 并且文件大小与物体的大小无关。

(2) 可以无限地放大圆, 它仍然保持平滑;用多边形表示的曲线将会显现出不是真正的曲线。

(3) 在放大的时候, 直线与曲线都不会成比例地变粗, 它只会保持不变或者要小于缩放比例;为了看起来比较平滑, 使用简单几何形状表示的不规则曲线将会成比例地变粗, 并且看起来不再像这些几何形状。

(4) 保存的物体参数可以在后面修改。即物体的运动、缩放、旋转、填充等都不会降低绘制的精度。另外, 可以用与设备无关的单位表示, 这样更好地在栅格设备上进行栅格化。

(5) 从三维的视角来看, 由于阴影可以抽象为形成它们的光线, 所以矢量图形的阴影渲染更加真实。这样就可以得到真实感的图像及渲染效果。

2 矢量图在安防系统中的应用可能

由于目前工程绘制的平面图主要采用美国Autodesk公司开发的自动计算机辅助设计软件AUTOCAD完成的, 其采用的格式.dwg成为二维绘图的标准格式, 但是由于版权等原因, 本文描述中的矢量图采用微软所定制的WMF格式。

DWG格式可方便地在AUTOCAD中输出成为WMF格式。

3 DELPHI中的矢量图

Delphi以Tmeta file对象对Win 32增强型图元文件进行了封装, 通过设置Enhanced属性可以设定图元文件是以标准型或可增强型格式存储。

在DELPHI中调用及显示图元文件的基本步骤:

(1) 创建一个TMeta File的实例;

(2) 创建或者调取图元文件;

(3) 在内存中创建一个画布, 并将图元文件绘制在该画布上;

(4) 在用户界面创建一个显示区域, 并放置显示控件 (如:Timage) ;

(5) 采用直接映射方式将内存中画布的内用映射到显示界面上。

4 用Code Gear Delphi实现安防系统中矢量电子地图的技术和实例

(1) 创建TMeta File的实例

在这里定义了一个F w f m的全局变量用于保存。

(2) 调取图元文件

EMap Ctrl_Get EMap Actual Rect (a Rect) , 用于取得所绘制图形的实际矩形尺寸。

(3) 在实际调取图元文件过程中, 图元文件原始的大小和比例是十分重要的。所调取得的图元文件的大小、宽高的比例是核心点。

采用_EMap Ctrl_Get EMap Actual Rect的函数完成该功能。其基本原理是在内存中创建一个画布 (直接利用了TBitmap中的画布) , 并给该画布涂满特殊的颜色 (R e d) , 在画布上绘制图元文件。利用扫描函数从 (0, 0) 扫描整个画布直到发现不同于特殊色 (R e d) 的点, 记录该点, 该点就是真实的图像开始的左上点;同理可得到右下点。

procedure_EMap Ctrl_Get EMap Actual Rect (var a Rect:TRect) ;

(4) 满画布显示图元文件

通过上述的_EMap Ctrl_Get EMap Actual Rect函数得到实际图形矩形FActual Rect, 再通过偏移和计算得出绘制尺寸, 利用CANVAS的Stretch Draw方法。

(5) 按指定点进行缩放

在实际安防监控系统中常需电子地图按照某个指定的点为中心进行放大或者缩小。其实现思路为:首先将该点坐标转化成原始图形中的坐标。

计算缩放前后位移的距离, 这个距离将在地图显示时进行偏移, 以确保显示后点击的点显示在原位。

(6) 显示图形

在进行移动、缩放等操作时, 往往会造成图像的闪烁。解决的技术为:先在内存中建立一个画布, 并且在其上完成了绘制, 当绘制完成时直接将该画布映射至显示界面, 这样可以大幅减少界面响应。

Bitblt (Canvas.Handle, 0, 0, Width, Height, a Canvas.Handle, 0, 0, SRCCopy) ;

5 结束语

利用Code Gear Delphi的操作能力, 可完成几乎所有的关于安全防范监控系统中电子地图操作所需的功能, 并结合Delphi强大的底层操作, 相信不难实现一款完善的应用。上述所有代码在Win Vista, Code Gear Delphi上运行通过。

参考文献