本發(fā)明涉及地理信息技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種矢量等高線要素分形壓縮與解壓縮方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

空間數(shù)據(jù)作為空間信息服務(wù)的源泉，高效分發(fā)用戶所需的空間數(shù)據(jù)是提高空間信息服務(wù)質(zhì)量的前提條件。有線和無線通訊網(wǎng)絡(luò)是空間數(shù)據(jù)分發(fā)的重要渠道，終端可視化平臺是空間信息認(rèn)知的主要環(huán)境。雖然信息通訊技術(shù)(ict)發(fā)展很快，但通訊帶寬的增長已經(jīng)不能滿足空間數(shù)據(jù)的增長速度。從數(shù)據(jù)傳輸模型上講，空間數(shù)據(jù)傳輸分為兩種：柵格數(shù)據(jù)傳輸和矢量數(shù)據(jù)傳輸。但隨著網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)(gis)發(fā)展與應(yīng)用，基于柵格數(shù)據(jù)傳輸?shù)膚ebgis模式已經(jīng)不能滿足人們對空間信息快速高效的需求與分析，柵格數(shù)據(jù)模型難以實(shí)現(xiàn)客戶端在線數(shù)據(jù)編輯和空間分析功能、地圖圖面動態(tài)配置、個(gè)性化地圖編繪等一系列實(shí)用性的gis功能；而矢量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜和多樣，矢量數(shù)據(jù)模型還不能很好地解決webgis中矢量數(shù)據(jù)的高效傳輸和客戶端多尺度顯示的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種可提高webgis中矢量數(shù)據(jù)的傳輸效率、實(shí)現(xiàn)客戶端多尺度表達(dá)的矢量等高線要素分形壓縮與解壓縮方法及系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種矢量等高線要素分形壓縮與解壓縮方法，包括以下步驟：

(1)探測原始矢量等高線要素的彎曲特征，根據(jù)所述彎曲特征對所述矢量等高線要素進(jìn)行劃分，得到構(gòu)成所述矢量等高線要素的多個(gè)彎曲單元；

(2)對所述多個(gè)彎曲單元分別定義分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量，利用所述分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量對所述多個(gè)彎曲單元對應(yīng)進(jìn)行壓縮，得到多個(gè)分形壓縮單元；

(3)根據(jù)所述分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量利用一維隨機(jī)中點(diǎn)移位法對每個(gè)所述分形壓縮單元進(jìn)行分形插值，得到所述分形壓縮單元對應(yīng)的多個(gè)分形解壓縮單元曲線；

(4)將多個(gè)所述分形解壓縮單元曲線順次進(jìn)行連接，得到完整的解壓縮后的矢量等高線。

優(yōu)選地，所述彎曲特征為所述矢量等高線要素上兩個(gè)相鄰拐點(diǎn)之間的所有頂點(diǎn)的集合，構(gòu)成一個(gè)彎曲單元；所述拐點(diǎn)前后的曲線段的凸凹特性相反。

優(yōu)選地，所述分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量包括所述彎曲單元的兩個(gè)端點(diǎn)、距離弦最遠(yuǎn)的點(diǎn)、點(diǎn)移位的偏移系數(shù)和坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)；其中，兩個(gè)所述端點(diǎn)存儲其對應(yīng)的坐標(biāo)，所述距離弦最遠(yuǎn)的點(diǎn)存儲其對應(yīng)坐標(biāo)，所述點(diǎn)移位的偏移系數(shù)為坐標(biāo)偏移系數(shù)，所述坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)為所述彎曲單元上除去兩個(gè)端點(diǎn)的頂點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)。

優(yōu)選地，所述一維隨機(jī)中點(diǎn)移位法的參量包括移位種子點(diǎn)、移位方向、偏移量、自相似參數(shù)和插值次數(shù)，根據(jù)所述分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量對所述一維隨機(jī)中點(diǎn)移位法的參量進(jìn)行約束控制，得到所述分形壓縮單元對應(yīng)的分形解壓縮單元曲線。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種矢量等高線要素分形壓縮與解壓縮系統(tǒng)，包括探測劃分模塊、分形壓縮模塊、分形解壓縮模塊和合并模塊；所述探測劃分模塊探測原始矢量等高線要素的彎曲特征，并根據(jù)所述彎曲特征對所述矢量等高線要素進(jìn)行劃分，得到構(gòu)成所述矢量等高線要素的多個(gè)彎曲單元；所述分形壓縮模塊對所述多個(gè)彎曲單元分別進(jìn)行分形壓縮，得到相應(yīng)的多個(gè)分形壓縮單元；所述解壓縮模塊對所述多個(gè)分形壓縮單元分別進(jìn)行分形解壓縮，并根據(jù)目標(biāo)尺度需要，進(jìn)行不同目標(biāo)尺度的解壓縮，得到對應(yīng)的多個(gè)分形解壓縮單元曲線；所述合并模塊將所述多個(gè)分形解壓縮單元曲線順次連接，得到完整的解壓縮后的矢量等高線。

與相關(guān)技術(shù)比較，本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：本發(fā)明實(shí)施例的一種矢量等高線要素分形壓縮與解壓縮方法，應(yīng)用于矢量等高線要素高效網(wǎng)絡(luò)傳輸和多尺度可視化，即在傳輸前服務(wù)器端先對原始矢量等高線要素進(jìn)行彎曲單元探測，對所述彎曲單元進(jìn)行分形壓縮，得到分形壓縮單元，降低所述矢量等高線要素的網(wǎng)絡(luò)傳輸量，減少網(wǎng)絡(luò)帶寬占用，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率；所述分形壓縮單元傳輸至客戶端后，在客戶端根據(jù)彎曲單元的分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量，利用一維隨機(jī)中點(diǎn)移位法對所述分形壓縮單元進(jìn)行分形插值，得到所述分形壓縮單元對應(yīng)的分形解壓縮單元曲線，解壓縮過程中可根據(jù)目標(biāo)尺度的需要，進(jìn)行不同目標(biāo)的尺度的解壓縮，然后將分形解壓縮單元曲線順次連接，即可在客戶端得到完整的解壓縮后的矢量等高線，在客戶端上可得到多尺度可視化的解壓縮后的矢量等高線要素。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的部分原始矢量等高線要素示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的原始矢量等高線要素彎曲單元探測示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的拐點(diǎn)確定示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的彎曲單元分形壓縮示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例的彎曲單元分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量示意圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例的彎曲單元分形解壓縮示意圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例解壓縮后的完整矢量等高線要素示意圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例矢量等高線要素分形壓縮與解壓縮系統(tǒng)示意圖；

其中：探測劃分模塊1、分形壓縮模塊2、分形解壓縮模塊3和合并模塊4。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地描述。

參照附圖1，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種矢量等高線要素分形壓縮與解壓縮方法，包括以下步驟：

(1)參照附圖2、3，探測原始矢量等高線要素的彎曲特征，根據(jù)所述彎曲特征對所述原始矢量等高線要素進(jìn)行劃分，得到構(gòu)成所述矢量等高線要素的多個(gè)彎曲單元；

進(jìn)一步地，所述彎曲特征為所述矢量等高線要素上兩個(gè)相鄰拐點(diǎn)之間的所有頂點(diǎn)的集合，構(gòu)成一個(gè)彎曲單元；所述拐點(diǎn)前后的曲線段的凸凹特性相反；

參照附圖4，所述拐點(diǎn)采用連續(xù)兩個(gè)相鄰矢量叉積(曲率或凹向的標(biāo)志數(shù))a×b和b×c的乘積，當(dāng)其符號為負(fù)時(shí)，則存在拐點(diǎn)，這個(gè)拐點(diǎn)就在兩個(gè)矢量叉積的中間共享邊的區(qū)間某處；如果所述拐點(diǎn)所在邊的長度很短，則可取其中點(diǎn)為所需拐點(diǎn)，這時(shí)可直接進(jìn)入下一個(gè)拐點(diǎn)的確定；當(dāng)所述拐點(diǎn)所在邊的長度較長時(shí)采用離散點(diǎn)曲線確定拐點(diǎn)位置；

(2)參照附圖5、6，對所述多個(gè)彎曲單元定義分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量，利用所述分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量對所述多個(gè)彎曲單元對應(yīng)進(jìn)行壓縮，得到多個(gè)分形壓縮單元；

進(jìn)一步地，所述分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量包括所述彎曲單元的兩個(gè)端點(diǎn)、距離弦最遠(yuǎn)的點(diǎn)、點(diǎn)移位的偏移系數(shù)和坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)；其中，兩個(gè)所述端點(diǎn)存儲其對應(yīng)的坐標(biāo)，所述距離弦最遠(yuǎn)的點(diǎn)存儲其對應(yīng)坐標(biāo)，所述點(diǎn)移位的偏移系數(shù)為坐標(biāo)偏移系數(shù)，所述坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)為所述彎曲單元上除去兩個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)頂點(diǎn)數(shù)；

具體地，點(diǎn)pi和點(diǎn)pi+1分別為任一所述彎曲單元li的兩個(gè)端點(diǎn)，線段pipi+1為所述彎曲單元li的弦，點(diǎn)ni是所述彎曲單元li上距離弦pipi+1最遠(yuǎn)的點(diǎn)，點(diǎn)oi是點(diǎn)ni到線段pipi+1的垂足，線段nioi為所述彎曲單元li的彎曲深度，其長度為di；按照這種方式，取得所述彎曲單元li的子彎曲單元li1、li2，點(diǎn)ni1、ni2分別是所述子彎曲單元li1、li2上距離線段pini、線段pi+1ni最遠(yuǎn)的點(diǎn)，點(diǎn)oi1是點(diǎn)ni1到線段pini的垂足、點(diǎn)oi2是點(diǎn)ni2到線段pi+1ni的垂足，線段pini、pi+1ni分別為所述子彎曲單元li1、li2的弦，線段ni1oi1、ni2oi2為所述子彎曲單元li1、li2的子彎曲深度，其長度為di1、di2；點(diǎn)移位的偏移系數(shù)為k，其值為di1、di2中長度較大者與di的比值；所述坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)為m，用于控制分形插值的迭代次數(shù)，其值為所述彎曲單元li上除去端點(diǎn)pi和點(diǎn)pi+1頂點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)，所述彎曲單元li上距離線段pipi+1上最遠(yuǎn)的點(diǎn)ni即為頂點(diǎn)；

進(jìn)一步地，集中劃分的非彎曲單元(如部分直線段)可采用所述分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量表達(dá)，此時(shí)，參數(shù)k和n的值都均為0。即在進(jìn)行解壓縮時(shí)，表示該劃分非彎曲單元不需要進(jìn)行分形插值重建；

(3)參照附圖7，根據(jù)所述分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量利用一維隨機(jī)中點(diǎn)移位法對所述多個(gè)分形壓縮單元分別進(jìn)行分形插值，得到所述分形壓縮單元對應(yīng)的多個(gè)分形解壓縮單元曲線；

進(jìn)一步地，所述一維隨機(jī)中點(diǎn)移位法的參量包括移位種子點(diǎn)、移位偏移量、移位方向、自相似參數(shù)和插值次數(shù)，根據(jù)所述分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量對所述一維隨機(jī)中點(diǎn)移位法的參量進(jìn)行約束控制，得到所述分形壓縮單元對應(yīng)的分形解壓縮單元曲線；

具體地，所述一維隨機(jī)中點(diǎn)移位法的插值迭代公式為：

其中，pi，pi+1表示彎曲單元li的兩個(gè)端點(diǎn)，δn為中點(diǎn)位移量，其大小與自相似性參數(shù)(或粗糙度因子)h、方向控制參數(shù)τ、偏移量控制參數(shù)δ以及迭代次數(shù)n有關(guān)，關(guān)系式如下：

其中，h的取值范圍為[0，1]，h值越大，生成的分形曲線越光滑，h值越小，生成的分形曲線越粗糙，與偏移系數(shù)k相關(guān)；方向控制參數(shù)τ與所述彎曲單元li的凹凸性相關(guān)，其值為1或-1，所述偏移量控制參數(shù)δ與所述彎曲li的深度di相關(guān)，迭代次數(shù)n與所述坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)m相關(guān)；

(4)參照附圖8，將所述多個(gè)分形解壓縮單元曲線順次進(jìn)行連接，得到完整的解壓縮后的矢量等高線。

在傳輸前服務(wù)器端先對原始矢量等高線要素進(jìn)行彎曲單元探測，對所述彎曲單元進(jìn)行分形壓縮，得到分形壓縮單元，降低所述矢量等高線要素的網(wǎng)絡(luò)傳輸量，減少網(wǎng)絡(luò)帶寬占用，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率；所述分形壓縮單元傳輸至客戶端后，在客戶端根據(jù)彎曲單元的分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量，利用一維隨機(jī)中點(diǎn)移位法對所述分形壓縮單元進(jìn)行分形插值，得到所述分形壓縮單元對應(yīng)的分形解壓縮單元曲線，解壓縮過程中可根據(jù)目標(biāo)尺度的需要，進(jìn)行不同目標(biāo)的尺度的解壓縮，然后將分形解壓縮單元曲線順次連接，即可在客戶端得到完整的解壓縮后的矢量等高線，在客戶端上可得到多尺度可視化的解壓縮后的矢量等高線要素。

進(jìn)一步地，利用分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量對一維隨機(jī)中點(diǎn)移位法的主要插值參量分別進(jìn)行約束控制，從而實(shí)現(xiàn)彎曲單元多分辨率分形插值重建，包括以下步驟：

(1)控制移位種子點(diǎn)，所述彎曲單元li中的ni點(diǎn)是線段pipi+1以oi點(diǎn)作為移位種子點(diǎn)的一次分形插值，點(diǎn)oi不是pipi+1的中點(diǎn)，設(shè)oi點(diǎn)分線段pipi+1的比例λ，彎曲單元li的兩個(gè)端點(diǎn)pi和pi+1的坐標(biāo)分別為(xi，yi)和(xi+1，yi+1)，所述彎曲單元li上的移位種子點(diǎn)的坐標(biāo)為

(2)控制移位偏移量，所述彎曲單元li的彎曲深度是所述彎曲單元li以弦pipi+1為基線進(jìn)行的首次移位產(chǎn)生的偏移，其值即為所述彎曲深度的長度di；

(3)控制移位方向，進(jìn)行分形插值時(shí)將移位方向改為垂直于待插值線段pipi+1，且與彎曲單元li的開口方向相反，方向控制參數(shù)τ值為1或-1；

(4)控制自相似參數(shù)，所述自相似參數(shù)h與分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量中的點(diǎn)移位的偏移系數(shù)k的關(guān)系為經(jīng)本發(fā)明實(shí)施例改進(jìn)后的自相似參數(shù)h的值即為-log2(k)；

(5)控制分形迭代次數(shù)；分形解壓縮是通過插值迭代實(shí)現(xiàn)的，迭代次數(shù)n由所述分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量中的彎曲單元li的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)確定，設(shè)彎曲單元li的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)為m，以彎曲單元li的弦pipi+1作為插值基線，插值m-2個(gè)點(diǎn)還原壓縮前的彎曲單元，經(jīng)過n次分形插值迭代后，共產(chǎn)生了(2ⁿ-1)個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，則：2ⁿ-1＝m-2，由于迭代次數(shù)為整數(shù)，故可求得：n＝[log2(m-1)]；當(dāng)n>1時(shí)，通過控制n的插值次數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)不同分辨率的分形插值曲線。

進(jìn)一步地，所述彎曲單元li為凸彎曲時(shí)，τ值為1；所述彎曲單元li為凹彎曲時(shí)，τ值為-1。

通過對一維隨機(jī)中點(diǎn)移位法分形插值的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行約束控制，可實(shí)現(xiàn)對分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所表達(dá)的彎曲單元進(jìn)行多尺度分形重建，且能夠保證插值后的結(jié)果彎曲與壓縮前的彎曲形態(tài)特征高度相似；另外，通過控制分形迭代次數(shù)，可實(shí)現(xiàn)較原始彎曲分辨率低的不同目標(biāo)尺度的彎曲插值結(jié)果。

參照附圖9，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種矢量等高線要素分形壓縮與解壓縮系統(tǒng)，包括探測劃分模塊1、分形壓縮模塊2、分形解壓縮模塊3和合并模塊4；所述探測劃分模塊1探測原始矢量等高線要素的彎曲特征，根據(jù)所述彎曲特征對所述矢量等高線要素進(jìn)行劃分，得到構(gòu)成所述矢量等高線要素的多個(gè)彎曲單元；所述分形壓縮模塊2對所述多個(gè)彎曲單元定義分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量，利用所述分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量對所述多個(gè)彎曲單元對應(yīng)進(jìn)行壓縮，得到多個(gè)分形壓縮單元；所述分形解壓縮模塊3根據(jù)所述分形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)參量利用一維隨機(jī)中點(diǎn)移位法對所述多個(gè)分形壓縮單元分別進(jìn)行分形插值，得到所述多個(gè)分形壓縮單元對應(yīng)的多個(gè)分形解壓縮單元曲線；可根據(jù)目標(biāo)尺度需要，進(jìn)行不同目標(biāo)尺度的解壓縮；所述合并模塊4將所述多個(gè)分形解壓縮單元曲線順次連接，得到完整的解壓縮后的矢量等高線。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位詞是以附圖中零部件位于圖中以及零部件相互之間的位置來定義的，只是為了表達(dá)技術(shù)方案的清楚及方便。

應(yīng)當(dāng)理解，所述方位詞的使用不應(yīng)限制本申請請求保護(hù)的范圍。在不沖突的情況下，本文中上述實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互結(jié)合。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。