矢量地表覆盖图斑空间拓扑关系快速构建方法及存储介质技术

一种矢量地表覆盖图斑空间拓扑关系快速构建方法及其存储介质，包括构建任务接图表的边缘拓扑关系网，提取任务区内拓扑关系的构建与边缘关系，对任务区之间拓扑关系进行接边和存储。本发明专利技术利用基于散列表结构的数据结构来构建接图表以及任务区的拓扑关系，通过把关键码值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度。根据空间图形数据本身的索引结构——任务分区接图表，构建数以千计的子任务，可利用多机、多处理器进行并行驱动，实现加速处理，降低任务耗时。

【技术实现步骤摘要】
矢量地表覆盖图斑空间拓扑关系快速构建方法及存储介质
本专利技术涉及地理信息领域，具体的，涉及一种矢量地表覆盖图斑空间拓扑关系快速构建方法及存储介质。
技术介绍
拓扑关系是指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接、关联、包含和连通关系。如：点与点的邻接关系、点与面的包含关系、线与面的相离关系、面与面的重合关系等。其中，邻接关系、关联关系是其中广泛使用且构建过程最为耗时的基础空间关系。随着空间数据在不同领域的广泛应用，侧重于空间数据的二三维浏览应用需求日渐广泛，这类需求往往无需使用拓扑关系。与自含拓扑关系的空间数据模型相比，无拓扑结构的数据组织有一定的冗余，但数据访问更为简单，且在64位操作系统下数据存储不再是技术瓶颈。今天广泛使用的对象化存储模型，采用无拓扑信息存储，格式简单，便于交换，数据更新维护方便，在图形系统中被普遍采用，如ESRI的Shape文件、FileGDB文件、AutoCAD的dxf文件，以及一些主流的空间数据库系统等。空间数据的拓扑邻接关系对数据处理和空间分析具有重要的意义：(1)根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种空间实体相对于另一种空间实体的位置关系。拓扑关系能清楚地反应实体之间的逻辑结构关系，它比集合数据具有更强的稳定性，不随地图投影而变化。(2)根据拓扑关系，可辅助空间要素的查询，例如，查询某条铁路通过哪些地区，查询某区县与哪些区县邻接，查询河流流经或辐射区域，查询湖泊周围土地类型并进行生态评价等。(3)根据拓扑关系，可以重建地理实体。例如，根据共享弧段构建同类型图斑，实现面状道路路网提取、面状森林图斑筛选等，避免了大规模数据融合的高额时间代价。对于依赖空间拓扑关系的分析算法而言，应对大规模矢量面状图斑数据时，必须设计高效的拓扑关系快速构建方法，以满足对象化模型对拓扑信息的实时输入需求。目前，拓扑关系构建方法包括多边形搜索算法、基于不规则三角网的面状图斑拓扑关系构建方法、坐标链栅格化方法等，主要存在以下两个方面问题：(1)拓扑关系构建过程过于复杂，普通作业人员难以快速掌握既有的拓扑关系构建方法一般需要组合多项专业技术或算法来辅助提取图斑之间的共享边关系。例如，利用空间索引搜索临近多边形、利用栅格化技术来确定共享边、或利用不规则三角网建立节点与弧段的拓扑关系等。这些技术往往超出普通作业人员的技术水平，难以对复杂的图斑数据依次完成拓扑关系提取、存储组织和应用分析。(2)主流软件提供的拓扑邻接表计算功能效率较低，不支持分布式部署在应对大规模矢量图斑数据时，常规的计算软件无法提供任务分治能力。换言之，分区处理结果无法实现统一拼接和管理。ESRI公司的ArcGIS软件提供了拓扑邻接表生成功能，但随着数据规模的增加性能显著下降。在应对亿级规模矢量图斑时，虽然可以在ArcGIS软件基础上开发并行模块进行独立分区的并行处理，但无法对分区边缘的面状图斑进行标识和统一接边处理。常态化自然资源监测会按照工作任务要求，每年生产覆盖我国陆域国土范围的全覆盖矢量面状图斑数据，如国土三调、地理国情监测等。单一年度的数据规模将在1亿至10亿之间。考虑到坡度、海拔、地貌类型数据的叠加，图斑规模可能超过10亿。根据自然资源的数据共享与计算服务需求因此，如何能够应对大范围矢量面状图斑拓扑关系的生成难题，建立亿级规模图斑拓扑关系的构建和分布式存储管理；提高拓扑邻接的计算效率，进一步的能够支持分布式部署，成为现有技术亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种矢量地表覆盖图斑空间拓扑关系快速构建方法及存储介质，能够利用大数据集的分治处理方法、拓扑关系无缝拼接、拓扑关系一致性计算与更新等实现基于亿级规模的大范围矢量面状图斑，快速构建空间拓扑关系以及支撑拓扑查询、统计应用服务。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种矢量地表覆盖图斑空间拓扑关系快速构建方法，其特征在于，包括如下步骤：任务接图表的边缘拓扑关系网构建步骤S110：遍历任务接图表中各个图斑，对各个图斑执行图斑操作，所述图斑具体包括：遍历各个图斑的弧段，将每个弧段两端的坐标以及图斑对应的唯一性编码以二元组结构<Key,Value>的形式存储至散列表中，形成“接图表-弧段-关联对象列表”，其中所述“接图表-弧段-关联对象列表”中的Key为弧段坐标关键字，所述弧段坐标关键字为弧段两个端点的坐标，Value为以弧段坐标为组成边的多边形图斑的唯一性编码；利用所述“接图表-弧段-关联对象列表”，提取其中的图斑关联信息，存储在以二元组结构<Key,Value>的形式存储至散列表中，形成“接图表-对象-关联对象列表”，其中“接图表-对象-关联对象列表”中的Key为当前图斑的唯一性编码，Value为当前图斑的全部关联图斑；任务区内拓扑关系的构建与边缘关系提取步骤S120：1).根据图斑集合所在的一个任务区图斑，提取全部弧段，形成“任务区-边缘弧段列表”，该弧段列表对应了一个接图表多边形的全部边缘弧段；2).对任务区内的图斑集合内进行弧段遍历，遍历每个弧段时，从“任务区-边缘弧段列表”中进行查找，如存在，则以二元组结构<Key,Value>的形式进行组织，存储至散列表中，Key为边缘弧段的弧段坐标关键字,Value为当前边缘弧段在任务区内侧的一个关联对象标识，结果存储至“任务区-边缘弧段-关联对象列表”；3).对任务区内的图斑集合内进行弧段遍历,提取“任务区-弧段-关联对象列表”中的图斑关联信息，以二元组结构<Key,Value>的形式对弧段和关联对象进行组织，存储至散列表中，形成”任务区-弧段-关联对象列表”，Key为为弧段的坐标关键字,Value为当前弧段在任务区的关联对象标识，存储至”任务区-对象-关联对象列表”；4).将”任务区-边缘弧段-关联对象列表”和”任务区-对象-关联对象列表”分别进行存储；任务区之间拓扑关系接边与存储步骤S130：根据步骤S110中得到“接图表-对象-关联对象列表”得知相应的任务区，并利用相邻任务区的“任务区-弧段-关联对象列表”和“任务区-对象-关联对象列表”，并对相邻任务区进行“逐对”接边处理，全部对象更新完结果后，完成接图表范围内全部矢量图斑的拓扑邻接关系构建与接边处理。可选的，在上述的各个步骤中，在弧段遍历之前需要对弧段坐标数据进行预处理，使得其按照相同的方向进行存储。3.根据权利要求1或2所述的矢量地表覆盖图斑空间拓扑关系快速构建方法，其特征在于：对于上述步骤中的各个列表，在存储的时候以序列化的方式进行存储；在调用的时候，首先对所存储的文件进行反序列化。可选的，在步骤S110中，对于“接图表-弧段-关联对象列表”的形成过程具体为：首先按照“X1,Y1,X2,Y2”对“接图表-弧段-关联对象列表”进行搜索，如不存在，则将“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矢量地表覆盖图斑空间拓扑关系快速构建方法，其特征在于，包括如下步骤：/n任务接图表的边缘拓扑关系网构建步骤S110：/n遍历任务接图表中各个图斑，对各个图斑执行图斑操作，所述图斑具体包括：/n遍历各个图斑的弧段，将每个弧段两端的坐标以及图斑对应的唯一性编码以二元组结构<Key,Value>的形式存储至散列表中，形成“接图表-弧段-关联对象列表”，其中所述“接图表-弧段-关联对象列表”中的Key为弧段坐标关键字，所述弧段坐标关键字为弧段两个端点的坐标，Value为以弧段坐标为组成边的多边形图斑的唯一性编码；利用所述“接图表-弧段-关联对象列表”，提取其中的图斑关联信息，存储在以二元组结构<Key,Value>的形式存储至散列表中，形成“接图表-对象-关联对象列表”，其中“接图表-对象-关联对象列表”中的Key为当前图斑的唯一性编码，Value为当前图斑的全部关联图斑；/n任务区内拓扑关系的构建与边缘关系提取步骤S120：/n1).根据图斑集合所在的一个任务区图斑，提取全部弧段，形成“任务区-边缘弧段列表”，该弧段列表对应了一个接图表多边形的全部边缘弧段；/n2).对任务区内的图斑集合内进行弧段遍历，遍历每个弧段时，从“任务区-边缘弧段列表”中进行查找，如存在，则以二元组结构<Key,Value>的形式进行组织，存储至散列表中，Key为边缘弧段的弧段坐标关键字,Value为当前边缘弧段在任务区内侧的一个关联对象标识，结果存储至“任务区-边缘弧段-关联对象列表”；/n3).对任务区内的图斑集合内进行弧段遍历,提取“任务区-弧段-关联对象列表”中的图斑关联信息，以二元组结构<Key,Value>的形式对弧段和关联对象进行组织，存储至散列表中，形成”任务区-弧段-关联对象列表”，Key为为弧段的坐标关键字,Value为当前弧段在任务区的关联对象标识，存储至”任务区-对象-关联对象列表”；/n4).将”任务区-边缘弧段-关联对象列表”和”任务区-对象-关联对象列表”分别进行存储；/n任务区之间拓扑关系接边与存储步骤S130：/n根据步骤S110中得到“接图表-对象-关联对象列表”得知相应的任务区，并利用相邻任务区的“任务区-弧段-关联对象列表”和“任务区-对象-关联对象列表”，并对相邻任务区进行“逐对”接边处理，全部对象更新完结果后，完成接图表范围内全部矢量图斑的拓扑邻接关系构建与接边处理。/n...

【技术特征摘要】
1.一种矢量地表覆盖图斑空间拓扑关系快速构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
任务接图表的边缘拓扑关系网构建步骤S110：
遍历任务接图表中各个图斑，对各个图斑执行图斑操作，所述图斑具体包括：
遍历各个图斑的弧段，将每个弧段两端的坐标以及图斑对应的唯一性编码以二元组结构<Key,Value>的形式存储至散列表中，形成“接图表-弧段-关联对象列表”，其中所述“接图表-弧段-关联对象列表”中的Key为弧段坐标关键字，所述弧段坐标关键字为弧段两个端点的坐标，Value为以弧段坐标为组成边的多边形图斑的唯一性编码；利用所述“接图表-弧段-关联对象列表”，提取其中的图斑关联信息，存储在以二元组结构<Key,Value>的形式存储至散列表中，形成“接图表-对象-关联对象列表”，其中“接图表-对象-关联对象列表”中的Key为当前图斑的唯一性编码，Value为当前图斑的全部关联图斑；
任务区内拓扑关系的构建与边缘关系提取步骤S120：
1).根据图斑集合所在的一个任务区图斑，提取全部弧段，形成“任务区-边缘弧段列表”，该弧段列表对应了一个接图表多边形的全部边缘弧段；
2).对任务区内的图斑集合内进行弧段遍历，遍历每个弧段时，从“任务区-边缘弧段列表”中进行查找，如存在，则以二元组结构<Key,Value>的形式进行组织，存储至散列表中，Key为边缘弧段的弧段坐标关键字,Value为当前边缘弧段在任务区内侧的一个关联对象标识，结果存储至“任务区-边缘弧段-关联对象列表”；
3).对任务区内的图斑集合内进行弧段遍历,提取“任务区-弧段-关联对象列表”中的图斑关联信息，以二元组结构<Key,Value>的形式对弧段和关联对象进行组织，存储至散列表中，形成”任务区-弧段-关联对象列表”，Key为为弧段的坐标关键字,Value为当前弧段在任务区的关联对象标识，存储至”任务区-对象-关联对象列表”；
4).将”任务区-边缘弧段-关联对象列表”和”任务区-对象-关联对象列表”分别进行存储；
任务区之间拓扑关系接边与存储步骤S130：
根据步骤S110中得到“接图表-对象-关联对象列表”得知相应的任务区，并利用相邻任务区的“任务区-弧段-关联对象列表”和“任务区-对象-关联对象列表”，并对相邻任务区进行“逐对”接边处理，全部对象更新完结果后，完成接图表范围内全部矢量图斑的拓扑邻接关系构建与接边处理。


2.根据权利要求1所述的矢量地表覆盖图斑空间拓扑关系快速构建方法，其特征在于：
在上述的各个步骤中，在弧段遍历之前需要对弧段坐标数据进行预...

【专利技术属性】
技术研发人员：亢晓琛，董春，杨毅，赵荣，康风光，
申请(专利权)人：中国测绘科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11