专利名称：地理空间转换方法
技术领域：
本发明涉及一种地理空间转换方法，特别是涉及一种应用地理信息系统(GIS)及卫星全球定位系统(GPS)作为移动载具的追踪管理、并将空间坐标转换为实际地理位置的方法。
背景技术：
通常，地理信息系统(Geographic Information Systems，GIS)是以信息技术为基础，可进行空间数据的建立、存取、分析、管理及展示的整合型系统，它并不属于一种独立的技术，可谓集计算机测绘、遥感探测、数据库管理以及计算机辅助设计等多个领域的技术精华而成。其主要是以图形方式来处理及展现各项空间信息，将现实世界的地理数据经过数字化转换成明确的地图位置，储存于数字地图文件中，这些数字地图以空间及属性数据清楚地记录各项地理位置的坐标值与相关属性值。
而该地理信息系统(GIS)常结合卫星全球定位系统(Global PositioningSystem，GPS)运用在载具导航及监控等商业用途，利用GPS定位出所在位置后直接显示在数字地图上。通过该地理信息还可扩展出更多的应用，例如路径导引、寻找目的地等。在国外特别是美国及日本的GPS导航设备中所使用的地理信息已经非常详尽，从街道名称到加油站、银行、学校等地标点都可以轻松寻找。
在公知技术方面，一般该GPS导航设备均已广泛地应用在车辆、飞机、船舶、甚至是个人的导航上，也可以单独型式存在于数字个人助理(PDA)、手机或笔记型计算机等易于携带的电子产品中。然而由公知技术可知该GPS导航设备中所显示的所在位置信息多为一经纬度坐标值，而这一数值并不容易让人理解其实际的地理位置。而且GPS导航设备虽可将坐标套加在数字地图上以显示出其相对位置，但仍需人工由地图上逐一判读，因此若能将坐标值自动转换为一较有意义的地理位置名称(例如某交叉路口、百货公司附近)不但便于供计算机进行分析处理，如此也较符合一般人们的使用习惯。而一些GPS导航设备通常会以一矩形范围来转换相对应的地理位置，虽然快又简单，然而绝大多数的地理范围均不是一个规则的矩形，因此常会造成错误的位置显示，并不实用。
而该GIS及GPS也被应用于车辆或车队的追踪及派遣管理系统中，但在目前现有的系统中，大多仅单纯地将车辆的行进坐标、时间及速度等数据记录下来，若要进一步地从中分析其行驶路线、起止地点、经过次数，或者判断是否偏离路线等异常状况，甚至是比较行驶时间、速度的变化量与位置之间的关系时，直接由这些原始坐标数据来进行分析将使得处理程序过于复杂。且若每执行一次分析就必须重新由坐标逐一去判断所在位置势必浪费大量的运算时间，造成系统主机的负载过重。
发明内容
由上，本申请为解决上述现有GPS导航设备及追踪、派遣管理系统所具有的不便与缺陷，而提出一种地理空间转换方法，可将空间坐标转换为实际的地理位置，并可广泛地应用在其它GIS与GPS相关的系统上，其设计合理且能有效善上述缺陷。
本发明主要目的是提供一种在移动载具追踪管理系统中能主动提供移动载具(车辆或车队)正确地理位置的文字信息，可让管理系统自动进行载具行为侦测及异常状况的分析的地理空间转换方法。
为达到上述目的，本发明的主要技术特征在于提供一种地理空间转换方法，在该方法中具有一空间信息，其方法为前置分割该空间信息成多个圆形、矩形或不规则多边形的地理位置，并转换该地理位置的顶点的地理坐标值，以建立一地理位置数据表，其内包含地理位置代码、地理位置名称、多个顶点的地理坐标值及地理位置的优先顺序；接着再动态接收至少一点位的坐标值，以判断该点位是否位在某一地理位置中；最后以文字或语音配合地图影像方式展现该点位相对于该地理位置的空间信息，该地理位置可为自订点位、交流道、收费站、休息站、国道里程、省道里程、县道里程、街道、巷弄、交叉路口、加油站、政府机关、学校、建筑物、著名商店、旅游景点，或县、市、乡、镇、村、里界。因所有空间信息均已前置处理分割成可相互重叠、相交或相邻的地理位置区域，因此管理系统可快速地分析该点位的移动路线、方向、位置或异常状况情形，并达成以文字或语音形式来正确显示该点位的地理位置信息的功效。
本发明的另一技术特征在于提供上述地理空间转换方法，其中判断该点位是否位于某一地理位置中的判断方法，首先由该移动载具的坐标值向任一方向延伸出一直线，计算该直线与该地理位置的各边界的交点数，若为奇数则该移动载具位于该地理位置中，若为偶数则该移动载具位于该地理位置外，最后取优先级最高的地理位置以作为该移动载具所在的地理位置并记录该地理位置代码，以达成提供系统自动分析的功效。
上述判断该点位是位于哪一地理位置范围内的步骤，还包括该直线延伸的方向可视地理位置分布情形选择向数据较少的一方水平或垂直延伸；以地理位置各边界顶点的坐标值与所代入点位的坐标值作快速对比，筛选掉两顶点间不包含该代入点位的边界，以减少判断该直线与地理位置各边界是否相交的次数。
图1为本发明较佳实施例的架构示意图；图2为本发明的管理系统方块示意图；图3为本发明实施例显示的应用画面示意图；图4为本发明的流程示意图；图5为本发明判断移动载具位置的第一范例图；图6为本发明判断移动载具位置的第二范例图；图7为本发明计算两线段交点坐标的第一范例图；以及图8为本发明计算两线段交点坐标的第二范例图。
图中标号1管理系统2移动载具3全球定位系统(GPS)11 通讯模块
12前置处理模块13信息发布模块14数据储存模块15显示模块具体实施方式
为了使能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
首先本发明以一追踪管理系统作为本发明地理空间转换方法的实施例，以说明本发明的实现方式，请参阅图1所示，为一追踪管理系统的架构示意图。而图2为该追踪管理系统的方块示意图。将本发明应用于一移动载具的追踪管理系统1中时，其移动载具2必需要配置有全球定位系统(GPS)3，如卫星定位系统31、移动电话基站定位系统32等，而该移动载具2可以为车辆，如汽车、机车、电车、火车或飞行器具…等等可载运人或物品的移动载具，也可以为独立装置，如个人数字助理(PDA)、手机、掌上型计算机或可携式计算机…等等，在该全球定位系统(GPS)3中具有一可显示地图影像的地理信息，可应用一地理信息系统(GIS)4来展现该地图影像。
在追踪管理系统1中可分为至少一通讯模块11、一前置处理模块12、一信息发布模块13、至少一数据储存模块14及至少一显示模块15，每一模块可分工独立作业，并可依需求增加、减少或抽换其中任一模块，且可将所有模块集合在同一系统平台，或分散成多个不同的系统平台，以增加系统的反应处理度，分散系统死机时的风险。
其中该通讯模块11主要负责利用该全球定位系统(GPS)对该移动载具2所在位置的地理坐标值作相关信息的接收或传送。而该前置处理模块12主要负责处理该移动载具2所回传所在位置的地理坐标值数据，并预先进行该地图影像的前置分割处理及地标位置的前置定义处理，以便在接收到该移动载具2时，即可立即分析转换成一般口语化的文字信息，以避免后续的重复处理。
如图3中可在地图影像上显示第0239号车，车牌XO-383所在位置，或在车辆实时动态以及历史记录清单中上显示该移动载具2所在位置的文字信息如云林县土库镇以时速19公里的速度向南行驶。该前置处理模块12也可根据各种事先建立的规则判断该移动载具2的异常行为，如超速、超时停留、行进路线错误等等，也可依交通状况通知该移动载具2较佳的行进路线。
其中该信息发布模块13主要针对该前置处理模块12处理完成的数据以触发(Trigger)的方式主动传送给该显示模块15。而该数据储存模块14主要负责储存所有该移动载具2的地理坐标值、时速、方向等行进记录及各地标位置的停留时间及行进路线等相关数据。而该显示模块15主要负责该地图影像及该移动载具的相关数据的显示。
请参阅图4所示，为本发明的流程示意图。本发明地理空间转换方法主要包括下列步骤步骤101首先本发明将该地图影像的空间信息预先作一些区域分割的转换后，将有助于后续分析的进行，即依各个区域所代表的多个地理位置分割成大小不一的矩形或不规则多边形等。而该地理位置可以为任意地点，如自订点位、交流道、收费站、休息站、国道里程、省道里程、县道里程、街道、巷弄、交叉路口、加油站、政府机关、学校、建筑物、著名商店、旅游景点，或县、市、乡、镇、村、里界…等等。
步骤102接着定义该地理位置的代码、名称或优先级，以及该地理位置的多边形范围；而该范围可相互重叠、相交或相邻。如学校的地理位置范围必包含于县、市的地理位置范围，而道路的相交必包含有一交叉路口，国道高速公路里程的边界线则必重叠穿越多个县、市的地理位置范围…等等。
步骤103将该空间信息中的地理位置定义完成后，即可将该地理位置范围的多边形顶点转换为地理坐标值，并建立一地理位置数据表，包含地理位置代码、地理位置名称及多个顶点的地理坐标值。另外其优先级可隐含于代码中。如下表1所示即为一地理位置列表的应用范例
步骤104动态接收并代入一需判断地理位置的点位2，再判断该点位2是位于哪一地理位置中。该点位2由一地理坐标值所构成，可为动态接收一使用全球定位系统(GPS)的移动载具的位置，或由其它系统所传入需判断地理位置的点位。
而判断该点位2是位于任一地理位置中的方法，是由该点位2的坐标值向任一方向延伸出一直线，计算该直线与该地理位置各边界的交点数，若为奇数则该点位2位于该地理位置中，若为偶数则该点位2位于该地理位置外。如图5所示的范例，其中分别由P、Q两点向任一方向延伸一条直线，而P点与该地理位置的三个边界相交，故P点在该地理位置中，而Q点与该地理位置的两个边界相交，故Q点在该地理位置外。
本发明也针对提高系统的计算效率而设计出下列规则1.首先沿着X轴水平延伸，或沿着Y轴垂直延伸一直线，可简化计算与该地理位置边界交点数的数学函数；2.再由该移动载具位置较靠该地理位置中的上、下、左、右侧来决定该直线所延伸的方向，以减少计算的次数；及3.计算该直线是否与该地理位置的边界相交，可直接先以其坐标值对比，将大部分落在范围外的该地理位置快速筛选掉后，再针对范围内的地理位置逐一以数学函数计算是否相交。
如图6的范例所示，该点位2分别以P点(图中所取为P1、P2、P3、P4点)作一垂直向上延伸的直线为例，线段AB为所要判断的地理位置的其中一个边界，而该线段AB的四角坐标可将整个范围划分为4个区域，其中a.若P点的x坐标不在线段AB的左右坐标x1，x2之间(第1区)，如P1点所示，则两线段必定不相交；b.若P点的y坐标大于线段AB的上坐标y2(第2区)，如P2点所示，则两线段必定不相交；c.若P点的y坐标小于线段AB的下坐标y1(第3区)，如P3点所示，则两线段必定相交；d.最后若P点位于第4区，如P4点所示，则必须以数学函数个别计算两线段是否相交；及e.例外处理(1)若P点的延伸线段刚好切过多边形的端点时同时接触到两个边，交点计两次；(2)两线段重叠时其交点计两次；及(3)若P点的延伸线段刚好穿过多边形的端点时虽同时接触到两个边，但交点只计一次。
其中该数学函数的计算只利用该地理位置每个边界的两顶点坐标及该移动载具P点的坐标来计算，其方法有二1.计算AP及AB两点间的斜率(计算简便，但易受小数字精确度影响故仅适用于面积较小的多边形)a.若相同表示P点位于线段AB上；b.若AP斜率小于AB则表示P点位于线段AB下方，两线段有相交；及c.若AP斜率大于AB则表示P点位于线段AB上方，两线段无相交。
2.计算两线段交点坐标(计算费时但较精确)，如图7所示 以 取代tan1， 取代tan2，则上述公式简化可得
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轴向上垂直延伸，如图8所示，则上述公式可再简化为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点坐标与C点相同则表示P点位于线段AB上；b.若P点y坐标小于C点y坐标则表示P点位于线段AB上方，两线段无相交；c.若P点y坐标大于C点y坐标则表示P点位于线段AB下方，两线段有相交。
步骤105最后将符合的地理位置依其优先级取一最优先者，作为该点位2所在地理位置中的名称或代码并记录于该储存模块14中，并在该显示模块15中以文字或语音等方式展现该点位2相对于该地理位置的空间信息。例如以文字方式显示该点位2位于最接近的地理位置的代码、名称、里程数等相关信息。
但是，上述所公开的附图、说明，仅为本发明的实施例而已，凡熟悉该项技术的普通技术人员依据上述说明作的其它种种改进仍属于本发明的发明精神专利范围中。
权利要求
1.一种地理空间转换方法，用以处理一空间信息，其中包括下述步骤分割该空间信息成多个地理位置；转换该地理位置以建立一数据表；代入一点位；判断该点位落在哪一地理位置的范围内；及展现该点位所对应的地理位置名称。
2.如权利要求1所述的地理空间转换方法，其中该空间信息为一数字地图影像，并应用一地理信息系统来展现该数字地图影像。
3.如权利要求1所述的地理空间转换方法，其中该地理位置为一圆形、一矩形或一任意形状的多边形所构成的范围。
4.如权利要求1所述的地理空间转换方法，其中该地理位置可为自订点位、交流道、收费站、休息站、国道里程、省道里程、县道里程、街道、巷弄、交叉路口、加油站、政府机关、学校、建筑物、著名商店、旅游景点，或县、市、乡、镇、村、里界。
5.如权利要求1所述的地理空间转换方法，其中分割该空间信息成多个地理位置的步骤后还包括定义该地理位置的代码及名称；及定义该地理位置范围顶点的坐标值。
6.如权利要求5所述的地理空间转换方法，其中该顶点及顶点所构成的边界线或边界面可相互重叠、相交或相邻。
7.如权利要求1所述的地理空间转换方法，其中转换该地理位置的步骤后还包括下列步骤建立一地理位置数据表，包含地理位置代码、地理位置名称及地理位置范围顶点的坐标值；及建立地理位置的优先级。
8.如权利要求1所述的地理空间转换方法，其中所代入的点位可为使用全球定位系统来提供一移动载具所在位置的坐标值，或其它需作地理空间转换的点位。
9.如权利要求1所述的地理空间转换方法，其中判断该点位是落在哪一地理位置范围内的步骤中，还包括下列步骤由所代入点位的坐标值向任一方向延伸出一直线；计算该直线与该地理位置的各边界的交点数，若为奇数则该点位落在该地理位置范围内，若为偶数则该点位落在该地理位置范围外；将范围内的地理位置依其优先级取最优先者；及传回该点位所在地理位置中的名称或代码。
10.如权利要求9所述的地理空间转换方法，其中判断该点位是落在哪一地理位置范围内的步骤中，还包括该直线延伸的方向可视地理位置分布情形选择向数据较少的一方水平或垂直延伸；以地理位置各边界顶点的坐标值与所代入点位的坐标值作快速对比，筛选掉两顶点间不包含该代入点位的边界，以减少判断该直线与地理位置各边界是否相交的次数。
11.如权利要求1所述的地理空间转换方法，其中展现该点位的步骤中，可以文字、语音或其它形式来展现该点位所对应的地理位置名称。
全文摘要
一种地理空间转换方法，用以处理一空间信息，该方法先以前置处理分割该空间信息成多个地理位置，并转换该地理位置的顶点的坐标值，以建立一地理位置数据表，其内包含地理位置代码、地理位置名称及地理位置顶点的坐标值；接着再代入一点位，并判断该点位是落在那一地理位置的范围内；最后以文字或语音等方式展现该点位所对应的地理位置，以达成用文字、语音或其它形式来代替图形正确展现该点位的地理位置信息的目的。
文档编号G01C21/26GK1712898SQ20041006183
公开日2005年12月28日 申请日期2004年6月25日 优先权日2004年6月25日
发明者陈章毅, 周天颖, 穆青云 申请人:私立逢甲大学