電子地圖POI標(biāo)簽位置優(yōu)化處理

涂巖愷（中國電子科技集團(tuán)第三十研究所 廈門雅迅網(wǎng)絡(luò)股份有限公司，福建 廈門 361008）

電子地圖POI標(biāo)簽位置優(yōu)化處理

涂巖愷
（中國電子科技集團(tuán)第三十研究所 廈門雅迅網(wǎng)絡(luò)股份有限公司，福建 廈門 361008）

為減少繪制電子地圖時(shí)POI標(biāo)簽對道路的遮擋，提出一種檢測POI標(biāo)簽與地圖背景中道路是否產(chǎn)生重疊壓蓋并調(diào)整標(biāo)簽位置的方法。采用劃分網(wǎng)格數(shù)據(jù)的方法減少檢測計(jì)算量，對可能壓蓋路段進(jìn)行過濾，提取可能與POI產(chǎn)生壓蓋的路段，再采用建立局部坐標(biāo)系判斷繪制元素斜率關(guān)系的方法，檢測該P(yáng)OI標(biāo)簽是否與道路產(chǎn)生重疊壓蓋，進(jìn)而做出調(diào)整。應(yīng)用實(shí)例表明，該方法能以較高的效率增強(qiáng)地圖顯示效果，提升用戶體驗(yàn)。

電子地圖；POI標(biāo)簽；位置優(yōu)化；壓蓋檢測

DOI：10.13669/j.cnki.33-1276/z.2015.037

0　引 言

電子地圖P O I標(biāo)簽繪制是一個(gè)重要問題，良好的POI標(biāo)簽繪制應(yīng)盡量減少壓蓋地圖背景中的關(guān)鍵區(qū)域［1］。車載導(dǎo)航與定位應(yīng)用［2］中道路是最關(guān)鍵信息，當(dāng)?shù)缆愤吘壍腜O I標(biāo)簽過多、壓蓋現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，會(huì)影響道路顯示甚至覆蓋復(fù)雜路口細(xì)節(jié)等關(guān)鍵信息，從而影響用戶體驗(yàn)。

由于電子地圖瓦片數(shù)量龐大，達(dá)十億量級［3］，因而道路壓蓋處理效率是關(guān)鍵。葉常春等［4］采用外接矩形重疊法比對地圖元素，但由于涉及復(fù)雜的排列組合比對，張鵬程等［5］提出應(yīng)盡量避免這類NP完全問題求解。趙靜等［6］采用像素占用的方法判斷是否壓蓋，但該方法要先將地圖矢量數(shù)據(jù)標(biāo)量化，沒有利用矢量數(shù)據(jù)量小、處理快的優(yōu)點(diǎn)。李永紅等［7］提出一種快速判斷線段相交的方法，該方法處理步驟較少，但涉及向量的內(nèi)積與外積運(yùn)算，所消耗計(jì)算量較大。本文提出一種直接利用矢量數(shù)據(jù)快速進(jìn)行POI標(biāo)簽與道路重疊檢測的方法。該方法盡可能采用時(shí)間消耗最小的邏輯判斷取代其它運(yùn)算指令，不僅能有效減少P O I標(biāo)簽對背景道路區(qū)域的覆蓋，防止關(guān)鍵信息丟失，而且具有較高的處理效率。1優(yōu)化處理流程

優(yōu)化后的壓蓋檢測方法包括網(wǎng)格劃分模塊、路段過濾模塊、基于局部坐標(biāo)系斜率關(guān)系的壓蓋檢測模塊、標(biāo)簽調(diào)整模塊。每一模塊都有其功能和作用。一是網(wǎng)格劃分模塊。由于地圖數(shù)據(jù)量巨大，因而需要對地圖數(shù)據(jù)按地圖級別劃分為不同的網(wǎng)格區(qū)域，逐個(gè)網(wǎng)格進(jìn)行處理，以達(dá)到減少計(jì)算量的目的，提高檢測速率。二是路段過濾模塊。將P OI標(biāo)簽與道路的交叉覆蓋分為縱向覆蓋與橫向覆蓋兩類，按坐標(biāo)區(qū)間交集原則初步過濾出可能產(chǎn)生壓蓋的路段，進(jìn)一步減少壓蓋判斷的路段數(shù)量，同時(shí)能在下一個(gè)模塊斜率檢測中將各點(diǎn)斜率控制在兩個(gè)象限以內(nèi)，降低檢測復(fù)雜度。三是基于局部坐標(biāo)系斜率關(guān)系的壓蓋檢測模塊。以每個(gè)可能路段任一端點(diǎn)為原點(diǎn)建立檢測坐標(biāo)系，在坐標(biāo)系內(nèi)計(jì)算道路另一端點(diǎn)、P O I標(biāo)簽各端點(diǎn)與原點(diǎn)斜率，制定斜率間的相互極性與絕對值大小關(guān)系判斷標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)能快速確定該P(yáng)O I標(biāo)簽是否與道路產(chǎn)生壓蓋。四是標(biāo)簽調(diào)整模塊。根據(jù)斜率檢測模塊的結(jié)果，將P O I標(biāo)簽調(diào)整至新的位置并迭代判斷，最終將P OI標(biāo)簽在無壓蓋區(qū)域上顯示。電子地圖P OI標(biāo)簽壓蓋檢測流程如圖1所示。

圖1　電子地圖POI標(biāo)簽壓蓋檢測流程

1.1網(wǎng)格劃分

計(jì)算地圖等級為0時(shí)的基準(zhǔn)比例尺S0。地圖等級為0時(shí)將世界地圖劃分為2×2個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格對應(yīng)一張256×256分辨率地圖瓦片，則基準(zhǔn)比例尺S0=360度/ （256×2）像素=0.703 125。

假設(shè)需要檢測道路壓蓋的地圖等級為n，計(jì)算該等級下比例尺Sn=Sn/2n。該等級下世界地圖劃分為2n+1× 2n+1個(gè)網(wǎng)格，依據(jù)對應(yīng)比例尺Sn得到每個(gè)網(wǎng)格對應(yīng)的經(jīng)緯度邊界。依據(jù)經(jīng)緯度邊界，取出經(jīng)緯度邊界內(nèi)的道路矢量數(shù)據(jù)（一般取國道、省道作為待檢測道路，也可根據(jù)需求增加要檢測的道路等級或種類）與PO I數(shù)據(jù)存入全局緩存中，供后續(xù)步驟檢測調(diào)用。該步驟通過地圖等級與比例尺關(guān)系進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)待檢測路段數(shù)據(jù)與P OI數(shù)量都限定在一個(gè)比較合理的范圍內(nèi)，避免將地圖中所有道路與一個(gè)P OI進(jìn)行比較，也避免針對每個(gè)P OI劃分出一個(gè)局部檢測區(qū)域的復(fù)雜計(jì)算。

1.2路段過濾

進(jìn)一步減少壓蓋檢測計(jì)算量，取路段的縱向/橫向坐標(biāo)區(qū)間與POI標(biāo)簽的縱向/橫向坐標(biāo)區(qū)間，計(jì)算兩個(gè)區(qū)間的交集，交集不為空的路段為可能覆蓋路段，交集為空的路段不會(huì)與PO I相交覆蓋，對它們進(jìn)行過濾。

（1）從全局緩存中取出一個(gè)POI坐標(biāo)P（Px，Py）和它的標(biāo)簽位置T（Tleft，Ttop，Tright，Tbottom）。其中，Px，Py代表POI位置在地圖上的橫向和縱向坐標(biāo)值，Tleft，Ttop，Tright，Tbottom分別代表POI標(biāo)簽的左、上、右、下四個(gè)坐標(biāo)值。

（2）從全局緩存中取出網(wǎng)格內(nèi)某一路段rm，m∈［1，M］。其中，M為路段數(shù)量，rm=［rm1（xm1，ym1），rm2（xm2，ym2）］，rm1和rm2為路段的兩個(gè)端點(diǎn)，（xm1，ym1），（xm2，ym2）為端點(diǎn)對應(yīng)坐標(biāo)。

（3）取路段的Y坐標(biāo)區(qū)間Am=［ym1，ym2］（ym2≥ym1），取POI標(biāo)簽的Y坐標(biāo)區(qū)間B=［Ttop，Tbottom］，計(jì)算A與B的交集C=A∩B。

（4）如果C=ф，則該段道路肯定不會(huì)與POI標(biāo)簽產(chǎn)生橫向重疊，將其過濾掉不進(jìn)行檢測；如果C≠ф，則該路段可能與P OI標(biāo)簽產(chǎn)生橫向重疊，將該路段rm取出，放入待檢測集Rh中。重復(fù)（2）直到該網(wǎng)格內(nèi)所有路段均被過濾一遍。得到最終的待檢測道路集Rh，供斜率檢測步驟調(diào)用。

縱向壓蓋路段過濾原理及步驟與橫向壓蓋路段過濾原理及步驟相同。路段過濾流程所涉及運(yùn)算為單坐標(biāo)軸上的交集運(yùn)算，每次過濾只需要進(jìn)行兩次邏輯判斷。

1.3基于局部坐標(biāo)系斜率關(guān)系的壓蓋檢測

橫向斜率檢測的目的是判斷POI標(biāo)簽的上下邊緣是否與道路產(chǎn)生壓蓋現(xiàn)象，其檢測步驟如下：先從待檢測道路集Rh中取出某一路段rn=［rn1（xn1，yn1），rn 2（xn2，yn2）］，n∈［1，N］，其中N為待檢測道路集中路段數(shù)量（N≤M）。接著取任意一道路端點(diǎn)為原點(diǎn)（假設(shè)取rn1），x軸為緯度線方向，y軸為經(jīng)度線方向，建立檢測坐標(biāo)系。取POI標(biāo)簽上下兩條橫線為檢測線段，以POI標(biāo)簽上邊緣線TLTR為例，其對應(yīng)端點(diǎn)坐標(biāo)TL=（Tleft，Ttop），TR=（Tright，Ttop）。經(jīng)過路段過濾處理，檢測線段TLTR，路段rn在檢測坐標(biāo)系內(nèi)的相對位置關(guān)系，被約束成兩個(gè)象限內(nèi)六類可能的幾何關(guān)系，如圖2所示。

圖2　局部坐標(biāo)系斜率關(guān)系

計(jì)算rn2與rn1的斜率k1，TL與rn1的斜率k2，TR與rn1的斜率k3。檢測壓蓋現(xiàn)象的判斷流程如下：

If（k2，k3符號不同）

縱向斜率檢測的原理及步驟與橫向檢測的原理及步驟相同。通過斜率關(guān)系檢測，不僅能提供有效的壓蓋檢測，而且能通過速度較快的邏輯判斷代替兩條線段相交的求解方程組運(yùn)算。從判斷流程看，只需要進(jìn)行三次除法運(yùn)算和兩次加法運(yùn)算，其余均為計(jì)算機(jī)處理速度最快的邏輯判斷指令，這對于海量電子地圖處理來說能節(jié)省大量的時(shí)間。

1.4標(biāo)簽調(diào)整

地圖中默認(rèn)POI標(biāo)簽位置T（Tleft，Ttop，Tright，Tbottom）位于POI坐標(biāo)P（Px，Py）右方。當(dāng)檢測到POI標(biāo)簽位置T與道路產(chǎn)生壓蓋后進(jìn)入標(biāo)簽調(diào)整步驟，將標(biāo)簽位置T 按PO I左方、上方、右方、下方的優(yōu)先級調(diào)整。每一次調(diào)整位置后重新返回路段過濾步驟，如此迭代檢測是否與道路壓蓋，直至調(diào)整到不會(huì)產(chǎn)生壓蓋的位置繪出PO I標(biāo)簽。如果所有位置調(diào)整后仍會(huì)產(chǎn)生壓蓋，則視該P(yáng)OI點(diǎn)的重要程度［8］選擇仍舊在地圖壓蓋道路顯示或不顯示該P(yáng)OI點(diǎn)。

2　應(yīng)用實(shí)例

中國電子科技集團(tuán)第三十研究所廈門雅迅網(wǎng)絡(luò)股份有限公司自主導(dǎo)航電子地圖運(yùn)用P OI標(biāo)簽位置優(yōu)化處理方法，有效檢測出POI標(biāo)簽與道路的壓蓋現(xiàn)象，并做出有效調(diào)整，避免了覆蓋道路信息與復(fù)雜路口細(xì)節(jié)等關(guān)鍵信息，如廈門火車北站電子地圖和三榕公園電子地圖優(yōu)化前后效果對比，如圖3所示。廈門火車北站POI標(biāo)簽優(yōu)化前，默認(rèn)放置于POI的右側(cè)，由于該P(yáng)OI離主干道路十分接近，因而POI標(biāo)簽明顯壓蓋了主干道路，影響了用戶視覺體驗(yàn)（見圖3a）；優(yōu)化后，將POI標(biāo)簽調(diào)整到POI位置左側(cè)，由于左側(cè)是大片空白地圖背景，因而充分利用了地圖背景空間，優(yōu)化了顯示效果（見圖3 b）。三榕公園電子地圖元素較為復(fù)雜，其PO I標(biāo)簽在優(yōu)化前，三榕公園和杏林火車站均與主干道路壓蓋（見圖3c）；優(yōu)化后，將POI標(biāo)簽調(diào)整到背景區(qū)域，杏林火車站P OI標(biāo)簽無法避免與周邊道路產(chǎn)生壓蓋，但由于該P(yáng)OI屬于重要交通設(shè)施，在導(dǎo)航地圖中應(yīng)該保留，因而將其調(diào)整到P OI左側(cè)，讓其壓蓋低等級的道路，以保證高等級道路的顯示（見圖3d）。由于三榕公園電子地圖調(diào)整后，在其右側(cè)騰出了布局空間，因而可加入一個(gè)主干道“G319”的道路標(biāo)注，從而在整體上優(yōu)化了布局。優(yōu)化后的電子地圖在相關(guān)車載電子產(chǎn)品上得到廣泛應(yīng)用，取得了良好用戶口碑。

3　結(jié) 論

本文提出的電子地圖POI標(biāo)簽位置優(yōu)化處理方法，先進(jìn)行網(wǎng)格化減少道路數(shù)據(jù)的檢測量，再利用區(qū)間交集過濾模塊濾去大部分不可能產(chǎn)生壓

圖3　電子地圖POI標(biāo)簽位置優(yōu)化前后效果對比

蓋的道路，并把P OI標(biāo)簽與路段幾何關(guān)系限定在局部坐標(biāo)系的六種斜率關(guān)系范圍內(nèi)；利用相關(guān)點(diǎn)在坐標(biāo)系內(nèi)的斜率正負(fù)極性與絕對值關(guān)系有效檢測是否與道路壓蓋，每次檢測除了采用三次除法兩次減法運(yùn)算外，其余步驟均由計(jì)算速度最快的邏輯判斷指令完成，能有效提升電子地圖處理效率。但該方法存在一定局限性，即沒有對并行計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化。隨著圖像處理平臺的高速發(fā)展，開始出現(xiàn)CUDA等GPU高速處理平臺，需要進(jìn)一步研究在這些平臺上實(shí)施電子地圖繪制的快速優(yōu)化方法，并融合并行處理方法進(jìn)一步提高電子地圖的生產(chǎn)效率。

［1］於新國，蘇博文.城市公眾地圖服務(wù)系統(tǒng)興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)采集與處理［J］.測繪與空間地理信息，2013（3）：73-74.

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［責(zé)任編輯：吳志榮］

Optimization of POI Tag Position of Digital Map

TU Yankai
（Xiamen Yaxon Network Co.， Ltd.， The 30th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation， Xiamen， 361008， China）

In order to reduce the coverage of POI tag on the road in drawing a digital map， a method is proposed to detect if the road will overlap the gland in POI tag map and adjust the tag position. The method of dividing the network data is implemented to reduce the detecting calculation cost， and the likely covering road unit is filtered to refine the road that is likely to create coverage with POI. A local coordinate system to determine the gradient relationship of the drawing elements is applied to detect if the POI tag covers the road and then adjustment is made accordingly. It is shown that the method efficiently increased the displaying effort of the digital map and improved user experience.

Digital map； POI tag； Position optimization； Coverage detect

P283

A

1671-4326（2015）02-0056-03

2015-01-29

廈門市科技計(jì)劃項(xiàng)目（3502Z20130008）

涂巖愷（1983—），男，福建永安人，中國電子科技集團(tuán)第三十研究所廈門雅迅網(wǎng)絡(luò)股份有限公司工程師，博士.