專利名稱：地理空間轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地理空間轉(zhuǎn)換方法，特別是涉及一種應(yīng)用地理信息系統(tǒng)(GIS)及衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)(GPS)作為移動載具的追蹤管理、并將空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為實際地理位置的方法。
背景技術(shù)：
通常，地理信息系統(tǒng)(Geographic Information Systems，GIS)是以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，可進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的建立、存取、分析、管理及展示的整合型系統(tǒng)，它并不屬于一種獨立的技術(shù)，可謂集計算機測繪、遙感探測、數(shù)據(jù)庫管理以及計算機輔助設(shè)計等多個領(lǐng)域的技術(shù)精華而成。其主要是以圖形方式來處理及展現(xiàn)各項空間信息，將現(xiàn)實世界的地理數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字化轉(zhuǎn)換成明確的地圖位置，儲存于數(shù)字地圖文件中，這些數(shù)字地圖以空間及屬性數(shù)據(jù)清楚地記錄各項地理位置的坐標(biāo)值與相關(guān)屬性值。
而該地理信息系統(tǒng)(GIS)常結(jié)合衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)(Global PositioningSystem，GPS)運用在載具導(dǎo)航及監(jiān)控等商業(yè)用途，利用GPS定位出所在位置后直接顯示在數(shù)字地圖上。通過該地理信息還可擴展出更多的應(yīng)用，例如路徑導(dǎo)引、尋找目的地等。在國外特別是美國及日本的GPS導(dǎo)航設(shè)備中所使用的地理信息已經(jīng)非常詳盡，從街道名稱到加油站、銀行、學(xué)校等地標(biāo)點都可以輕松尋找。
在公知技術(shù)方面，一般該GPS導(dǎo)航設(shè)備均已廣泛地應(yīng)用在車輛、飛機、船舶、甚至是個人的導(dǎo)航上，也可以單獨型式存在于數(shù)字個人助理(PDA)、手機或筆記型計算機等易于攜帶的電子產(chǎn)品中。然而由公知技術(shù)可知該GPS導(dǎo)航設(shè)備中所顯示的所在位置信息多為一經(jīng)緯度坐標(biāo)值，而這一數(shù)值并不容易讓人理解其實際的地理位置。而且GPS導(dǎo)航設(shè)備雖可將坐標(biāo)套加在數(shù)字地圖上以顯示出其相對位置，但仍需人工由地圖上逐一判讀，因此若能將坐標(biāo)值自動轉(zhuǎn)換為一較有意義的地理位置名稱(例如某交叉路口、百貨公司附近)不但便于供計算機進(jìn)行分析處理，如此也較符合一般人們的使用習(xí)慣。而一些GPS導(dǎo)航設(shè)備通常會以一矩形范圍來轉(zhuǎn)換相對應(yīng)的地理位置，雖然快又簡單，然而絕大多數(shù)的地理范圍均不是一個規(guī)則的矩形，因此常會造成錯誤的位置顯示，并不實用。
而該GIS及GPS也被應(yīng)用于車輛或車隊的追蹤及派遣管理系統(tǒng)中，但在目前現(xiàn)有的系統(tǒng)中，大多僅單純地將車輛的行進(jìn)坐標(biāo)、時間及速度等數(shù)據(jù)記錄下來，若要進(jìn)一步地從中分析其行駛路線、起止地點、經(jīng)過次數(shù)，或者判斷是否偏離路線等異常狀況，甚至是比較行駛時間、速度的變化量與位置之間的關(guān)系時，直接由這些原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析將使得處理程序過于復(fù)雜。且若每執(zhí)行一次分析就必須重新由坐標(biāo)逐一去判斷所在位置勢必浪費大量的運算時間，造成系統(tǒng)主機的負(fù)載過重。

發(fā)明內(nèi)容
由上，本申請為解決上述現(xiàn)有GPS導(dǎo)航設(shè)備及追蹤、派遣管理系統(tǒng)所具有的不便與缺陷，而提出一種地理空間轉(zhuǎn)換方法，可將空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為實際的地理位置，并可廣泛地應(yīng)用在其它GIS與GPS相關(guān)的系統(tǒng)上，其設(shè)計合理且能有效善上述缺陷。
本發(fā)明主要目的是提供一種在移動載具追蹤管理系統(tǒng)中能主動提供移動載具(車輛或車隊)正確地理位置的文字信息，可讓管理系統(tǒng)自動進(jìn)行載具行為偵測及異常狀況的分析的地理空間轉(zhuǎn)換方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的主要技術(shù)特征在于提供一種地理空間轉(zhuǎn)換方法，在該方法中具有一空間信息，其方法為前置分割該空間信息成多個圓形、矩形或不規(guī)則多邊形的地理位置，并轉(zhuǎn)換該地理位置的頂點的地理坐標(biāo)值，以建立一地理位置數(shù)據(jù)表，其內(nèi)包含地理位置代碼、地理位置名稱、多個頂點的地理坐標(biāo)值及地理位置的優(yōu)先順序；接著再動態(tài)接收至少一點位的坐標(biāo)值，以判斷該點位是否位在某一地理位置中；最后以文字或語音配合地圖影像方式展現(xiàn)該點位相對于該地理位置的空間信息，該地理位置可為自訂點位、交流道、收費站、休息站、國道里程、省道里程、縣道里程、街道、巷弄、交叉路口、加油站、政府機關(guān)、學(xué)校、建筑物、著名商店、旅游景點，或縣、市、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、村、里界。因所有空間信息均已前置處理分割成可相互重疊、相交或相鄰的地理位置區(qū)域，因此管理系統(tǒng)可快速地分析該點位的移動路線、方向、位置或異常狀況情形，并達(dá)成以文字或語音形式來正確顯示該點位的地理位置信息的功效。
本發(fā)明的另一技術(shù)特征在于提供上述地理空間轉(zhuǎn)換方法，其中判斷該點位是否位于某一地理位置中的判斷方法，首先由該移動載具的坐標(biāo)值向任一方向延伸出一直線，計算該直線與該地理位置的各邊界的交點數(shù)，若為奇數(shù)則該移動載具位于該地理位置中，若為偶數(shù)則該移動載具位于該地理位置外，最后取優(yōu)先級最高的地理位置以作為該移動載具所在的地理位置并記錄該地理位置代碼，以達(dá)成提供系統(tǒng)自動分析的功效。
上述判斷該點位是位于哪一地理位置范圍內(nèi)的步驟，還包括該直線延伸的方向可視地理位置分布情形選擇向數(shù)據(jù)較少的一方水平或垂直延伸；以地理位置各邊界頂點的坐標(biāo)值與所代入點位的坐標(biāo)值作快速對比，篩選掉兩頂點間不包含該代入點位的邊界，以減少判斷該直線與地理位置各邊界是否相交的次數(shù)。


圖1為本發(fā)明較佳實施例的架構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的管理系統(tǒng)方塊示意圖；圖3為本發(fā)明實施例顯示的應(yīng)用畫面示意圖；圖4為本發(fā)明的流程示意圖；圖5為本發(fā)明判斷移動載具位置的第一范例圖；圖6為本發(fā)明判斷移動載具位置的第二范例圖；圖7為本發(fā)明計算兩線段交點坐標(biāo)的第一范例圖；以及圖8為本發(fā)明計算兩線段交點坐標(biāo)的第二范例圖。
圖中標(biāo)號1管理系統(tǒng)2移動載具3全球定位系統(tǒng)(GPS)11 通訊模塊
12前置處理模塊13信息發(fā)布模塊14數(shù)據(jù)儲存模塊15顯示模塊具體實施方式
為了使能更進(jìn)一步了解本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)、手段及功效，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖，相信本發(fā)明的目的、特征與特點，當(dāng)可由此得一深入且具體的了解，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。
首先本發(fā)明以一追蹤管理系統(tǒng)作為本發(fā)明地理空間轉(zhuǎn)換方法的實施例，以說明本發(fā)明的實現(xiàn)方式，請參閱圖1所示，為一追蹤管理系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖。而圖2為該追蹤管理系統(tǒng)的方塊示意圖。將本發(fā)明應(yīng)用于一移動載具的追蹤管理系統(tǒng)1中時，其移動載具2必需要配置有全球定位系統(tǒng)(GPS)3，如衛(wèi)星定位系統(tǒng)31、移動電話基站定位系統(tǒng)32等，而該移動載具2可以為車輛，如汽車、機車、電車、火車或飛行器具…等等可載運人或物品的移動載具，也可以為獨立裝置，如個人數(shù)字助理(PDA)、手機、掌上型計算機或可攜式計算機…等等，在該全球定位系統(tǒng)(GPS)3中具有一可顯示地圖影像的地理信息，可應(yīng)用一地理信息系統(tǒng)(GIS)4來展現(xiàn)該地圖影像。
在追蹤管理系統(tǒng)1中可分為至少一通訊模塊11、一前置處理模塊12、一信息發(fā)布模塊13、至少一數(shù)據(jù)儲存模塊14及至少一顯示模塊15，每一模塊可分工獨立作業(yè)，并可依需求增加、減少或抽換其中任一模塊，且可將所有模塊集合在同一系統(tǒng)平臺，或分散成多個不同的系統(tǒng)平臺，以增加系統(tǒng)的反應(yīng)處理度，分散系統(tǒng)死機時的風(fēng)險。
其中該通訊模塊11主要負(fù)責(zé)利用該全球定位系統(tǒng)(GPS)對該移動載具2所在位置的地理坐標(biāo)值作相關(guān)信息的接收或傳送。而該前置處理模塊12主要負(fù)責(zé)處理該移動載具2所回傳所在位置的地理坐標(biāo)值數(shù)據(jù)，并預(yù)先進(jìn)行該地圖影像的前置分割處理及地標(biāo)位置的前置定義處理，以便在接收到該移動載具2時，即可立即分析轉(zhuǎn)換成一般口語化的文字信息，以避免后續(xù)的重復(fù)處理。
如圖3中可在地圖影像上顯示第0239號車，車牌XO-383所在位置，或在車輛實時動態(tài)以及歷史記錄清單中上顯示該移動載具2所在位置的文字信息如云林縣土庫鎮(zhèn)以時速19公里的速度向南行駛。該前置處理模塊12也可根據(jù)各種事先建立的規(guī)則判斷該移動載具2的異常行為，如超速、超時停留、行進(jìn)路線錯誤等等，也可依交通狀況通知該移動載具2較佳的行進(jìn)路線。
其中該信息發(fā)布模塊13主要針對該前置處理模塊12處理完成的數(shù)據(jù)以觸發(fā)(Trigger)的方式主動傳送給該顯示模塊15。而該數(shù)據(jù)儲存模塊14主要負(fù)責(zé)儲存所有該移動載具2的地理坐標(biāo)值、時速、方向等行進(jìn)記錄及各地標(biāo)位置的停留時間及行進(jìn)路線等相關(guān)數(shù)據(jù)。而該顯示模塊15主要負(fù)責(zé)該地圖影像及該移動載具的相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示。
請參閱圖4所示，為本發(fā)明的流程示意圖。本發(fā)明地理空間轉(zhuǎn)換方法主要包括下列步驟步驟101首先本發(fā)明將該地圖影像的空間信息預(yù)先作一些區(qū)域分割的轉(zhuǎn)換后，將有助于后續(xù)分析的進(jìn)行，即依各個區(qū)域所代表的多個地理位置分割成大小不一的矩形或不規(guī)則多邊形等。而該地理位置可以為任意地點，如自訂點位、交流道、收費站、休息站、國道里程、省道里程、縣道里程、街道、巷弄、交叉路口、加油站、政府機關(guān)、學(xué)校、建筑物、著名商店、旅游景點，或縣、市、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、村、里界…等等。
步驟102接著定義該地理位置的代碼、名稱或優(yōu)先級，以及該地理位置的多邊形范圍；而該范圍可相互重疊、相交或相鄰。如學(xué)校的地理位置范圍必包含于縣、市的地理位置范圍，而道路的相交必包含有一交叉路口，國道高速公路里程的邊界線則必重疊穿越多個縣、市的地理位置范圍…等等。
步驟103將該空間信息中的地理位置定義完成后，即可將該地理位置范圍的多邊形頂點轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)值，并建立一地理位置數(shù)據(jù)表，包含地理位置代碼、地理位置名稱及多個頂點的地理坐標(biāo)值。另外其優(yōu)先級可隱含于代碼中。如下表1所示即為一地理位置列表的應(yīng)用范例

步驟104動態(tài)接收并代入一需判斷地理位置的點位2，再判斷該點位2是位于哪一地理位置中。該點位2由一地理坐標(biāo)值所構(gòu)成，可為動態(tài)接收一使用全球定位系統(tǒng)(GPS)的移動載具的位置，或由其它系統(tǒng)所傳入需判斷地理位置的點位。
而判斷該點位2是位于任一地理位置中的方法，是由該點位2的坐標(biāo)值向任一方向延伸出一直線，計算該直線與該地理位置各邊界的交點數(shù)，若為奇數(shù)則該點位2位于該地理位置中，若為偶數(shù)則該點位2位于該地理位置外。如圖5所示的范例，其中分別由P、Q兩點向任一方向延伸一條直線，而P點與該地理位置的三個邊界相交，故P點在該地理位置中，而Q點與該地理位置的兩個邊界相交，故Q點在該地理位置外。
本發(fā)明也針對提高系統(tǒng)的計算效率而設(shè)計出下列規(guī)則1.首先沿著X軸水平延伸，或沿著Y軸垂直延伸一直線，可簡化計算與該地理位置邊界交點數(shù)的數(shù)學(xué)函數(shù)；2.再由該移動載具位置較靠該地理位置中的上、下、左、右側(cè)來決定該直線所延伸的方向，以減少計算的次數(shù)；及3.計算該直線是否與該地理位置的邊界相交，可直接先以其坐標(biāo)值對比，將大部分落在范圍外的該地理位置快速篩選掉后，再針對范圍內(nèi)的地理位置逐一以數(shù)學(xué)函數(shù)計算是否相交。
如圖6的范例所示，該點位2分別以P點(圖中所取為P1、P2、P3、P4點)作一垂直向上延伸的直線為例，線段AB為所要判斷的地理位置的其中一個邊界，而該線段AB的四角坐標(biāo)可將整個范圍劃分為4個區(qū)域，其中a.若P點的x坐標(biāo)不在線段AB的左右坐標(biāo)x1，x2之間(第1區(qū))，如P1點所示，則兩線段必定不相交；b.若P點的y坐標(biāo)大于線段AB的上坐標(biāo)y2(第2區(qū))，如P2點所示，則兩線段必定不相交；c.若P點的y坐標(biāo)小于線段AB的下坐標(biāo)y1(第3區(qū))，如P3點所示，則兩線段必定相交；d.最后若P點位于第4區(qū)，如P4點所示，則必須以數(shù)學(xué)函數(shù)個別計算兩線段是否相交；及e.例外處理(1)若P點的延伸線段剛好切過多邊形的端點時同時接觸到兩個邊，交點計兩次；(2)兩線段重疊時其交點計兩次；及(3)若P點的延伸線段剛好穿過多邊形的端點時雖同時接觸到兩個邊，但交點只計一次。
其中該數(shù)學(xué)函數(shù)的計算只利用該地理位置每個邊界的兩頂點坐標(biāo)及該移動載具P點的坐標(biāo)來計算，其方法有二1.計算AP及AB兩點間的斜率(計算簡便，但易受小數(shù)字精確度影響故僅適用于面積較小的多邊形)a.若相同表示P點位于線段AB上；b.若AP斜率小于AB則表示P點位于線段AB下方，兩線段有相交；及c.若AP斜率大于AB則表示P點位于線段AB上方，兩線段無相交。
2.計算兩線段交點坐標(biāo)(計算費時但較精確)，如圖7所示 以 取代tan1， 取代tan2，則上述公式簡化可得
XP=(XB-XA){(YD-YC)XC-(XD-XC)YC}-(XD-XC){(YB-YA)XA-(XB-XA)YA}(XB-XA)(YD-YC)-(XD-XC)(YB-YA)]]>YP=(YB-YA){(YD-YC)XC-(XD-XC)YC}-(YD-YC){(YB-YA)XA-(XB-XA)YA}(XB-XA)(YD-YC)-(XD-XC)(YB-YA)]]>若以Y軸向上垂直延伸，如圖8所示，則上述公式可再簡化為XP=(XB-XA){(YD-YC)XC}(XB-XA)(YD-YC)]]>YP=(YB-YA){(YD-YC)XC}-(YD-YC){(YB-YA)XA-(XB-XA)YA}(XB-XA)(YD-YC)]]>a.若P點坐標(biāo)與C點相同則表示P點位于線段AB上；b.若P點y坐標(biāo)小于C點y坐標(biāo)則表示P點位于線段AB上方，兩線段無相交；c.若P點y坐標(biāo)大于C點y坐標(biāo)則表示P點位于線段AB下方，兩線段有相交。
步驟105最后將符合的地理位置依其優(yōu)先級取一最優(yōu)先者，作為該點位2所在地理位置中的名稱或代碼并記錄于該儲存模塊14中，并在該顯示模塊15中以文字或語音等方式展現(xiàn)該點位2相對于該地理位置的空間信息。例如以文字方式顯示該點位2位于最接近的地理位置的代碼、名稱、里程數(shù)等相關(guān)信息。
但是，上述所公開的附圖、說明，僅為本發(fā)明的實施例而已，凡熟悉該項技術(shù)的普通技術(shù)人員依據(jù)上述說明作的其它種種改進(jìn)仍屬于本發(fā)明的發(fā)明精神專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種地理空間轉(zhuǎn)換方法，用以處理一空間信息，其中包括下述步驟分割該空間信息成多個地理位置；轉(zhuǎn)換該地理位置以建立一數(shù)據(jù)表；代入一點位；判斷該點位落在哪一地理位置的范圍內(nèi)；及展現(xiàn)該點位所對應(yīng)的地理位置名稱。
2.如權(quán)利要求1所述的地理空間轉(zhuǎn)換方法，其中該空間信息為一數(shù)字地圖影像，并應(yīng)用一地理信息系統(tǒng)來展現(xiàn)該數(shù)字地圖影像。
3.如權(quán)利要求1所述的地理空間轉(zhuǎn)換方法，其中該地理位置為一圓形、一矩形或一任意形狀的多邊形所構(gòu)成的范圍。
4.如權(quán)利要求1所述的地理空間轉(zhuǎn)換方法，其中該地理位置可為自訂點位、交流道、收費站、休息站、國道里程、省道里程、縣道里程、街道、巷弄、交叉路口、加油站、政府機關(guān)、學(xué)校、建筑物、著名商店、旅游景點，或縣、市、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、村、里界。
5.如權(quán)利要求1所述的地理空間轉(zhuǎn)換方法，其中分割該空間信息成多個地理位置的步驟后還包括定義該地理位置的代碼及名稱；及定義該地理位置范圍頂點的坐標(biāo)值。
6.如權(quán)利要求5所述的地理空間轉(zhuǎn)換方法，其中該頂點及頂點所構(gòu)成的邊界線或邊界面可相互重疊、相交或相鄰。
7.如權(quán)利要求1所述的地理空間轉(zhuǎn)換方法，其中轉(zhuǎn)換該地理位置的步驟后還包括下列步驟建立一地理位置數(shù)據(jù)表，包含地理位置代碼、地理位置名稱及地理位置范圍頂點的坐標(biāo)值；及建立地理位置的優(yōu)先級。
8.如權(quán)利要求1所述的地理空間轉(zhuǎn)換方法，其中所代入的點位可為使用全球定位系統(tǒng)來提供一移動載具所在位置的坐標(biāo)值，或其它需作地理空間轉(zhuǎn)換的點位。
9.如權(quán)利要求1所述的地理空間轉(zhuǎn)換方法，其中判斷該點位是落在哪一地理位置范圍內(nèi)的步驟中，還包括下列步驟由所代入點位的坐標(biāo)值向任一方向延伸出一直線；計算該直線與該地理位置的各邊界的交點數(shù)，若為奇數(shù)則該點位落在該地理位置范圍內(nèi)，若為偶數(shù)則該點位落在該地理位置范圍外；將范圍內(nèi)的地理位置依其優(yōu)先級取最優(yōu)先者；及傳回該點位所在地理位置中的名稱或代碼。
10.如權(quán)利要求9所述的地理空間轉(zhuǎn)換方法，其中判斷該點位是落在哪一地理位置范圍內(nèi)的步驟中，還包括該直線延伸的方向可視地理位置分布情形選擇向數(shù)據(jù)較少的一方水平或垂直延伸；以地理位置各邊界頂點的坐標(biāo)值與所代入點位的坐標(biāo)值作快速對比，篩選掉兩頂點間不包含該代入點位的邊界，以減少判斷該直線與地理位置各邊界是否相交的次數(shù)。
11.如權(quán)利要求1所述的地理空間轉(zhuǎn)換方法，其中展現(xiàn)該點位的步驟中，可以文字、語音或其它形式來展現(xiàn)該點位所對應(yīng)的地理位置名稱。
全文摘要
一種地理空間轉(zhuǎn)換方法，用以處理一空間信息，該方法先以前置處理分割該空間信息成多個地理位置，并轉(zhuǎn)換該地理位置的頂點的坐標(biāo)值，以建立一地理位置數(shù)據(jù)表，其內(nèi)包含地理位置代碼、地理位置名稱及地理位置頂點的坐標(biāo)值；接著再代入一點位，并判斷該點位是落在那一地理位置的范圍內(nèi)；最后以文字或語音等方式展現(xiàn)該點位所對應(yīng)的地理位置，以達(dá)成用文字、語音或其它形式來代替圖形正確展現(xiàn)該點位的地理位置信息的目的。
文檔編號G01C21/26GK1712898SQ20041006183
公開日2005年12月28日 申請日期2004年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月25日
發(fā)明者陳章毅, 周天穎, 穆青云 申請人:私立逢甲大學(xué)