CN110926416A - 岛屿周围水深的自动选取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岛屿周围水深的自动选取方法，包括以下步骤：读入海图上全部水深点的位置和深度；读入海图上某个岛屿岸线的全部节点的平面位置；计算水深点到当前岸线的图上最短距离，提取其中图上最短距离小于3cm的水深点，作为备选水深点；通过点的圆域缓冲区判断，从备选水深点中提取浅水深点；通过评估水深点在岛屿周围的匹配选取质量，从备选水深点中提取出匹配水深点，将提取出的浅水深点集合与匹配水深点集合进行合并、输出，实现岛屿周围水深的自动选取。与传统的人工选取方法相比，大大提高了海图的生产效率，并且保证了选取质量。

Description

岛屿周围水深的自动选取方法

技术领域

本发明涉及海洋测绘领域，尤其涉及一种岛屿周围水深的选取方法。

背景技术

水深，是海图上用来反映海底地形地貌的核心要素，其质量高低将直接影响到海底地形表达的准确性和船舶海上航行的安全性。特别是对于沿岸附近海域，由于水深较浅且海底变化通常较大，这些水域的海底地形对船舶航行安全的影响也就更大。

为了合理表达出海底地形的起伏变化，在水深选取时，除了要注意水深选取的基本原则以外，尤为需要关注的是岛屿周围的水深选取。岛屿周围的水深选取，通常需注意两点：第一，从航行安全的角度考虑，优先选取岛屿周围的浅水深点；第二，在岛屿岸线走势变化明显位置，应选取合适的水深点，用于控制岛屿的形状范围。

但在长期的实践中，岛屿周围水深的选取，通常需要作业员手工选取实现，这样一来，就会影响到海图的生产效率，并且其选取质量是否是最优的，也很难有一个定量的结果。因此，如何利用计算机自动实现岛屿周围的水深选取，尚未有文献资料公开此种方法。

发明内容

为了解决岛屿周围水深手工选取存在的上述问题，本发明提供了一种岛屿周围水深的自动选取方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：岛屿周围水深的自动选取方法，包括以下步骤：

a、读入海图上全部水深点的图上平面位置和深度；

b、读入海图上某个岛屿L的岸线上全部节点的图上平面位置；

c、计算海图上每个水深点到当前岸线的图上最短距离，提取其中图上最短距离小于数值h的水深点，作为备选水深点，建立备选水深点集合；

d、以每个备选水深点为圆心，图上距离k为半径，生成圆域，判断圆域内是否有其他备选水深点比当前备选水深点的深度值要小，若无，则将此当前备选水深点拷贝存入浅水深点集合中；

e、对岛屿的岸线进行压缩，压缩后的岸线节点除首、尾节点外，其余节点作为岛屿岸线的弯曲特征点；

f、以岸线的弯曲特征点i为对象，从备选水深点集合中提取每一个水深点，评估该备选水深点与弯曲特征点i的匹配质量，选取其中匹配质量最高的水深点作为匹配水深点，复制存入匹配水深点集合中；

g、循环步骤f，分别以岸线上每一个弯曲特征点为对象，从备选水深点集合中选取出相应的匹配质量最高的水深点，作为匹配水深点，复制并存入匹配水深点集合中；

h、将步骤d中建立的浅水深点集合和步骤g中建立的匹配水深点集合进行合并，输出最终的水深点集合，作为该岛屿周围自动选取的水深点；

i、循环步骤b～h，选取出海图上所有岛屿周围的水深点并输出。

所述步骤c中，计算海图上每个水深点到当前岸线的图上最短距离的方法为：设水深点为v的图上坐标为(x_v,y_v)，岸线为l是由节点p₁、p₂、…、p_k依次相连而成的折线段，首先，计算水深点分别到各线段p₁p₂、p₂p₃、…、p_k-1p_k的最短距离d(v,p₁p₂)、d(v,p₂p₃)、…、d(v,p_{k- 1}p_k)，取d(v,p₁p₂)、d(v,p₂p₃)、…、d(v,p_k-1p_k)中的最小值，作为水深点到当前岸线的图上最短距离。

所述步骤f中，设备选水深点v的图上坐标为(x_v,y_v)，岸线l是由节点p₁、p₂、…、p_k依次相连而成的折线段，待匹配的弯曲特征点为p_i，图上坐标为(x_i,y_i)，则匹配质量的评估公式为：

式中，w(v,p_i)表示备选水深点v与弯曲特征点p_i的匹配质量；d(v,p_i)表示备选水深点v与弯曲特征点p_i的图上距离，即

d(v,l_1,i)、d(v_i,l_i,k)分别表示水深点v分别到由p₁、p₂、…、p_i组成的折线段l_1,i和由p_i、p_i+1、…、p_k组成的折线段l_i,k的图上最短距离，d_best为设定的一个经验值。

所述步骤c中，所述数值h为3cm。

所述步骤d中，所述距离k为1cm。

所述步骤e中，采用道格拉斯普克算法，设置算法的阈值为0.2cm，对岛屿的岸线进行压缩。

本发明的岛屿周围水深的自动选取方法，通过计算机定量计算，自动选取出岛屿周围的水深点，大大提高了海图的生产效率，并且保证了选取质量。

附图说明

图1是本发明岛屿周围水深自动选取的主流程框图。

具体实施方式

本发明的本发明实施的实现过程是采用计算机实现海图上岛屿周围水深的自动选取。假设海图综合区域内某条等深线l和某个与该等深线上某弯曲处相协调的水深点v，采用本发明方法计算水深注记与等深线弯曲处的协调度，包括以下步骤，如图1所示：

步骤a，读入海图上全部水深点的图上平面位置和深度，分别记作(x_vi,y_vi)和z_vi(i＝1,2,Λ,m)；

步骤b，读入海图上某个岛屿L的岸线全部节点的图上平面位置(x_pi,y_pi)(i＝1,2,Λ,k)；

步骤c，计算海图上每个水深点到当前岸线的图上最短距离d(v_i,l)，提取其中图上最短距离小于3cm的水深点，作为备选水深点，建立备选水深点集合T；这里，设备选水深点为v图上坐标为(x_v,y_v)，岸线为l是由节点p₁、p₂、…、p_k依次相连而成的折线段，则计算水深点v到岸线l的图上最短距离的方法为：

①计算水深点分别到各线段p₁p₂、p₂p₃、…、p_k-1p_k的最短距离d(v,p₁p₂)、d(v,p₂p₃)、…、d(v,p_k-1p_k)。以计算水深点v到线段p₁p₂的最短距离d(v,p₁p₂)为例，首先作点v到线段p₁p₂所在直线的垂线，垂足为v′，然后判断垂足v′是否位于线段p₁p₂的两端点p₁、p₂之间，若是，则计算v到v′的距离，作为点v到线段p₁p₂的最短距离，即

反之，则计算v分别到p₁、p₂的距离，取二者的最小值作为点v到线段p₁p₂的最短距离，即

②取d(v,p₁p₂)、d(v,p₂p₃)、…、d(v,p_k-1p_k)中的最小值，作为水深点v到岸线l的最短距离d(v,l)。

步骤d，以每个备选水深点(x_vi,y_vi)为圆心，图上距离1cm为半径，生成圆域。判断圆域内是否有其他备选水深点，若无，则将此当前备选水深点拷贝存入浅水深点集合中T₁；

步骤e，采用道格拉斯普克算法，设置算法的阈值为0.2cm，对岛屿L的岸线l进行压缩，压缩后的岸线节点除首、尾节点外，其余节点作为岛屿岸线的弯曲特征点，记作p₁、p₂、…、p_k；

步骤f，以岸线的弯曲特征点i为对象，从备选水深点集合中提取每一个水深点，评估该备选水深点与弯曲特征点i的匹配质量，选取其中匹配质量最高的水深点，作为匹配水深点，复制存入匹配水深点集合中；这里，设备选水深点为v的图上坐标为(x_v,y_v)，岸线为l是由节点p₁、p₂、…、p_i、…、p_k依次相连而成的折线段，则评估该备选水深点与弯曲特征点i的匹配质量的方法为：

①计算备选水深点v到弯曲特征点的图上距离

②计算备选水深点v到各线段p₁p₂、p₂p₃、…、p_i-1p_i的最短距离d(v,p₁p₂)、d(v,p₂p₃)、…、d(v,p_i-1p_i)。以计算水深点v到线段p₁p₂的最短距离d(v,p₁p₂)为例，首先作点v到线段p₁p₂所在直线的垂线，垂足为v′，然后判断垂足v′是否位于线段p₁p₂的两端点p₁、p₂之间，若是，则计算水深点v到垂足v′的距离，作为水深点v到线段p₁p₂的最短距离，即

反之，则计算水深点v分别到点p₁、p₂的距离，取二者的最小值作为水深点v到线段p₁p₂的最短距离，即

③取d(v,p₁p₂)、d(v,p₂p₃)、…、d(v,p_i-1p_i)中的最小值，作为水深点v到由p₁、p₂、…、p_i组成的折线段l_1,i的图上最短距离d(v,l_1,i)。同理，计算水深点v到l₂的由p_i、p_i+1、…、p_k组成的折线段l_i,k的图上最短距离d(v,l_i,k)。

④计算匹配质量

式中，w(v,p_i)表示备选水深点v与弯曲特征点p_i的匹配质量；d(v,p_i)表示备选水深点v与弯曲特征点p_i的图上距离，即

d(v,l_1,i)、d(v_i,l_i,k)分别表示水深点v分别到由p₁、p₂、…、p_i组成的折线段l_1,i和由p_i、p_i+1、…、p_k组成的折线段l_i,k的图上最短距离，d_best通常设定一个经验值，为图上0.3cm。

步骤g，循环步骤f，分别以岸线上每一个弯曲特征点为对象，从备选水深点集合中选取出相应的匹配质量最高的水深点，作为匹配水深点，复制存入匹配水深点集合T₂中；

步骤h、将步骤d中建立的浅水深点集合T₁和步骤g中建立的匹配水深点集合T₂进行合并，输出最终选取的水深点集合T′，作为该岛屿周围自动选取的水深点。

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 (6)

1.岛屿周围水深的自动选取方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、读入海图上全部水深点的图上平面位置和深度；

b、读入海图上某个岛屿L的岸线上全部节点的图上平面位置；

c、计算海图上每个水深点到当前岸线的图上最短距离，提取其中图上最短距离小于数值h的水深点，作为备选水深点，建立备选水深点集合；

d、以每个备选水深点为圆心，图上距离k为半径，生成圆域，判断圆域内是否有其他备选水深点比当前备选水深点的深度值要小，若无，则将此当前备选水深点拷贝存入浅水深点集合中；

e、对岛屿的岸线进行压缩，压缩后的岸线节点除首、尾节点外，其余节点作为岛屿岸线的弯曲特征点；

f、以岸线的弯曲特征点i为对象，从备选水深点集合中提取每一个水深点，评估该备选水深点与弯曲特征点i的匹配质量，选取其中匹配质量最高的水深点作为匹配水深点，复制存入匹配水深点集合中；

g、循环步骤f，分别以岸线上每一个弯曲特征点为对象，从备选水深点集合中选取出相应的匹配质量最高的水深点，作为匹配水深点，复制并存入匹配水深点集合中；

h、将步骤d中建立的浅水深点集合和步骤g中建立的匹配水深点集合进行合并，输出最终的水深点集合，作为该岛屿周围自动选取的水深点；

i、循环步骤b～h，选取出海图上所有岛屿周围的水深点并输出。

2.根据权利要求1所述的岛屿周围水深的自动选取方法，其特征在于：所述步骤c中，计算海图上每个水深点到当前岸线的图上最短距离的方法为：设水深点为v的图上坐标为(x_v,y_v)，岸线为l是由节点p₁、p₂、…、p_k依次相连而成的折线段，首先，计算水深点分别到各线段p₁p₂、p₂p₃、…、p_k-1p_k的最短距离d(v,p₁p₂)、d(v,p₂p₃)、…、d(v,p_k-1p_k)，取d(v,p₁p₂)、d(v,p₂p₃)、…、d(v,p_k-1p_k)中的最小值，作为水深点到当前岸线的图上最短距离。

3.根据权利要求1所述的岛屿周围水深的自动选取方法，其特征在于：所述步骤f中，设备选水深点v的图上坐标为(x_v,y_v)，岸线l是由节点p₁、p₂、…、p_k依次相连而成的折线段，待匹配的弯曲特征点为p_i，图上坐标为(x_i,y_i)，则匹配质量的评估公式为：

式中，w(v,p_i)表示备选水深点v与弯曲特征点p_i的匹配质量；d(v,p_i)表示备选水深点v与弯曲特征点p_i的图上距离，即

d(v,l_1,i)、d(v_i,l_i,k)分别表示水深点v分别到由p₁、p₂、…、p_i组成的折线段l_1,i和由p_i、p_i+1、…、p_k组成的折线段l_i,k的图上最短距离，d_best为设定的一个经验值。

4.根据权利要求1所述的岛屿周围水深的自动选取方法，其特征在于：所述步骤c中，所述数值h为3cm。

5.根据权利要求1所述的岛屿周围水深的自动选取方法，其特征在于：所述步骤d中，所述距离k为1cm。

6.根据权利要求1所述的岛屿周围水深的自动选取方法，其特征在于：所述步骤e中，采用道格拉斯普克算法，设置算法的阈值为0.2cm，对岛屿的岸线进行压缩。

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