[发明专利]一种GPS经纬度坐标整数化方法

说明书

技术领域

本发明属于超大规模GPS空间数据挖掘技术领域，与遥感技术、抽样调查技术、地理信息系统技术、数字图像技术、超级计算技术相关。

本发明系列所生产的数字化道路成果是北斗/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、国家海洋战略、国防安全等诸多领域关系极为密切。

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分国外道路，其中蕴含了丰富与交通运输相关的信息。

从GPS数据中提取道路信息的尝试由来已久，但大多是对GB级小数据量，城区甚至街道级小空间范围开展相关工作。对于万亿量级记录、PB级量级存贮、全国甚至全球范围的超大规模GPS数据挖掘，问题变得十分艰巨与复杂，例如，最为简单的1PB的数据拷贝，在普通PC机上耗时就达上万小时！

GPS 数据中与地理空间位置相关的量包括经度、纬度、海拔，其中尤其以经纬度最为重要。目前经常使用的各种GIS软件，如ARCGIS、ORACLE等无一例外都是采用浮点数形式保存经纬度坐标。这种方式完全不适于超大规模GPS数据挖掘任务。原因是，首先，在计算机中，浮点数的运算速度慢于整数运算速度。其次，浮点型经纬度，从算法设计的角度不能再往下切分，相反整数型经纬度，则可以继续往下切分到字节甚至切分到位，一个典型的切分应用就是著名的四叉索引。事实上，经纬度坐标整型化是超大规模GPS数据挖掘必须采用的基础性技术措施。

浮点型经纬度转换为整数型经纬度，必须选定一个合理的乘系数，也即整化系数。现实中，有的应用系统也确实是用整型数保存经纬度值，常见的整化系数有1,000,000等等，但这些整化系数，在选定时大多缺乏特定意义，在与后续与国家大地测绘成果对接时，会出现图像重采样、图像重拼接、重切分等一系列问题，因此不是理想的整化系数。

本发明发现921600=60′×60″×256是一个十分理想的整化系数，这一系数在充分保留GPS经纬度的实际精度的同时，最为重要的是，可以在数字图像技术体系下与国家大地测绘系统实现无缝对接。

发明内容

国家标准地形图的分幅是以经纬度秒为基本单位进行的。

表1 比例尺经纬差

不同于矢量技术体系，数字图像技术体系中，图像的缩放，当且仅当比例系数为2的整数次幂时，数字图像才不会出现重采样变形。又由于在以8个Bit 位为基本字节长度的计算机系统中，一个字节的取值范围为256个整数，所以，尺寸为256*256的数字图像，即“瓦片”被广泛采用。

由超大规模GPS 数据所获得的全国道路数字图像，可以作为国家测绘体系的一种重要的补充来源，结合交通部部标实际执行情况，本发明将经纬度有效精度规定为1/921,600度（=1/256秒），即将浮点型经纬度乘以921,600取整后，作为经纬度整数型数值，事实证明这一整化系数在后续的GPS数据挖掘中具有极为重要的意义。

本发明将地面1〞×1〞的地理区域映射到一个大小为256×256的瓦片，由于这种数量关系，本发明将这种区划方法命名为“秒瓦”。全球表面被区划为839,808,000,000个秒瓦。在数字图像处理技术中，由于瓦片刚好可以用二个计算机字节的存贮量完整表示一个像素的精确位置，因此，具有最高的存贮与计算效率，尤其是在用三元式表示像素点时。在我国北纬30度附近纬度带，1/256秒约相当于地面0.1m的长度。

以1/256秒作为经纬度的有效精度的另一个好处是，在后续的处理中，非常便于与国家标准地形图分幅标准无缝对接，避免一切不必要的切边、接边等非常麻烦的处理过程，这是因为国家标准地形图的分幅是以秒为最小单位。

在取定1/256秒作为经纬度的基本单位之后。按2的整数次幂，可以定义出一系列的经纬度整化系数。设L 为系列编号，如表2所示，其中以L=0为例：级别代码：G0，基本单元数=2^L=2^0=1，赤道纬圈对应长度：0.12米

表2 多级经纬整化系数

注：地球半径取6378137m，基本网格边长为1/256秒