一种星图模拟的空间数据存储方法与流程

1.本发明涉及星图模拟领域，具体为一种星图模拟的空间数据存储方法。


背景技术：

2.随着自主导航技术日趋成熟，商用电荷耦合器件ccd(charge coupled device)日益推广，量测精度高的ccd星敏感器倍受青睐。实现自主导航、快速且识别率高的星图识别算法必不可缺。对星图识别算法最初实验测试，由于航天实验费用大，往往不可能进行实时空间实验；因此，为了检验识别算法性能以及对观测星选择的合理性问题进行有效验证，通常采用计算机仿真模拟技术在地面上模拟星空。
3.星图模拟技术目前主要利用基本星表中赤经(ra)、赤纬(dec)和星等(mag)信息通过计算机软硬件技术来实现。传统的星图模拟方法通过坐标转换的方式确定星像点在ccd像平面上的位置，而像点亮度则是采用服从二维高斯分布的点扩散函数psf进行模拟。
4.由于空间中的实际拍摄星图难以快速获取，所以对于天文导航算法的研制和测试，星图模拟器是不可或缺的。星图模拟过程中会产生大量的空间数据，空间数据一般由栅格数据、矢量数据等构成，下面是关于矢量数据的优缺点以及特性。
5.矢量数据优点：数据结构更加严密；便于拓扑操作；图形输出美观；缺点：数据结构复杂；叠加操作不方便；表达空间变化能力差；难以实现增强处理。
6.栅格数据优点：数据结构简单；叠加操作更易实现、更有效；能有效表达空间可变性；便于进行图像的有效增强。缺点：数据量大，需要压缩；难以表达拓扑关系；图像放大输出不美观，有锯齿。
7.为保证空间数据的可视化以及快速索引，现有技术中一般是通过构建索引数据库的方式，但传统的索引数据库在数据管理、可视化等方法上都存在一些不足之处，其性能也无法满足愈发增加的空间数据量的要求，因此需要一种耗时短，并且数据处理效率高的空间数据存储方法，且该存储方法应用于星图模拟。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种星图模拟的空间数据存储方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种星图模拟的空间数据存储方法，包括步骤：s1：空间数据预划分处理，获取星图模拟系统中的若干空间数据，并对若干所述空间数据进行预划分；s2：在分布式环境中，为空间数据建立基于四叉树与hilbert曲线的空间索引；s3：索引建立及存储，对获取到的若干所述空间数据建立索引，并根据每一所述空间数据的索引将所述空间数据分布式存储于数据库中；s4：若干栅格数据和若干矢量数据间转换与叠加处理，根据数据的索引将所述处
理后的数据存储于所述数据库中。
10.优选的，s1中预划分是将若干空间数据划分为若干栅格数据d0和若干矢量数据e0，其中若干栅格数据d0为若干个起始时间点t0的空间属性信息栅格。
11.优选的，s1中对空间数据进行划分的具体过程包括：采用空间四叉树格网对上述栅格数据进行递归切分，获得栅格数据d0；采用基于几何数据变换的方式对上述矢量数据进行划分，获得矢量数据e0，其中几何数据变换的方式是将矢量数据通过整数变换、差分变换和均值变换后，得到矢量数据。
12.优选的，s2中具体包括：s201：建立分布式环境的立方体；s202：将星图模拟的空间上的某一点p投影到立方体某一面上；s203：在每一个立方体面上构建四叉树，每个四叉树单元都由一个控制点进行标识；s204：找到包含点p对应投影点的四叉树单元；s205：将该四叉树单元映射到某一级的hilbert曲线上，生成空间数据空间索引。
13.优选的，s3中具体包括：s301：获取若干个空间数据以及索引结构，其中索引结构根据需求由用户预设，索引结构包括二维索引以及三维索引；s302：根据每一所述空间数据和索引结构，建立每一所述空间数据的索引；s303：对每一所述空间数据进行降维处理，得到每一所述空间数据的索引key值；s304：判断得到每一所述空间数据的几何类型，几何类型为点和非点图形，并根据每一所述空间数据及索引key值、几何类型、索引结构，建立每一所述空间数据的索引；s305：根据每一所述每一所述空间数据及索引key值、几何类型、索引结构将所述空间数据分布式存储于数据库中优选的，s305中将所述空间数据分布式存储于数据库中具体包括：提供通用的数据多源读写接口，读写接口包括hdfs空间文件接口、分布式对象存储接口、关系型空间数据库接口、nosql数据库引擎接口；将所述空间数据通过多个接口分布式存储于数据库中。
14.优选的，若干栅格数据和若干矢量数据间的转换与叠加处理具体包括：s401：计算待转换的若干矢量数据e0的最大面积和最小面积，根据所述最大面积确定最大栅格，根据所述最小面积确定最小栅格，将所述最大栅格作为扫描基准；s402：按照扫描基准对若干所述矢量数据e0进行扫描，得到多个单元格；s403：进行单元格转换，包括点转换、线转换、多边形转换；基于扫描算法、边界代数填充算法逐栅格填充搜索，转换换成后生成于矢量数据e0所对应的转换栅格数据d1；s304：将转换若干栅格数据d1与若干栅格数据d0进行数据叠加，得到叠加后的栅格数据d2；s405：对叠加后的栅格数据d2建立索引，并根据所述叠加后的栅格数据的索引将所述叠加后的栅格数据存储于所述数据库中。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明通过使用索引将大规模空间数据分布式存储于分布式数据库中，相较于传统的集中式存储而言，能有效提高空间数据的存储效率，提高后续数据查询的速度，提高网络的响应能力，并且可以使得后续需要对空间数据进行处理时，能通过索引快速地在数
据库中查询得到相应的空间数据，从而能有效提高空间数据的处理效率，进而提高大规模空间数据的可视化效率。
16.2、本发明采用多接口分别对接不同的分布式数据库，大幅减轻集中式存储所带来的内存压力，通过格网、四叉树、hilbert等空间索引方式实现对空间单元的划分，划分后的空间单元可以进行多级多尺度的索引，以提升精细数据的查询效率。
附图说明
17.图1为本发明的方法流程框图；图2为本发明的方法流程细节图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种星图模拟的空间数据存储方法，包括步骤：s1：空间数据预划分处理，获取星图模拟系统中的若干空间数据，并对若干所述空间数据进行预划分；s2：在分布式环境中，为空间数据建立基于四叉树与hilbert曲线的空间索引；s3：索引建立及存储，对获取到的若干所述空间数据建立索引，并根据每一所述空间数据的索引将所述空间数据分布式存储于数据库中；s4：若干栅格数据和若干矢量数据间转换与叠加处理，根据数据的索引将所述处理后的数据存储于所述数据库中在本实施例中，s1中预划分是将若干空间数据划分为若干栅格数据d0和若干矢量数据e0，其中若干栅格数据d0为若干个起始时间点t0的空间属性信息栅格。
20.在本实施例中，s1中对空间数据进行划分的具体过程包括：采用空间四叉树格网对上述栅格数据进行递归切分，获得栅格数据d0；采用基于几何数据变换的方式对上述矢量数据进行划分，获得矢量数据e0，其中几何数据变换的方式是将矢量数据通过整数变换、差分变换和均值变换后，得到矢量数据。
21.在本实施例中，s2中具体包括：s201：建立分布式环境的立方体；s202：将星图模拟的空间上的某一点p投影到立方体某一面上；s203：在每一个立方体面上构建四叉树，每个四叉树单元都由一个控制点进行标识；s204：找到包含点p对应投影点的四叉树单元；s205：将该四叉树单元映射到某一级的hilbert曲线上，生成空间数据空间索引。
22.在本实施例中，s3中具体包括：s301：获取若干个空间数据以及索引结构，其中索引结构根据需求由用户预设，索
引结构包括二维索引以及三维索引；s302：根据每一所述空间数据和索引结构，建立每一所述空间数据的索引；s303：对每一所述空间数据进行降维处理，得到每一所述空间数据的索引key值；s304：判断得到每一所述空间数据的几何类型，几何类型为点和非点图形，并根据每一所述空间数据及索引key值、几何类型、索引结构，建立每一所述空间数据的索引；s305：根据每一所述每一所述空间数据及索引key值、几何类型、索引结构将所述空间数据分布式存储于数据库中在本实施例中，s305中将所述空间数据分布式存储于数据库中具体包括：提供通用的数据多源读写接口，读写接口包括hdfs空间文件接口、分布式对象存储接口、关系型空间数据库接口、nosql数据库引擎接口；将所述空间数据通过多个接口分布式存储于数据库中。
23.在本实施例中，读写接口分别对接分布式关系型数据库、mongodb、es数据库、hdfs文件系统、hbase非关系型数据库等，下面将简略的介绍上述各数据库：分布式关系型数据库，具有较完整的sql查询能力，因此适合查询大量的矢量数据。
24.mongodb是一种键值数据库，比较适合大规模的栅格切片。
25.es数据库适合存放大规模的点数据。
26.以hdfs为代表的分布式文件系统，适合存储cvs等格式的文件型数据。
27.以hbase为代表的非关系型数据库，有非常高的查询性能，适合存储需要查询显示的海量空间大数据。
28.在本实施例中，通过采用多接口分别对接不同的分布式数据库，大幅减轻集中式存储所带来的内存压力，通过格网、四叉树、hilbert等空间索引方式实现对空间单元的划分，划分后的空间单元可以进行多级多尺度的索引，以提升精细数据的查询效率。
29.在本实施例中，若干栅格数据和若干矢量数据间的转换与叠加处理具体包括：s401：计算待转换的若干矢量数据e0的最大面积和最小面积，根据所述最大面积确定最大栅格，根据所述最小面积确定最小栅格，将所述最大栅格作为扫描基准；s402：按照扫描基准对若干所述矢量数据e0进行扫描，得到多个单元格；s403：进行单元格转换，包括点转换、线转换、多边形转换；基于扫描算法、边界代数填充算法逐栅格填充搜索，转换换成后生成于矢量数据e0所对应的转换栅格数据d1；s304：将转换若干栅格数据d1与若干栅格数据d0进行数据叠加，得到叠加后的栅格数据d2；s405：对叠加后的栅格数据d2建立索引，并根据所述叠加后的栅格数据的索引将所述叠加后的栅格数据存储于所述数据库中。
30.在本实施例中，上述通过使用索引将大规模空间数据分布式存储于分布式数据库中，相较于传统的集中式存储而言，能有效提高空间数据的存储效率，提高后续数据查询的速度，提高网络的响应能力，并且可以使得后续需要对空间数据进行处理时，能通过索引快速地在数据库中查询得到相应的空间数据，从而能有效提高空间数据的处理效率，进而提高大规模空间数据的可视化效率。
31.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种星图模拟的空间数据存储方法，其特征在于，包括步骤：s1：空间数据预划分处理，获取星图模拟系统中的若干空间数据，并对若干所述空间数据进行预划分；s2：在分布式环境中，为空间数据建立基于四叉树与hilbert曲线的空间索引；s3：索引建立及存储，对获取到的若干所述空间数据建立索引，并根据每一所述空间数据的索引将所述空间数据分布式存储于数据库中；s4：若干栅格数据和若干矢量数据间转换与叠加处理，根据数据的索引将所述处理后的数据存储于所述数据库中。2.根据权利要求1所述的一种星图模拟的空间数据存储方法，其特征在于：所述s1中预划分是将若干空间数据划分为若干栅格数据d0和若干矢量数据e0，其中若干栅格数据d0为若干个起始时间点t0的空间属性信息栅格。3.根据权利要求1所述的一种星图模拟的空间数据存储方法，其特征在于：所述s1中对空间数据进行划分的具体过程包括：采用空间四叉树格网对上述栅格数据进行递归切分，获得栅格数据d0；采用基于几何数据变换的方式对上述矢量数据进行划分，获得矢量数据e0，其中几何数据变换的方式是将矢量数据通过整数变换、差分变换和均值变换后，得到矢量数据。4.根据权利要求1所述的一种星图模拟的空间数据存储方法，其特征在于：所述s2中具体包括：s201：建立分布式环境的立方体；s202：将星图模拟的空间上的某一点p投影到立方体某一面上；s203：在每一个立方体面上构建四叉树，每个四叉树单元都由一个控制点进行标识；s204：找到包含点p对应投影点的四叉树单元；s205：将该四叉树单元映射到某一级的hilbert曲线上，生成空间数据空间索引。5.根据权利要求1所述的一种星图模拟的空间数据存储方法，其特征在于：所述s3中具体包括：s301：获取若干个空间数据以及索引结构，其中索引结构根据需求由用户预设，索引结构包括二维索引以及三维索引；s302：根据每一所述空间数据和索引结构，建立每一所述空间数据的索引；s303：对每一所述空间数据进行降维处理，得到每一所述空间数据的索引key值；s304：判断得到每一所述空间数据的几何类型，几何类型为点和非点图形，并根据每一所述空间数据及索引key值、几何类型、索引结构，建立每一所述空间数据的索引；s305：根据每一所述每一所述空间数据及索引key值、几何类型、索引结构将所述空间数据分布式存储于数据库中。6.根据权利要求5所述的一种星图模拟的空间数据存储方法，其特征在于：所述s305中将所述空间数据分布式存储于数据库中具体包括：提供通用的数据多源读写接口，读写接口包括hdfs空间文件接口、分布式对象存储接口、关系型空间数据库接口、nosql数据库引擎接口；将所述空间数据通过多个接口分布式存储于数据库中。7.根据权利要求1所述的一种星图模拟的空间数据存储方法，其特征在于：所述若干栅格数据和若干矢量数据间的转换与叠加处理具体包括：
s401：计算待转换的若干矢量数据e0的最大面积和最小面积，根据所述最大面积确定最大栅格，根据所述最小面积确定最小栅格，将所述最大栅格作为扫描基准；s402：按照扫描基准对若干所述矢量数据e0进行扫描，得到多个单元格；s403：进行单元格转换，包括点转换、线转换、多边形转换；基于扫描算法、边界代数填充算法逐栅格填充搜索，转换换成后生成于矢量数据e0所对应的转换栅格数据d1；s304：将转换若干栅格数据d1与若干栅格数据d0进行数据叠加，得到叠加后的栅格数据d2；s405：对叠加后的栅格数据d2建立索引，并根据所述叠加后的栅格数据的索引将所述叠加后的栅格数据存储于所述数据库中。

技术总结
本发明公开了一种星图模拟的空间数据存储方法，包括步骤：空间数据预划分处理，获取星图模拟系统中的若干空间数据，并对若干所述空间数据进行预划分；在分布式环境中，为空间数据建立基于四叉树与Hilbert曲线的空间索引；索引建立及存储，对获取到的若干所述空间数据建立索引，并根据每一所述空间数据的索引将所述空间数据分布式存储于数据库中；若干栅格数据和若干矢量数据间转换与叠加处理，根据数据的索引将所述处理后的数据存储于所述数据库中。本发明通过使用索引将大规模空间数据分布式存储于分布式数据库中，相较于传统的集中式存储而言，能有效提高空间数据的存储效率，提高后续数据查询的速度。高后续数据查询的速度。高后续数据查询的速度。


技术研发人员：亢瑞卿 王硕 李小波 李白璐
受保护的技术使用者：北京开运联合信息技术集团股份有限公司
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/10/7