專利名稱：一種在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維地形特征的的選取方法，尤其是一種在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法。
背景技術(shù)：
三維地形特征點(diǎn)是指一些決定地形整體輪廓、地形起伏以及走向趨勢(shì)的特殊點(diǎn)，從數(shù)學(xué)角度講是用三維坐標(biāo)決定地形二維曲面的采樣點(diǎn)。這些地形特征點(diǎn)一旦確定，整個(gè)描述地形的二維曲面的輪廓、起伏、走向即可大致確定，所以它們?cè)诘匦伪硎痉矫嬗兄鴺O其重要的作用。三維地形特征點(diǎn)主要包括山頂點(diǎn)、凹陷點(diǎn)、山脊點(diǎn)、山谷點(diǎn)、鞍部點(diǎn)、水體范圍點(diǎn)。其中，山頂點(diǎn)是指在局部區(qū)域高程極大值點(diǎn)，表現(xiàn)為各方向上都為凸起；凹陷點(diǎn)是指在局部 區(qū)域內(nèi)高程極小值點(diǎn)，表現(xiàn)為各方向上都凹陷；山脊點(diǎn)只兩個(gè)相互正交的方向桑，一個(gè)方向凸起，另一個(gè)方向沒有凹凸性變化的點(diǎn)，也稱分水線上的點(diǎn)；山谷點(diǎn)是指在兩個(gè)相互正交的方向上，一個(gè)方向凹陷，而另一個(gè)方向沒有凹凸性變化的點(diǎn)，也稱匯水線上的點(diǎn)；鞍部點(diǎn)是指兩個(gè)相互正交的方向上，一個(gè)方向凸起，另一個(gè)方向凹陷的點(diǎn)；水體范圍點(diǎn)則是指單線河流、雙線河流、以及面狀水體的輪廓結(jié)構(gòu)點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)三維地形的精細(xì)表示有著至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)有的方法中，三維地形特征點(diǎn)的提取主要有三種基于規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)(DEM的地形特征點(diǎn)提取、基于等高線數(shù)據(jù)的地形特征提取和基于TIN的地形特征提取。其中基于規(guī)則格網(wǎng)的地形特征提取主要有地形斷面極值法和基于地表流水模擬方法。地形斷面極值法是采用計(jì)算地形斷面找出高程極值點(diǎn)的辦法，通常指采用兩個(gè)正交方向上的地形斷面，因此會(huì)丟失某些方向上的特征點(diǎn)；基于地表水流模擬方法存在處于地形高出的山谷線上的點(diǎn)因匯水量小而被遺忘，地形低處點(diǎn)因?yàn)閰R水量大而被誤判為山谷上的點(diǎn)得缺陷?；诘雀呔€數(shù)據(jù)的地形特征提取則主要是等高線曲率判別法和等高線骨架化法。等高線曲率判別法是從數(shù)字化等高線數(shù)據(jù)中提取特征點(diǎn)，該方法在提取地形特征點(diǎn)時(shí)，先計(jì)算每條等高線上離散點(diǎn)的曲率，然后將曲率絕對(duì)值大于某一閾值的點(diǎn)選擇出來作為地形特征點(diǎn)，該方法忽略了每條等高線自身變化規(guī)律，當(dāng)閾值選擇較大時(shí)候，會(huì)丟失許多地形特征線上的點(diǎn)，當(dāng)閾值選擇較小時(shí)，會(huì)將本來不是地形特征線上的點(diǎn)誤認(rèn)為是地形特征點(diǎn)，而且在地形破碎地區(qū)或等高線不光滑區(qū)域，地形特征的提取將十分困難；等高線骨架化法實(shí)際上是將地形特征線兩側(cè)的地形視為對(duì)稱變化，所提取的地形特征線有很大程度的相似性，所提取的地形特征點(diǎn)大多與地形變化不相符合，而當(dāng)?shù)雀呔€不光滑或存在噪音時(shí)，結(jié)果更加糟糕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法，很大程度上解決了由等高線構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)時(shí)，在山脊、山谷、山頂、谷底、鞍部、以及水體區(qū)域地形細(xì)節(jié)丟失的情況，更大程度的優(yōu)化了地形細(xì)節(jié)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法，包括如下步驟(I)三維地形細(xì)節(jié)特征區(qū)域的提取a將等高線離散為高程點(diǎn)，按照Delaunay三角剖分原則，構(gòu)建初始不規(guī)則三角網(wǎng)；b將不規(guī)則三角網(wǎng)中的三角形邊進(jìn)行分類定義，同一條等高線上相鄰兩點(diǎn)間的線段落在不規(guī)則三角網(wǎng)中某三角形的一邊上，將該邊標(biāo)記為“結(jié)構(gòu)邊”;其它邊標(biāo)記為“非結(jié)構(gòu)邊”； c將不規(guī)則三角網(wǎng)中的三角形進(jìn)行分類定義，遍歷整個(gè)三角網(wǎng)，將具有三條“結(jié)構(gòu)邊”的三角形標(biāo)記為I型三角形；具有兩條“結(jié)構(gòu)邊”、一條“非結(jié)構(gòu)邊”的三角形標(biāo)記為II型三角形；將具有一條“結(jié)構(gòu)邊”、兩條“非結(jié)構(gòu)邊”的三角形標(biāo)記為III型三角形；將具有三條“非結(jié)構(gòu)邊”的三角型標(biāo)記為IV型三角形；遍歷整個(gè)三角網(wǎng)，若三角形三個(gè)頂點(diǎn)高程相同，則將該三角形標(biāo)記為F-三角形；若三角形三個(gè)頂點(diǎn)高程不完全相同或完全不同，則將該三角形標(biāo)記為N-三角形；d針對(duì)上述三角形分類中的F-三角形建立索引，同時(shí)進(jìn)行三角形聚類分析，將空間關(guān)系為鄰接關(guān)系的F-三角形進(jìn)行編組，形成F-三角形簇；這些簇的形成有多種原因在等高線彎曲較大的地方，由于等高線上相鄰的離散點(diǎn)較密，構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)的時(shí)候容易形成開放式F-三角形簇，這些F-三角形簇往往是丟失了地形細(xì)節(jié)的山脊或山谷區(qū)域；在若干條高程相同的等高線所圍成的區(qū)域，等高線離散后高程點(diǎn)值相同，構(gòu)建三角網(wǎng)時(shí)也可以形成開放式F-三角形簇，這些簇往往對(duì)應(yīng)著丟失了細(xì)節(jié)的鞍部地區(qū)；若某一閉合等高線內(nèi)再無其它等高線時(shí)，在構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)時(shí)，容易形成封閉式F-三角形簇，該區(qū)域一般為山頂或山谷區(qū)域。所有的開放式F-三角形簇、封閉式F-三角形簇，構(gòu)成地形特征待選區(qū)域。(2)地形特征區(qū)域三維特征點(diǎn)智能內(nèi)插a開放式的F-三角形簇，其輪廓邊由“結(jié)構(gòu)邊”和“非結(jié)構(gòu)邊”組成，找到其“非結(jié)構(gòu)邊”，該“非結(jié)構(gòu)邊”系相鄰F-三角形與N-三角形的公共邊，取其中點(diǎn)作為待插值點(diǎn)位，其三維高程值的確定由N-三角形與F-三角形簇的面積比例與高程變化比例決定；b封閉式F-三角形簇，其輪廓邊均為步驟二中的“結(jié)構(gòu)邊”，取F-三角形簇中心點(diǎn)作為待插值點(diǎn)位，其三維高程值的確定采用以下方式對(duì)于F-三角形簇的每一條輪廓邊，獲得該邊的長度，以及該邊相鄰接的N-三角形的另一個(gè)端點(diǎn)高程值，將邊長度及對(duì)應(yīng)端點(diǎn)高程進(jìn)行加權(quán)求和，與邊的總長度進(jìn)行比例換算，獲得F-三角形簇外輪廓地形變化平均高程值；將外輪廓地形變化平均高程值乘以比例系數(shù)，與F-三角形簇高程值求和，獲得F-三角形簇中心高程點(diǎn)值；將得到的特征點(diǎn)作為部分地形細(xì)節(jié)，加入不規(guī)則三角網(wǎng)進(jìn)行地形細(xì)節(jié)精化；c循環(huán)迭代處理步驟⑴中所述地形特征區(qū)域，重新建立“結(jié)構(gòu)邊”、“非結(jié)構(gòu)邊”索弓I，循環(huán)處理，直到地形特征待選區(qū)域數(shù)目為零或指定數(shù)目；(3)水系特征要素的協(xié)調(diào)處理對(duì)于單線河，將線狀單線河離散為點(diǎn)集，在建立好的不規(guī)則三角網(wǎng)上，內(nèi)插出三維高程坐標(biāo)；對(duì)于雙線河，取其河流結(jié)構(gòu)線，將河流范圍線離散成點(diǎn)集，得到，然后，分別向河流結(jié)構(gòu)線做垂線，垂足的高程值由不規(guī)則三角網(wǎng)內(nèi)插得到，即為河流范圍線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)得三維高程值；對(duì)于面狀靜止水體，將面狀水體的范圍線離散為點(diǎn)集，分別在不規(guī)則三角網(wǎng)上獲得三維高程值，隨后進(jìn)行排序，取出最小高程值，將該高程值乘以一個(gè)大于零小于一的比例系數(shù)，可獲得面狀水體的高程值；(4)顧及地形細(xì)節(jié)的三維地形特征點(diǎn)形成將步驟(2)、(3)所形成的三維地形特征點(diǎn)統(tǒng)一管理，形成最終成果三維地形細(xì)節(jié)特征點(diǎn)。本發(fā)明的在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法的有益效果如下
本發(fā)明的在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法，是通過計(jì)算三角面的幾何特征來判斷或找出地形特征點(diǎn)線，再利用TIN的拓?fù)湫畔⑦@些離散的特征點(diǎn)線連接起來。該方法在不規(guī)則三角網(wǎng)上，可以自動(dòng)進(jìn)行地形特征分析、地形特征提取、地形正負(fù)向趨勢(shì)判斷、水系關(guān)系協(xié)調(diào)、水體高程計(jì)算以及地形細(xì)節(jié)優(yōu)化精化等，解決了用等高線做數(shù)據(jù)源構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)時(shí)出現(xiàn)的地形細(xì)節(jié)精度不夠以及地形細(xì)節(jié)丟失問題。該方法內(nèi)插的三維地形特征點(diǎn)具有點(diǎn)位分布典型合理、點(diǎn)位數(shù)據(jù)冗余量極小、高程內(nèi)插合理等明顯優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛用于地形數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)精化優(yōu)化、地學(xué)分析、DEM數(shù)據(jù)生產(chǎn)等領(lǐng)域。


圖I為本發(fā)明的在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法的流程示意圖。圖2為本發(fā)明的在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法中地形特征區(qū)域分析步驟不規(guī)則三角網(wǎng)局部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法中地形特征區(qū)域分析步驟中三角形聚類結(jié)果圖。圖4為本發(fā)明的在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法中地形特征點(diǎn)提取及三維高程智能內(nèi)插流程圖。圖5為本發(fā)明的在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法中開放式F-三角形簇特征提取原理示意圖。圖6為本發(fā)明的在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法中封閉式F-三角形簇特征提取原理示意圖。圖7為本發(fā)明的在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法中水體關(guān)系協(xié)調(diào)處理算法流程圖。圖8為本發(fā)明的在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法的中三維地形特征點(diǎn)智能內(nèi)插部分區(qū)域效果圖一。圖9為本發(fā)明的在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法的中三維地形特征點(diǎn)智能內(nèi)插部分區(qū)域效果圖二。圖10為本發(fā)明的在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法的中三維地形特征點(diǎn)智能內(nèi)插部分區(qū)域效果圖三。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明的在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法，包括如下步驟(I)初始三角網(wǎng)生成步驟按照Delaunay三角剖分原則，將等高線離散為三維高程點(diǎn)集，并構(gòu)建初始不規(guī)則三角網(wǎng)。地形特征區(qū)域分析步驟初始不規(guī)則三角網(wǎng)分析在不規(guī)則三角網(wǎng)上，若同一條等高線上相鄰兩點(diǎn)間的線段落在不規(guī)則三角網(wǎng)中某三角形的一邊上，將該邊標(biāo)記為“結(jié)構(gòu)邊”;其他邊標(biāo)記為“非結(jié)構(gòu)邊”。如圖2所示，BD邊為結(jié)構(gòu)邊，BC、BA、DC邊均為非結(jié)構(gòu)邊。三角形結(jié)構(gòu)分析遍歷整個(gè)不規(guī)則三角網(wǎng)，將具有三條“結(jié)構(gòu)邊”的三角形標(biāo)記為 I型三角形；具有兩條“結(jié)構(gòu)邊”、一條“非結(jié)構(gòu)邊”的三角形標(biāo)記為II型三角形；將具有一條“結(jié)構(gòu)邊”、兩條“非結(jié)構(gòu)邊”的三角形標(biāo)記為III型三角形；將具有三條“非結(jié)構(gòu)邊”的三角型標(biāo)記為IV型三角形。如圖二，三角形DEF為II型三角形，三角形B⑶為III型三角形，I型與IV型三角形依次類推可得。三角形分類遍歷整個(gè)不規(guī)則三角網(wǎng)，如圖2，三角形DEF三個(gè)頂點(diǎn)來源于同一等高線上，其高程相同，則將該三角形標(biāo)記為F-三角形，三角形B⑶XDF均為F-三角形；若三角形三個(gè)頂點(diǎn)高程不完全相同或完全不同，如三角形ADE、ABC則將該三角形標(biāo)記為N-三角形。三角形聚類針對(duì)所有的F-三角形建立索引，同時(shí)進(jìn)行三角形聚類分析，將空間關(guān)系為鄰接關(guān)系的F-三角形進(jìn)行編組，形成F-三角形簇。如圖2，藍(lán)色部分多邊形BDEFC，這些簇的形成有多種原因在等高線彎曲較大的地方，由于等高線上相鄰的離散點(diǎn)較密，構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)的時(shí)候容易形成開放式F-三角形簇，這些F-三角形簇往往是丟失了地形細(xì)節(jié)的山脊或山谷區(qū)域；在若干條高程相同的等高線所圍成的區(qū)域，等高線離散后高程點(diǎn)值相同，構(gòu)建三角網(wǎng)時(shí)也可以形成開放式F-三角形簇，這些簇往往對(duì)應(yīng)著丟失了細(xì)節(jié)的鞍部地區(qū)；若某一閉合等高線內(nèi)再無其它等高線時(shí)，在構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)時(shí)，容易形成封閉式F-三角形簇，該區(qū)域一般為山頂或山谷區(qū)域。所有的開放式F-三角形簇、封閉式F-三角形簇，構(gòu)成地形特征待選區(qū)域，如圖3的藍(lán)色標(biāo)注區(qū)域。(2)地形特征點(diǎn)提取及三維高程智能內(nèi)插步驟本步驟采取循環(huán)迭代方法，將不規(guī)則三角網(wǎng)中提取出的地形特征區(qū)域，即F-三角形簇進(jìn)行逐一處理，對(duì)每一個(gè)F-三角形簇進(jìn)行類型判斷，然后根據(jù)不同類型采用不同的局部算法，該步驟算法整體流程圖如圖4所
/Jn ο其中，對(duì)于開放式F-三角形簇，其輪廓邊由“結(jié)構(gòu)邊”和“非結(jié)構(gòu)邊”組成，找到其“非結(jié)構(gòu)邊”，該“非結(jié)構(gòu)邊”系相鄰F-三角形與N-三角形的公共邊，取其中點(diǎn)，作為待插值點(diǎn)位，其三維高程值的確定由N-三角形與F-三角形簇的面積比例與高程變化比例決定；以圖5為例，藍(lán)色區(qū)域?yàn)殚_放式F-三角形簇，紅色輪廓線表示不規(guī)則三角網(wǎng)中的各個(gè)三角形，黑色線條表示等高線，不規(guī)則三角網(wǎng)的邊E為鄰接開放式F-三角形簇與非F-三角形簇之間的公共邊，通過對(duì)E的中點(diǎn)P插入一個(gè)高程點(diǎn)，來達(dá)到逐漸消除該開放式F-三角形簇的目的，具體到P點(diǎn)的高程值的確定，本申請(qǐng)采用的方式是，計(jì)算開放式F-三角形簇(PanArea)加上E邊上鄰接的三角形的面積之和TotalArea,通過搜索鄰接三角形另外一個(gè)點(diǎn)的高程，得到開放式F-三角形簇的外圍高程ElevOut，另夕卜，讀取當(dāng)前開放式F-三角形簇的高程(即等高線的高程)ElevIn,通過公式ElevP =ElevOut (ElevIn-ElevOut) *PanArea/TotalArea計(jì)算點(diǎn)P的高程，并將點(diǎn)P參與不規(guī)則三角網(wǎng)的局部重構(gòu)，當(dāng)重構(gòu)完成后，地形細(xì)節(jié)得到精化，同時(shí)該開放式F-三角形簇中F-三角形的數(shù)目減少一個(gè)，按照上述方法進(jìn)行迭代處理，直到F-三角形簇中數(shù)目為零或?yàn)榻o定閾值，此時(shí)，該F-三角形簇處理完畢，進(jìn)行下一環(huán)節(jié)處理。對(duì)于封閉式F-三角形簇，其輪廓邊均為“結(jié)構(gòu)邊”，取F-三角形簇中心點(diǎn)作為待插值點(diǎn)位，其三維高程值的確定采用以下方式對(duì)于F-三角形簇的每一條輪廓邊，獲得該邊的長度，以及該邊相鄰接的N-三角形的另一個(gè)端點(diǎn)高程值，將邊長度及對(duì)應(yīng)端點(diǎn)高程進(jìn)行加權(quán)求和，與邊的總長度進(jìn)行比例換算，獲得F-三角形簇外輪廓地形變化平均高程值；將外輪廓地形變化平均高程值乘以比例系數(shù)，與F-三角形簇高程值求和，獲得F-三角形簇中心高程點(diǎn)值。如圖6中，藍(lán)色區(qū)域?yàn)榉忾]式F-三角形簇，紅色輪廓線表示不規(guī)則三角網(wǎng)中的各 個(gè)三角形，黑色線條表示閉合等高線，對(duì)于這一類型的區(qū)域，需要進(jìn)行特殊的處理。E為一條該封閉式F-三角形簇的輪廓邊，與邊E類型相同的邊還有6條，均為該封閉式F-三角形簇的輪廓邊，對(duì)于每一條這樣的輪廓邊Ei，可以找到與其鄰接的N-三角形的另外一個(gè)端點(diǎn)及其相應(yīng)的高程ElevEiOut,還有該邊Ei的長度LengthEi另外,通過求取該封閉式F-三角形簇的中心點(diǎn)，可以得到中心點(diǎn)P，點(diǎn)P的高程則通過以下公式求得ElevOutMean = Sum (ElevEiOut^LengthEi)/Sum (LengthEi)ElevP = ElevIn+(ElevIn-ElevOutMean)*PI其中PI為拉伸系數(shù)，該系數(shù)為大于零小于一。最后將點(diǎn)P參與不規(guī)則三角網(wǎng)的局部重構(gòu)，當(dāng)重構(gòu)完成后，地形細(xì)節(jié)得到精化，同時(shí)該封閉式F-三角形簇中由于加入了一個(gè)P點(diǎn)，使得內(nèi)部分裂為兩個(gè)開放式F-三角形簇，按照上述開放式F-三角形簇計(jì)算方法進(jìn)行迭代處理，直到分裂后的開放式F-三角形簇中三角形數(shù)目為零或?yàn)榻o定閾值，此時(shí)，該F-三角形簇處理完畢，進(jìn)行下一環(huán)節(jié)處理。當(dāng)所有F-三角形簇均處理完畢后，將提取的三維地形特征點(diǎn)，進(jìn)行保存。(3)水體關(guān)系協(xié)調(diào)步驟如圖7所示，水體關(guān)系協(xié)調(diào)處理算法流程圖所示對(duì)于單線河，將線狀單線河離散為點(diǎn)集，在建立好的不規(guī)則三角網(wǎng)上，內(nèi)插出三維高程坐標(biāo)。對(duì)于雙線河，取其河流結(jié)構(gòu)線，將河流范圍線離散成點(diǎn)集，得到；然后，分別向河流結(jié)構(gòu)線做垂線，垂足的高程值由不規(guī)則三角網(wǎng)內(nèi)插得到，即為河流范圍線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)得三維高程值。對(duì)于面狀靜止水體，將面狀水體的范圍線離散為點(diǎn)集，分別在不規(guī)則三角網(wǎng)上獲得三維高程值，隨后進(jìn)行排序，取出最小高程值，將該高程值乘以一個(gè)大于零小于一的比例系數(shù)，可獲得面狀水體的高程值。(4)獲得的三維地形特征點(diǎn)與步驟十三所獲得的水體特征點(diǎn)統(tǒng)一管理，形成本方法所得的最終成果三維地形細(xì)節(jié)特征點(diǎn)。這些特征點(diǎn)很大程度上解決了由等高線構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)時(shí)，在山脊、山谷、山頂、谷底、鞍部、以及水體區(qū)域地形細(xì)節(jié)丟失的情況，更大程度的優(yōu)化了地形細(xì)節(jié)，如圖8、9、10中的三維地形特征點(diǎn)智能內(nèi)插效果圖。通過原始等高線數(shù)據(jù)生成初始不規(guī)則三角網(wǎng)，然后通過標(biāo)記結(jié)構(gòu)邊與非結(jié)構(gòu)邊，將三角網(wǎng)中不同類型的三角形加以區(qū)分，并按空間鄰接關(guān)系進(jìn)行三角形聚類分析，分別獲得了山脊、山谷、山頂、谷底、鞍部等能夠決定地形輪廓、結(jié)構(gòu)以及走向的地形特征區(qū)域，地形特征區(qū)域選取準(zhǔn)確；并將特征區(qū)域分為開放式區(qū)域(主要面對(duì)山脊、山谷、鞍部)以及閉合區(qū)域(主要面對(duì)山頂、谷底)，然后通過中點(diǎn)定位法，確定地形特征區(qū)域的特征點(diǎn)位，特征點(diǎn)點(diǎn)位分布合理。隨后又聯(lián)系特征區(qū)域相關(guān)鄰接區(qū)域進(jìn)行地形正負(fù)向判斷，確保了地形特征點(diǎn)點(diǎn)位走勢(shì)科學(xué)；同時(shí)結(jié)合點(diǎn)線距離權(quán)重、特征區(qū)域三角形面積權(quán)重對(duì)地形特征點(diǎn)進(jìn)行智能高程內(nèi)插，三維高程插值客觀。同時(shí)結(jié)合了水體數(shù)據(jù)，并按照單線河、雙線河，靜止面狀水體，對(duì)水系數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，顧及了水體與陸地的關(guān)系協(xié)調(diào)，同時(shí)獲得了水體信息的特征三維高程,豐富了地形細(xì)節(jié)。上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本 發(fā)明技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法，包括如下步驟 (1)三維地形細(xì)節(jié)特征區(qū)域的提取 a將等高線離散為高程點(diǎn)，按照Delaunay三角剖分原則，構(gòu)建初始不規(guī)則三角網(wǎng)；b將不規(guī)則三角網(wǎng)中的三角形邊進(jìn)行分類定義，同一條等高線上相鄰兩點(diǎn)間的線段落在不規(guī)則三角網(wǎng)中某三角形的一邊上，將該邊標(biāo)記為“結(jié)構(gòu)邊”;其它邊標(biāo)記為“非結(jié)構(gòu)邊”；c將不規(guī)則三角網(wǎng)中的三角形進(jìn)行分類定義，遍歷整個(gè)三角網(wǎng)，將具有三條“結(jié)構(gòu)邊”的三角形標(biāo)記為I型三角形；具有兩條“結(jié)構(gòu)邊”、一條“非結(jié)構(gòu)邊”的三角形標(biāo)記為I I型三角形；將具有一條“結(jié)構(gòu)邊”、兩條“非結(jié)構(gòu)邊”的三角形標(biāo)記為I II型三角形；將具有三條“非結(jié)構(gòu)邊”的三角型標(biāo)記為IV型三角形； 遍歷整個(gè)三角網(wǎng)，若三角形三個(gè)頂點(diǎn)高程相同，則將該三角形標(biāo)記為F-三角形；若三角形三個(gè)頂點(diǎn)高程不完全相同或完全不同，則將該三角形標(biāo)記為N-三角形； d針對(duì)上述三角形分類中的F-三角形建立索引，同時(shí)進(jìn)行三角形聚類分析，將空間關(guān)系為鄰接關(guān)系的F-三角形進(jìn)行編組，形成F-三角形簇； 這些簇的形成有多種原因在等高線彎曲較大的地方，由于等高線上相鄰的離散點(diǎn)較密，構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)的時(shí)候容易形成開放式F-三角形簇，這些F-三角形簇往往是丟失了地形細(xì)節(jié)的山脊或山谷區(qū)域；在若干條高程相同的等高線所圍成的區(qū)域，等高線離散后高程點(diǎn)值相同，構(gòu)建三角網(wǎng)時(shí)也可以形成開放式F-三角形簇，這些簇往往對(duì)應(yīng)著丟失了細(xì)節(jié)的鞍部地區(qū)；若某一閉合等高線內(nèi)再無其它等高線時(shí)，在構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)時(shí)，容易形成封閉式F-三角形簇，該區(qū)域一般為山頂或山谷區(qū)域。所有的開放式F-三角形簇、封閉式F-三角形簇，構(gòu)成地形特征待選區(qū)域。
(2)地形特征區(qū)域三維特征點(diǎn)智能內(nèi)插 a開放式的F-三角形簇，其輪廓邊由“結(jié)構(gòu)邊”和“非結(jié)構(gòu)邊”組成，找到其“非結(jié)構(gòu)邊”，該“非結(jié)構(gòu)邊”系相鄰F-三角形與N-三角形的公共邊，取其中點(diǎn)作為待插值點(diǎn)位，其三維高程值的確定由N-三角形與F-三角形簇的面積比例與高程變化比例決定； b封閉式F-三角形簇，其輪廓邊均為步驟二中的“結(jié)構(gòu)邊”，取F-三角形簇中心點(diǎn)作為待插值點(diǎn)位，其三維高程值的確定采用以下方式對(duì)于F-三角形簇的每一條輪廓邊，獲得該邊的長度，以及該邊相鄰接的N-三角形的另一個(gè)端點(diǎn)高程值，將邊長度及對(duì)應(yīng)端點(diǎn)高程進(jìn)行加權(quán)求和，與邊的總長度進(jìn)行比例換算，獲得F-三角形簇外輪廓地形變化平均高程值；將外輪廓地形變化平均高程值乘以比例系數(shù)，與F-三角形簇高程值求和，獲得F-三角形簇中心高程點(diǎn)值；將得到的特征點(diǎn)作為部分地形細(xì)節(jié)，加入不規(guī)則三角網(wǎng)進(jìn)行地形細(xì)節(jié)精化； c循環(huán)迭代處理步驟(I)中所述地形特征區(qū)域，重新建立“結(jié)構(gòu)邊”、“非結(jié)構(gòu)邊”索引，循環(huán)處理，直到地形特征待選區(qū)域數(shù)目為零或指定數(shù)目； (3)水系特征要素的協(xié)調(diào)處理 對(duì)于單線河，將線狀單線河離散為點(diǎn)集，在建立好的不規(guī)則三角網(wǎng)上，內(nèi)插出三維高程坐標(biāo)；對(duì)于雙線河，取其河流結(jié)構(gòu)線，將河流范圍線離散成點(diǎn)集，得到，然后，分別向河流結(jié)構(gòu)線做垂線，垂足的高程值由不規(guī)則三角網(wǎng)內(nèi)插得到，即為河流范圍線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)得三維高程值； 對(duì)于面狀靜止水體，將面狀水體的范圍線離散為點(diǎn)集，分別在不規(guī)則三角網(wǎng)上獲得三維高程值，隨后進(jìn)行排序，取出最小高程值，將該高程值乘以一個(gè)大于零小于一的比例系數(shù)，可獲得面狀水體的高程值； (4)顧及地形細(xì)節(jié)的三維地形特征點(diǎn)形成 將步驟(2)、(3)所形成的三維地形特征點(diǎn)統(tǒng)一管理，形成最終成果三維地形細(xì)節(jié)特征點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法，包括如下步驟(1)三維地形細(xì)節(jié)特征區(qū)域的提取；(2)地形特征區(qū)域三維特征點(diǎn)智能內(nèi)插；(3)水系特征要素的協(xié)調(diào)處理；(4)顧及地形細(xì)節(jié)的三維地形特征點(diǎn)形成。本發(fā)明的在不規(guī)則三角網(wǎng)上進(jìn)行三維地形特征點(diǎn)生成的方法，在不規(guī)則三角網(wǎng)上，可以自動(dòng)進(jìn)行地形特征分析、地形特征提取、地形正負(fù)向趨勢(shì)判斷、水系關(guān)系協(xié)調(diào)、水體高程計(jì)算以及地形細(xì)節(jié)優(yōu)化精化等，解決了用等高線做數(shù)據(jù)源構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)時(shí)出現(xiàn)的地形細(xì)節(jié)精度不夠以及地形細(xì)節(jié)丟失問題?？梢詮V泛用于地形數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)精化優(yōu)化、地學(xué)分析、DEM數(shù)據(jù)生產(chǎn)等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G06T17/05GK102682479SQ201210107518
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者劉建軍, 商瑤玲, 王東華, 蒯希, 趙文豪 申請(qǐng)人:國家基礎(chǔ)地理信息中心