一種基于球面剖分的天球數(shù)據(jù)多分辨率模型組織方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于球面剖分的天球數(shù)據(jù)多分辨率模型組織方法，包括：將對天掃描得到的天球表面數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)緯度剖分，得到多個(gè)柵格；對剖分得到的各個(gè)柵格進(jìn)行編碼；其中，所述編碼采用線性四叉樹編碼方式；根據(jù)為各個(gè)柵格所做的編碼建立多級(jí)分辨率數(shù)據(jù)金字塔。應(yīng)用本發(fā)明能較好地組織和管理全天球海量空間數(shù)據(jù)，進(jìn)行全天球多尺度空間剖分，建立高效的編碼與索引機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)海量空間數(shù)據(jù)的高效調(diào)度。
【專利說明】一種基于球面剖分的天球數(shù)據(jù)多分辨率模型組織方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星探測領(lǐng)域，特別涉及一種基于球面剖分的天球數(shù)據(jù)多分辨率模型組織方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多尺度是指系統(tǒng)內(nèi)包含幾種不同比例尺(或分辨率)的空間數(shù)據(jù)，其目的是為了適度地反映系統(tǒng)所關(guān)心區(qū)域的空間信息，以避免信息的過粗、失真或負(fù)載量過大而無法使用。
[0003]金字塔是一種多分辨率層次模型，準(zhǔn)確意義上講，金字塔是一種連續(xù)分辨率模型。在同一空間參照下，根據(jù)用戶需要以不同分辨率進(jìn)行存儲(chǔ)與顯示，形成分辨率由低到高、數(shù)據(jù)量由小到大的金字塔結(jié)構(gòu)。金字塔結(jié)構(gòu)是一種典型的分層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，適合于柵格數(shù)據(jù)的多分辨率組織。
[0004]柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由N個(gè)格網(wǎng)單元組成，許多格網(wǎng)單元與其鄰近的若干個(gè)格網(wǎng)單元都具有相同的屬性值，存在著大量的信息冗余?，F(xiàn)有技術(shù)中的柵格編碼方法有多種，包括:直接?xùn)鸥窬幋a方法、行程編碼方法等。直接?xùn)鸥窬幋a方法是將柵格數(shù)據(jù)看作下一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣，逐行記錄代碼數(shù)據(jù)，采用柵格文件進(jìn)行儲(chǔ)存，不采用任何壓縮數(shù)據(jù)處理，因此最直觀、數(shù)據(jù)量大，處理困難；行程編碼方法的缺點(diǎn)是位置不明顯，當(dāng)待編碼數(shù)據(jù)的屬性變化大時(shí)，壓縮效率低，只適用于類型面積較大的專題圖或分類圖。為了減少數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量及對計(jì)算機(jī)內(nèi)存的需求，需要對柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的壓縮，現(xiàn)有技術(shù)中尚不存在此類的柵格編碼方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的柵格編碼方法所存在的缺陷，從而提供一種高效的天球數(shù)據(jù)多分辨率模型組織方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于球面剖分的天球數(shù)據(jù)多分辨率模型組織方法，包括:
[0007]步驟I)、將對天掃描得到的天球表面數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)緯度剖分，得到多個(gè)柵格；
[0008]步驟2)、對步驟I)剖分得到的各個(gè)柵格進(jìn)行編碼；其中，所述編碼采用線性四叉樹編碼方式；
[0009]步驟3)、根據(jù)步驟2)中為各個(gè)柵格所做的編碼建立多級(jí)分辨率數(shù)據(jù)金字塔。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述的步驟I)包括:
[0011]采用第二赤道坐標(biāo)系，以赤經(jīng)、赤緯兩個(gè)坐標(biāo)量定位天球上的點(diǎn)；將天球表面按照經(jīng)緯度網(wǎng)格系統(tǒng)進(jìn)行剖分，在剖分時(shí)對事先選定的感興趣區(qū)域做多層剖分，當(dāng)遇到?jīng)]有實(shí)際意義的區(qū)域后結(jié)束多層剖分的過程。
[0012]上述技術(shù)方案中，所述的步驟2)包括:首先將全天球數(shù)據(jù)分為東西半球，然后對兩個(gè)半球數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次的四叉樹劃分，對于每層四叉樹結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)塊根據(jù)行列號(hào)進(jìn)行編碼，編碼后所得到的柵格編碼包括層數(shù)、行號(hào)、列號(hào)。
[0013]上述技術(shù)方案中，所述的步驟3)包括:對整個(gè)天球數(shù)據(jù)采用某種較低層次的分辨率，根據(jù)需要將部分天球數(shù)據(jù)建立較高層次的分辨率，然后通過不同層次柵格對不同分辨率、不同尺度的信息進(jìn)行索引，并關(guān)聯(lián)金字塔索引中的上下層數(shù)據(jù)。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0015]本發(fā)明較好地組織和管理全天球海量空間數(shù)據(jù)，進(jìn)行全天球多尺度空間剖分，建立高效的編碼與索引機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)海量空間數(shù)據(jù)的高效調(diào)度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的基于球面剖分的天球數(shù)據(jù)多分辨率模型組織方法的流程圖；
[0017]圖2是天球表面數(shù)據(jù)做經(jīng)緯度剖分后的實(shí)例圖；
[0018]圖3是多級(jí)分辨率金字塔的示意圖；
[0019]圖4是層次、行列號(hào)和赤經(jīng)、赤緯計(jì)算示意圖；
[0020]圖5是二維天球覆蓋分析后的實(shí)例圖
[0021]圖6是具體多層?xùn)鸥窀采w情況實(shí)例圖
[0022]圖7是全天域目標(biāo)覆蓋分析結(jié)果實(shí)例圖
【具體實(shí)施方式】
[0023]在對本發(fā)明的方法做詳細(xì)說明之前，首先對本發(fā)明中所涉及的概念做簡要說明。
[0024]天球:在天文學(xué)中引進(jìn)的，為研究天體的位置和運(yùn)動(dòng)而引進(jìn)的一個(gè)假想圓球。
[0025]赤道坐標(biāo)系:赤道坐標(biāo)系與地球上慣用的經(jīng)緯度坐標(biāo)十分相似,把天球分為赤緯及赤經(jīng)。赤道坐標(biāo)系天球的軸是地球自轉(zhuǎn)軸的延伸，叫天軸；天軸與天球的兩個(gè)交點(diǎn)，叫做天極。天軸自地球北極的延長線與天球的交點(diǎn)為北天極，自地球南極的延長線與天球的交點(diǎn)為南天極。而赤道坐標(biāo)系又分為第一赤道坐標(biāo)系和第二赤道坐標(biāo)系，兩種赤道坐標(biāo)系都是以天赤道為基本圈，北天極(地球自轉(zhuǎn)軸與天球的北交點(diǎn))為基本點(diǎn)的坐標(biāo)系。第二赤道坐標(biāo)系的原點(diǎn)為春分點(diǎn)，用兩個(gè)坐標(biāo)量可定為天球上的唯一點(diǎn)，分別是赤經(jīng)和赤緯。
[0026]赤經(jīng):從原點(diǎn)(春分點(diǎn))沿天赤道逆時(shí)針方向到天球表面某個(gè)點(diǎn)之間的弧在天赤道上的投影的弧長所對地圓心角，范圍為O?360度。
[0027]赤緯:從赤道沿天極(地球自轉(zhuǎn)軸與天球的交點(diǎn))方向到天球表面某個(gè)點(diǎn)之間的弧所對的圓心角，北天極為正，南天極為負(fù)，范圍為-90?90度。
[0028]經(jīng)緯度網(wǎng)格系統(tǒng):是按固定的經(jīng)線、緯線間隔遞歸劃分的多層次網(wǎng)格，是一種簡捷、實(shí)用的空間剖分網(wǎng)格。
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的方法做進(jìn)一步的陳述。
[0030]參考圖1，本發(fā)明的方法包括以下步驟:
[0031]步驟I)、對衛(wèi)星對天掃描得到的天球表面數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)緯度剖分，得到多個(gè)柵格。
[0032]衛(wèi)星對天掃描是通過裝在衛(wèi)星上的有效載荷(如安裝在衛(wèi)星上的掃描儀)實(shí)現(xiàn)的，在本實(shí)施例中，設(shè)定有效載荷的視場形狀為以有效載荷為頂點(diǎn)的圓錐。
[0033]在研究天球表面數(shù)據(jù)時(shí)，采用第二赤道坐標(biāo)系，以赤經(jīng)、赤緯兩個(gè)坐標(biāo)量定位天球上的唯一點(diǎn)。因此在本步驟中，將天球表面按照經(jīng)緯度網(wǎng)格系統(tǒng)進(jìn)行剖分。在剖分時(shí)，事先可選定感興趣的天球區(qū)域，對這些區(qū)域做多層剖分，當(dāng)遇到某些沒有實(shí)際意義的區(qū)域后，不再向下剖分。圖2為天球表面數(shù)據(jù)做經(jīng)緯度剖分后的實(shí)例。經(jīng)緯度剖分后得到柵格，所述柵格以左下角位置坐標(biāo)對柵格進(jìn)行描述，其四個(gè)頂點(diǎn)序列使用逆時(shí)針排序的原則。
[0034]步驟2)、為步驟I)剖分得到的各個(gè)柵格加以編碼。
[0035]在柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，格網(wǎng)單元尺寸越小，數(shù)據(jù)的空間分辨率越高，需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量越大。然而，許多格網(wǎng)單元與其鄰近的若干個(gè)格網(wǎng)單元都具有相同的屬性值，存在著大量的信息冗余，因此對柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼顯得尤為重要，本發(fā)明中對每個(gè)柵格采用線性四叉樹進(jìn)行編碼。在編碼時(shí)，首先將全天球數(shù)據(jù)分為東西半球，然后對兩個(gè)半球數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次的四叉樹劃分，對于每層四叉樹結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)塊根據(jù)行列號(hào)進(jìn)行編碼，編碼后所得到的柵格編碼包括三部分:分別為層號(hào)、行號(hào)和列號(hào)，三者可以確定柵格在天球數(shù)據(jù)中的地理位置，層號(hào)越大表明柵格剖分越細(xì)。
[0036]在編碼后，位于N層的某個(gè)柵格可與它所在的行號(hào)和列號(hào)唯一確定它在全天球數(shù)據(jù)中的地理位置，即赤經(jīng)、赤緯；同理，也可根據(jù)赤經(jīng)、赤緯和層數(shù)N確定它所在的行號(hào)和列號(hào)，其中的行號(hào)、列號(hào)的范圍均從O開始。
[0037]參考圖4，通過層數(shù)、行號(hào)、列號(hào)求柵格(可用四個(gè)點(diǎn)序列表示)赤經(jīng)、赤緯的方法如下:
[0038]N層劃分精度
【權(quán)利要求】
1.一種基于球面剖分的天球數(shù)據(jù)多分辨率模型組織方法，包括: 步驟I)、將對天掃描得到的天球表面數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)緯度剖分，得到多個(gè)柵格； 步驟2)、對步驟I)剖分得到的各個(gè)柵格進(jìn)行編碼；其中，所述編碼采用線性四叉樹編碼方式； 步驟3)、根據(jù)步驟2)中為各個(gè)柵格所做的編碼建立多級(jí)分辨率數(shù)據(jù)金字塔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于球面剖分的天球數(shù)據(jù)多分辨率模型組織方法，其特征在于，所述的步驟I)包括: 采用第二赤道坐標(biāo)系，以赤經(jīng)、赤緯兩個(gè)坐標(biāo)量定位天球上的點(diǎn)；將天球表面按照經(jīng)緯度網(wǎng)格系統(tǒng)進(jìn)行剖分，在剖分時(shí)對事先選定的感興趣區(qū)域做多層剖分，當(dāng)遇到?jīng)]有實(shí)際意義的區(qū)域后結(jié)束多層剖分的過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于球面剖分的天球數(shù)據(jù)多分辨率模型組織方法，其特征在于，所述的步驟2)包括:首先將全天球數(shù)據(jù)分為東西半球，然后對兩個(gè)半球數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次的四叉樹劃分，對于每層四叉樹結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)塊根據(jù)行列號(hào)進(jìn)行編碼，編碼后所得到的柵格編碼包括層數(shù)、行號(hào)、列號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于球面剖分的天球數(shù)據(jù)多分辨率模型組織方法，其特征在于，所述的步驟3)包括:對整個(gè)天球數(shù)據(jù)采用某種較低層次的分辨率，根據(jù)需要將部分天球數(shù)據(jù)建立較高層次的分辨率，然后通過不同層次柵格對不同分辨率、不同尺度的信息進(jìn)行索引，并關(guān)聯(lián)金字塔索引中的上下層數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G06F17/30GK103823826SQ201310400545
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】白萌, 李大林 申請人:中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心