CN108681561A - 一种航海图等深线平滑性的评估方法 - Google Patents

Abstract

一种航海图等深线平滑性的评估方法，包括以下步骤：依次读取海图上某条等深线上所有节点的平面位置；定义当前节点与前节点连成的线段为前线段、当前节点与后节点连成的线段为后线段，前节点与后节点连成的线段为对线段；计算等深线在当前节点的弯曲度；计算等深线在当前节点的光滑离差；计算前线段、后线段到外接圆的弦距；计算等深线在所有节点处的弯曲度平均值、光滑离差最大值、弦距最大值。本发明的航海图等深线平滑性的评估方法，通过计算机实现等深线平滑性的评估，从而能够更加准确的反映航道的通航能力、合理显示海底地貌等，提高了航行安全。

Description

一种航海图等深线平滑性的评估方法

技术领域

本发明涉及海洋测绘技术领域，尤其涉及一种航海图等深线评估方法。

背景技术

等深线，是指连接从理论深度基准面起算的海底深度相等的相邻各点的平滑曲线，即通过同值水深点的封闭曲线。在航海图上，等深线在保证航行安全、准确反映航道的通航能力、合理显示海底地貌等方面具有非常重要的作用。

航海图等深线表达，其首要需求保证舰船的海上航行安全，其次还要尽可能充分地表达出可航行的资源。除此之外，在航海图等深线的综合过程中，为了保持图面的清晰性，需要将等深线上的细小弯曲删除。删除细小弯曲后的等深线，其在海图上的表达能否满足图面清晰性的要求，等深线走势是否平滑，目前主要依赖于海图制图人员通过人工目视判读的方式进行一个定性的经验分析，尚未有公开的文献资料能够定量地评估航海图等深线的平滑性。

发明内容

为了克服传统定性分析方法存在的上述问题，本发明提供了一种航海图等深线平滑性的评估方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种航海图等深线平滑性的评估方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、读取海图上某条等深线上全部节点的平面位置的图上坐标；

b、提取等深线上的第一个节点，记作当前节点；

c、判断当前节点是否为该等深线上的首(或末)个节点，如果是，进入步骤d；反之，提取等深线上当前节点的前一个和后一个节点，记作前节点、后节点，进入步骤f；

d、判断该等深线是否为闭合等深线，如果是，进入步骤e，反之进入步骤i；

e、如果当前节点是等深线上的首个节点，则提取等深线的末个节点和后一个节点，记作前节点、后节点，如果当前节点是等深线上的末个节点，则提取等深线的前一个节点和首个节点，记作前节点、后节点；

f、将当前节点与前节点连接的线段记作前线段、当前节点和后节点连接的线段记作后线段、前节点和后节点连接的线段记作对线段，计算前线段与后线段的夹角为α_i、对线段的图上长度d_i-1,i+1，计算α_i与d_i-1,i+1比值，作为等深线在当前节点处的弯曲度为ξ_i；

g、将前线段和后线段组合成一条折线，采用二次B样条曲线拟合方法对该折线进行曲线拟合，计算当前节点到拟合曲线的最短距离，作为等深线在当前节点处的光滑离差γ_i；

h、求取当前节点、前节点、后节点为顶点所构三角形的外接圆，计算前线段、后线段到外接圆对应圆弧的弦距取两弦距的最大值，作为等深线在当前节点处的最大弦距

i、提取等深线上下一个节点作为当前节点，循环步骤c～h，直至所有节点遍历完毕为止；

j、根据等深线在每个二维节点处计算出的弯曲度ξ_i、光滑离差γ_i、弦距计算等深线的弯曲度ξ、光滑离差γ和最大弦距

所述步骤f中，将当前节点与前节点连接的线段记作前线段、当前节点和后节点连接的线段记作后线段、前节点和后节点连接的线段记作对线段，计算前线段与后线段的夹角为α_i、对线段的图上长度d_i-1,i+1，计算α_i与d_i-1,i+1比值，作为等深线在当前节点处的弯曲度为ξ_i，设当前节点、前节点、后节点的平面坐标依次为(x_i,y_i)，(x_i-1,y_i-1)，(x_i+1,y_i+1)，则α_i、d_i-1,i+1、ξ_i的计算公式依次为：

所述步骤g中，将前线段和后线段组合成一条折线，采用二次B样条曲线拟合方法对该曲线进行曲线拟合，计算当前节点到拟合曲线的最短距离，作为等深线在当前节点处的光滑离差γ_i。其计算方法如下：

设当前节点、前节点、后节点的平面坐标依次为(x_i,y_i)，(x_i-1,y_i-1)，(x_i+1,y_i+1)，其所组成的折线采用二次B样条曲线拟合的矩阵形式为：

在拟合曲线上等间距取100个间隔点，这些等间隔点的平面坐标为：

计算当前节点到这些等间隔点的距离，取其中的最小值作为等深线在当前节点处的光滑离差γ_i：

所述步骤h中，求取当前节点、前节点、后节点为顶点所构三角形的外接圆，计算前线段、后线段到外接圆对应圆弧的弦距取两弦距的最大值，作为等深线在当前节点处的最大弦距其计算方法如下：

设当前节点、前节点、后节点的平面坐标依次为(x_i,y_i)，(x_i-1,y_i-1)，(x_i+1,y_i+1)，计算三角形外接圆的圆心O坐标和半径r_i：

分别计算出圆心O到前线段、后线段的距离

取两弦距的最大值，作为等深线在当前节点处的最大弦距

所述步骤j中，根据等深线在每个二维节点处计算出的弯曲度ξ_i、光滑离差γ_i、弦距和计算等深线的弯曲度ξ、光滑离差γ和最大弦距d′的方法为：

本发明的航海图等深线平滑性的评估方法，通过计算机实现等深线平滑性的评估，从而能够更加准确的反映航道的通航能力、合理显示海底地貌等，提高了航行安全。

附图说明

图1是本发明中航海图等深线的弯曲度示意图。

图2是本发明中航海图等深线的光滑离差示意图。

图3是本发明中航海图等深线的最大弦距示意图。

图4是本发明中评估航海图等深线光滑性的主流程框图。

具体实施方式

本发明的航海图等深线平滑性的评估方法，本实现过程是采用计算机实现航海图等深线的平滑性评估。假设航海图上某条等深线l，采用本发明方法评估航海图等深线的平滑性性，包括以下步骤，如图4所示：

步骤a，读入海图上等深线l上全部节点p₁、p₂、…、p_n的平面位置(x_i,y_i)(i＝1,2,Λ,n)；

步骤b，从等深线l上提取第一个节点p₁，记作当前节点p_i；

步骤c，判断当前节点是否为该等深线上的首(或末)个节点，如果是，进入步骤d；反之，提取等深线上当前节点的前一个和后一个节点，记作前节点p_i-1、后节点p_i+1，进入步骤f；

步骤d，判断该等深线l是否为闭合等深线，如果是，进入步骤e，反之进入步骤i；

步骤e，如果当前节点是等深线上的首个节点，则提取等深线的末个节点和后一个节点，记作前节点p_i-1、后节点p_i+1，如果当前节点是等深线上的末个节点，则提取等深线的前一个节点和首个节点，记作前节点p_i-1、后节点p_i+1；

步骤f，将节点p_i与p_i-1连接的线段记作前线段l_i,i-1、节点p_i和p_i+1连接的线段记作后线段l_i,i+1、p_i-1和p_i+1连接的线段记作对线段l_i-1,i+1，计算l_i,i-1与l_i,i+1的夹角为l_i-1,i+1的长为度计算等深线在节点p_i处的弯曲度为

步骤g，将l_i,i-1和l_i,i+1组合成一条折线l_i-1,i,i+1，采用二次B样条曲线拟合方法对l_i-1,i,i+1进行曲线拟合，得该拟合曲线的矩阵形式在拟合曲线上等间距取100个间隔点，这些等间隔点的平面坐标为j＝0,1,Λ99，计算当前节点到这些等间隔点的距离，取其中的最小值作为等深线在当前节点处的光滑离差

步骤h，求取p_i、p_i-1、p_i+1为顶点所构三角形Δp_ip_i-1p_i+1的外接圆，该外接圆的圆形坐标和半径分别为：

计算l_i,i-1、l_i,i+1到外接圆对应圆弧弦距 计算等深线在当前节点处的最大弦距

步骤i，提取等深线上下一个节点记作当前节点p_i，循环步骤c～h，直至所有节点遍历完毕为止；

步骤j，根据等深线在每个节点p_i处计算出的弯曲度ξ_i、光滑离差γ_i、弦距计算等深线的弯曲度光滑离差和最大弦距如图1-3所示。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种航海图等深线平滑性的评估方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、读取海图上一条等深线上全部节点的平面位置的图上坐标；

b、提取等深线上的第一个节点，记作当前节点；

c、判断当前节点是否为该等深线上的首或末个节点，如果是，进入步骤d；反之，提取等深线上当前节点的前一个和后一个节点，记作前节点、后节点，进入步骤f；

d、判断该等深线是否为闭合等深线，如果是，进入步骤e，反之进入步骤i；

e、如果当前节点是等深线上的首个节点，则提取等深线的末个节点和后一个节点，记作前节点、后节点，如果当前节点是等深线上的末个节点，则提取等深线的前一个节点和首个节点，记作前节点、后节点；

f、将当前节点与前节点连接的线段记作前线段、当前节点和后节点连接的线段记作后线段、前节点和后节点连接的线段记作对线段，计算前线段与后线段的夹角为α_i、对线段的图上长度d_i-1,i+1，计算α_i与d_i-1,i+1比值，作为等深线在当前节点处的弯曲度为ξ_i；

g、将前线段和后线段组合成一条折线，采用二次B样条曲线拟合方法对该折线进行曲线拟合，计算当前节点到拟合曲线的最短距离，作为等深线在当前节点处的光滑离差γ_i；

h、求取当前节点、前节点、后节点为顶点所构三角形的外接圆，计算前线段、后线段到外接圆对应圆弧的弦距取两弦距的最大值，作为等深线在当前节点处的最大弦距

i、提取等深线上下一个节点作为当前节点，循环步骤c～h，直至所有节点遍历完毕为止；

j、根据等深线在每个二维节点处计算出的弯曲度ξ_i、光滑离差γ_i、弦距计算等深线的弯曲度ξ、光滑离差γ和最大弦距

2.根据权利要求1所述的一种航海图等深线平滑性的评估方法，其特征在于：所述步骤f中，将当前节点与前节点连接的线段记作前线段、当前节点和后节点连接的线段记作后线段、前节点和后节点连接的线段记作对线段，计算前线段与后线段的夹角为α_i、对线段的图上长度d_i-1,i+1，计算α_i与d_i-1,i+1比值，作为等深线在当前节点处的弯曲度为ξ_i。设当前节点、前节点、后节点的平面坐标依次为(x_i,y_i)，(x_i-1,y_i-1)，(x_i+1,y_i+1)，则α_i、d_i-1,i+1、ξ_i的计算公式依次为：

3.根据权利要求1所述的一种航海图等深线平滑性的评估方法，其特征在于：所述步骤g中，将前线段和后线段组合成一条折线，采用二次B样条曲线拟合方法对该曲线进行曲线拟合，计算当前节点到拟合曲线的最短距离，作为等深线在当前节点处的光滑离差γ_i，其计算方法如下：

设当前节点、前节点、后节点的平面坐标依次为(x_i,y_i)，(x_i-1,y_i-1)，(x_i+1,y_i+1)，其所组成的折线采用二次B样条曲线拟合的矩阵形式为：

在拟合曲线上等间距取100个间隔点，这些等间隔点的平面坐标为：

计算当前节点到这些等间隔点的距离，取其中的最小值作为等深线在当前节点处的光滑离差γ_i：

4.根据权利要求1所述的一种航海图等深线平滑性的评估方法，其特征在于：所述步骤h中，求取当前节点、前节点、后节点为顶点所构三角形的外接圆，计算前线段、后线段到外接圆对应圆弧的弦距取两弦距的最大值，作为等深线在当前节点处的最大弦距其计算方法如下：

设当前节点、前节点、后节点的平面坐标依次为(x_i,y_i)，(x_i-1,y_i-1)，(x_i+1,y_i+1)，计算三角形外接圆的圆心O坐标和半径r_i：

分别计算出圆心O到前线段、后线段的距离

取两弦距的最大值，作为等深线在当前节点处的最大弦距

5.根据权利要求1所述的一种航海图等深线平滑性的评估方法，其特征在于：所述步骤j中，根据等深线在每个二维节点处计算出的弯曲度ξ_i、光滑离差γ_i、弦距和计算等深线的弯曲度ξ、光滑离差γ和最大弦距d′的方法为：