CN103337084A - 一种基于人工地物特征的地物图斑自动生成方法 - Google Patents

一种基于人工地物特征的地物图斑自动生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于人工地物特征的地物图斑自动生成方法，首先是输入的乱序形状点序列，通过点序列处理自动生成以其为顶点的初始多边形，之后搜索多边形是否存在自相交现象，如果存在则消除该现象，并生成简单多边形，根据人工地物的图斑特征对简单多边形处理，使生成的简单多边形具有人工地物图斑的几何特征。本发明提供的地物图斑自动生成方法，解决了传统方法中对采点时序具有严格的依赖性、缺乏灵活性、智能性，不具备凹多边形地物自动成图功能以及不能在多人协同工作模式或单人随机采点模式中应用的技术问题。

Description

一种基于人工地物特征的地物图斑自动生成方法
技术领域
本发明公开了一种土地管理中数据处理方法，具体涉及一种基于人工地物特征的地物图斑自动生成的方法，具体是在土地调查中，利用测量设备采集地物多边形的乱序形状点序列，并且通过这些点序列来自动构建图斑的方法。
背景技术
在国土资源领域，单一地类地块，以及被行政界线、土地权属界线或线状地物分割的单一地类地块称为图斑。在电子地图中图斑对应的对象可以分为三类：自然对象、人工地物和其他，如行政边界等。在本方法中讨论的图斑是指人工地物图斑，人工地物的几何特性具有一定的规则，如非锯齿状、面积大、直角性等。
以移动GIS为代表的全数字化土地实地调查手段目前已在国内普及，其调查步骤一般包括：（1）采集地物特征点位置信息；（2）构建地物多边形图斑；（3）输入属性；（4）上报调查结果等。然而构建地物多边形图斑是土地调查流程中的关键步骤，传统的构建图斑的方法是通过采点的先后顺序来决定多边形图斑的形状。其方法是通过按顺序采集一系列的点，然后根据需要在其中选取一部分来构建图斑。
由于地物多边形多为凹多边形，然而在数学上凹多边形无法由其乱序形状点惟一生成。受限于此,目前土地调查移动GIS多不具备凹多边形地物自动成图功能。并且通过使用传统的依序采点构建图斑的方法存在一些缺陷，如这种构图过程对采点时序具有严格依赖性，存在操作不便、效率低下的问题，制约了土地调查的工作效率，缺乏智能性及灵活性。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种克服顺序取点构建图斑模式的缺点的地物图斑自动生成方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于人工地物特征的地物图斑自动生成方法，包括以下步骤：
（1）首先输入地物多边形的乱序形状点序列L＝{V1,V2,···,Vn}，以目标多边形边长距离和最小为约束，利用贪心选择法生成初始多边形；
（1.1）所述贪心选择法生成初始多边形的具体步骤包括：（a）在L中任取一点Vi，计算与Vi距离最小的点Vi+1，将Vi和Vi+1顺次加入结果列表R中，并将Vi和Vi+1从L中删除；（b）在L中分别找出与Vi和Vi+1最近的点Vi-1和Vi+2，并判断：如果Vi-1Vi<Vi+1Vi+2，则将Vi+2从L中删除，并插入到R末尾；如果Vi-1Vi>Vi+1Vi+2，则将Vi-1从L中删除，插入到R的起始位置；（c）重复步骤1.2，直到L为空；
（2）如果生成的初始多边形是简单多边形，则略过此步骤；若生成的初始多边形不是简单多边形，即存在自相交现象，则利用2-opt邻域搜索算子检验并消除边的自相交；
（2.1）所述检验并消除边的自相交步骤为：以一个顶点为基准，若边
Figure BDA00003304699000021
和
Figure BDA00003304699000022
是两条相交且没有公共点的边，若
Figure BDA00003304699000023
则删除边
Figure BDA00003304699000024
和
Figure BDA00003304699000025
同时增加边
Figure BDA00003304699000026
和
Figure BDA00003304699000027
并将V3和V8之间的边反向,例如，若原始序列为V1、V3、V4、V5、V8,变更后的序列为V1、V8、V5、V4、V3；顺次对下一个顶点做相同的处理，最终消除边的自相交；
（3）对小于30°的多边形内角处理；
（3.1）所述对小于30°的多边形内角处理步骤为：（a）假设当前指针指向节点为Vi，计算由后继的连续两个点组成的多边形的内角为∠ViVi+1Vi+2，若∠ViVi+1Vi+2<30°，则进入步骤（b）,反之则进入步骤（c）；（b）遍历原有的简单多边形序列，如果在V中存在点P满足公式80°＜∠ViVi+1P＜100°，则将多边形序列中Vi+2与P点交换位置，并对交换后的多边形序列利用2-opt邻域搜索算子去除自相交；如果不存在这样的P点，则不进行任何操作；（c）将当前指针指向下一个节点Vi+1，重复步骤（a）和（b），直至完全遍历多边形的所有内角；
（4）对图斑中内嵌过大的钝角的处理即较大的外角（对应较小的内角）的处理；
（4.1）所述对图斑中内嵌过大的钝角的处理步骤包括：（a）定义阈值角度区间10。≤A≤60°，并以10°的间隔等分A={60°,50°,40°,30°,20°,10°}，若当前指针为i，则当前的角度阈值为A[i]＝10°+i*10°(0≤i≤5);（b）对于当前的角度阈值A[i],判断多边形中是否有内角小于阈值,如果存在，对构成角的三个顶点合理交换位置,使变更后的多边形内角更规则，同时不会产生多边形的自相交；所述交换规则为：根据构成内角的三个顶点的坐标关系，将三个点构成的规则内角作为多边形的内角，同时三个顶点交换后，多边形不产生边的交叉；（c）在当前阈值条件下，处理多边形的所有内角，如果有进行处理操作，处理完成后，阈值指针加1，重复步骤（b），直至指针指向A的最后一个点；如果没有进行处理操作，处理方法结束。
本发明中，通过从两步优化法即步骤（3）和（4）从不同方向对内角进行规则化，步骤（3）是对规则角的查找，调整规模大，步骤（4）是微调；保证了多边形内角的规则化。
有益效果：本发明相对于现有技术而言具有以下优点：
（1）本发明对采点过程中具有灵活性和智能性，具有较高的效率，且能在多人协同工作模式或单人随机采点模式中应用。
（2）本发明提供的方法能够对凹多边形人工地物图斑自动成图，能实现70%以上的成图正确率，基于离散点群的自动成图方法是一种全新的思路和方法，由于对点群的输入次序没有限制，可以促进协同工作模式在土地资源日常管理中的应用，提高土地资源日常管理软件的智能化水平。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
图2是本发明中的自相交示意图。
图3是本发明中对小于30°的多边形内角处理流程示意图。
图4是本发明中对图斑中内嵌过大的钝角的处理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种基于人工地物特征的地物图斑自动生成方法，包括以下步骤：
（1）首先输入地物多边形的乱序形状点序列L＝{V1,V2,···,Vn}，以目标多边形边长距离和最小为约束，利用贪心选择法生成初始多边形；
（1.1）所述贪心选择法生成初始多边形的具体步骤包括：（a）在L中任取一点Vi，计算与Vi距离最小的点Vi+1，将Vi和Vi+1顺次加入结果列表R中，并将Vi和Vi+1从L中删除；（b）在L中分别找出与Vi和Vi+1最近的点Vi-1和Vi+2，并判断：如果Vi-1Vi<Vi+1Vi+2，则将Vi+2从L中删除，并插入到R末尾；如果Vi-1Vi>Vi+1Vi+2，则将Vi-1从L中删除，插入到R的起始位置；（c）重复步骤1.2，直到L为空；
（2）如果生成的初始多边形是简单多边形，则略过此步骤；若生成的初始多边形不是简单多边形，即存在自相交现象，则利用2-opt邻域搜索算子检验并消除边的自相交；
（2.1）所述检验并消除边的自相交步骤为：以一个顶点为基准，若边
Figure BDA00003304699000041
和
Figure BDA00003304699000042
是两条相交且没有公共点的边，若
Figure BDA00003304699000043
则删除边
Figure BDA00003304699000044
和
Figure BDA00003304699000045
同时增加边
Figure BDA00003304699000046
和
Figure BDA00003304699000047
并将V3和V8之间的边反向,例如，若原始序列为V1、V3、V4、V5、V8,变更后的序列为V1、V8、V5、V4、V3；顺次对下一个顶点做相同的处理，最终消除边的自相交；
（3）对小于30°的多边形内角处理；
（3.1）如图3所示，所述对小于30°的多边形内角处理步骤为：（a）假设当前指针指向节点为Vi，计算由后继的连续两个点组成的多边形的内角为∠ViVi+1Vi+2，若∠ViVi+1Vi+2<30°，则进入步骤（b）,反之则进入步骤（c）；（b）遍历原有的简单多边形序列，如果在V中存在点P满足公式80°＜∠ViVi+1P＜100°，则将多边形序列中Vi+2与P点交换位置，并对交换后的多边形序列利用2-opt邻域搜索算子去除自相交；如果不存在这样的P点，则不进行任何操作；（c）将当前指针指向下一个节点Vi+1，重复步骤（a）和（b），直至完全遍历多边形的所有内角；
（4）对图斑中内嵌过大的钝角的处理即较大的外角（对应较小的内角）的处理；
（4.1）所述对图斑中内嵌过大的钝角的处理步骤包括：（a）定义阈值角度区间10°≤A≤60°，并以10°的间隔等分A={60°,50°,40°,30°,20°,10°}，若当前指针为i，则当前的角度阈值为A[i]＝10°+i*10°(0≤i≤5)；（b）对于当前的角度阈值A[i],判断多边形中是否有内角小于阈值,如果存在，对构成角的三个顶点合理交换位置,使变更后的多边形内角更规则，同时不会产生多边形的自相交；所述交换规则为：根据构成内角的三个顶点的坐标关系，将三个点构成的规则内角作为多边形的内角，同时三个顶点交换后，多边形不产生边的交叉；（c）在当前阈值条件下，处理多边形的所有内角，如果有进行处理操作，处理完成后，阈值指针加1，重复步骤（b），直至指针指向A的最后一个点；如果没有进行处理操作，处理方法结束。
本发明提供的方法能够对凹多边形人工地物图斑自动成图，能实现70%以上的成图正确率，基于离散点群的自动成图方法是一种全新的思路和方法，由于对点群的输入次序没有限制，可以促进协同工作模式在土地资源日常管理中的应用，提高土地资源日常管理软件的智能化水平。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于人工地物特征的地物图斑自动生成方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）首先输入地物多边形的乱序形状点序列L＝{V1,V2,···,Vn}，以目标多边形边长距离和最小为约束，利用贪心选择法生成初始多边形；
（1.1）所述贪心选择法生成初始多边形的具体步骤包括：（a）在L中任取一点Vi，计算与Vi距离最小的点Vi+1，将Vi和Vi+1顺次加入结果列表R中，并将Vi和Vi+1从L中删除；（b）在L中分别找出与Vi和Vi+1最近的点Vi-1和Vi+2，并判断：如果Vi-1Vi<Vi+1Vi+2，则将Vi+2从L中删除，并插入到R末尾；如果Vi-1Vi>Vi+1Vi+2，则将Vi-1从L中删除，插入到R的起始位置；（c）重复步骤（b），直到L为空；
（2）如果生成的初始多边形是简单多边形，则略过此步骤；若生成的初始多边形不是简单多边形，即存在自相交现象，则利用2-opt邻域搜索算子检验并消除边的自相交；
（2.1）所述检验并消除边的自相交步骤为：以一个顶点为基准，若边
Figure FDA00003304698900011
和
Figure FDA00003304698900012
是两条相交且没有公共点的边，若
Figure FDA00003304698900013
则删除边
Figure FDA00003304698900014
和
Figure FDA00003304698900015
同时增加边
Figure FDA00003304698900016
和并将原有多边形序列中V3和V8之间的边反向；顺次对下一个顶点做相同的处理，最终消除边的自相交；
（3）对小于30°的多边形内角处理；
（3.1）所述对小于30°的多边形内角处理步骤为：（a）假设当前指针指向节点为Vi，计算由后继的连续两个点组成的多边形的内角为∠ViVi+1Vi+2，若∠ViVi+1Vi+2<30°，则进入步骤（b）,反之则进入步骤（c）；（b）遍历原有的简单多边形序列，如果在V中存在点P满足公式80°＜∠ViVi+1P＜100°，则将多边形序列中Vi+2与P点交换位置，并对交换后的多边形序列利用2-opt邻域搜索算子去除自相交；如果不存在这样的P点，则不进行任何操作；（c）将当前指针指向下一个节点Vi+1，重复步骤（a）和（b），直至完全遍历多边形的所有内角；
（4）对图斑中内嵌过大的钝角的处理；
（4.1）所述对图斑中内嵌过大的钝角的处理步骤包括：（a）定义阈值角度区间10°≤A≤60°，并以10°的间隔等分A={60°,50°,40°,30°,20°,10°}，若当前指针为i，则当前的角度阈值为A[i]＝10°+i*10°(0≤i≤5);（b）对于当前的角度阈值A[i],判断多边形中是否有内角小于阈值,如果存在，对构成角的三个顶点合理交换位置,使变更后的多边形内角更规则，同时不会产生多边形的自相交；所述交换规则为：根据构成内角的三个顶点的坐标关系，将三个点构成的规则内角作为多边形的内角，同时三个顶点交换后，多边形不产生边的交叉；（c）在当前阈值条件下，处理多边形的所有内角，如果有进行处理操作，处理完成后，阈值指针加1，重复步骤（b），直至指针指向A的最后一个点；如果没有进行处理操作，处理方法结束。
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