CN111145347A

CN111145347A - 地形断面的数字高程数据的校正方法、装置及校正设备

Info

Publication number: CN111145347A
Application number: CN201911129837.5A
Authority: CN
Inventors: 霍军军; 卢少为; 周彦辰; 专美佳; 翁宁馨; 陈燕平; 申其明; 李玉娟; 孙可可; 夏欢
Original assignee: Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Current assignee: Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-05-12
Anticipated expiration: 2039-11-18
Also published as: CN111145347B

Abstract

本发明公开了一种地形断面的数字高程数据的校正方法、装置、存储介质及校正设备，其中方法包括：获取待测地形位于目标区域中的断面勘测数据集及第一地形高程数据集，通过预设插值算法插值计算关于预设目标高程校正点对应的高程偏差校正数据集和第二地形高程数据集，根据高程偏差校正数据集和第二地形高程数据集，校正第一地形高程数据集。本发明基于预设插值算法进行插值计算，便于得到在目标区域中预设目标高程校正点的高程校正数据集，利用断面勘测数据校正第一地形高程数据集的偏差，提高地形高程数据集的精确度，有利于广大学者全面了解更高精度的地形、地貌的具体特征。

Description

地形断面的数字高程数据的校正方法、装置及校正设备

技术领域

本发明涉及地形数据处理技术领域，具体涉及一种地形断面的数字高程数据的校正方法、装置及校正设备。

背景技术

地形断面是沿地表某一直线方向上的垂直剖面，以显示剖面线上断面地势起伏状况。例如：山脊线、山谷线以及河道等地形描述了地形的骨架结构，因此，随着数字化技术的发展，对不同地形结构的断面数据对应的数字高程数据进行综合研究，有利于分析不同位置的地形地貌的形态特征。

目前，现有技术在地形断面数据获取的过程中主要基于两种方式，第一种通过现场实际勘测获取该地形断面的测量数据，例如：对山区河道地形断面测量，主要对河床及两岸横纵断面进行测量。虽然现场实测河道断面数据，可以获取真实可靠的山区河道地形信息，但是受人力、设备和自然环境的限制，造成测量经济成本较高、测量速度较慢，并且也会导致实测的河道断面测量数据有限，该有限的实测河道断面测量数据，无法完整地勾勒出河道地形。第二种通过一组有序数值阵列形式表示地面高程，是对地面地形的数字化表达，即通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟，虽然数字高程数据是一种连续、覆盖面广、信息完整的地形高程数据，但是数字高程数据是一种实体地面模型，与实际地形相比可能存在一定程度的偏差。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种地形断面的数字高程数据的校正方法，以解决通过有限的实测河道断面测量数据，无法完整地勾勒出河道地形，或，通过一组有序数值阵列形式表示地面高程，其与实际地形相比可能存在一定程度的偏差的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种地形断面的数字高程数据的校正方法，包括如下步骤：

获取待测地形位于目标区域中的断面勘测数据集和第一地形高程数据集，所述第一地形高程数据集包括：第一经度值、第一纬度值和第一高程值；

根据所述断面勘测数据集和所述第一地形高程数据集，通过预设插值算法插值计算关于预设目标高程校正点对应的高程偏差校正数据集；

根据所述第一地形高程数据集，通过所述预设插值算法计算关于所述预设目标高程校正点对应的第二地形高程数据集，所述第二地形高程数据集包括：第二经度值、第二纬度值和第二高程值；

根据所述高程偏差校正数据集和所述第二地形高程数据集，校正所述第一地形高程数据集。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，在校正所述第一地形高程数据集的步骤之后还包括：

根据校正后的所述第一地形高程数据集，生成与其对应的高程栅格数据文件。

结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述根据所述断面勘测数据集和所述第一地形高程数据集，通过预设插值算法插值计算关于预设目标高程校正点对应的高程偏差校正数据集的步骤包括：

通过所述预设插值算法对所述第一地形高程数据集进行插值计算得到所述断面勘测数据集对应的第三地形高程数据集，所述第三地形高程数据集包括：所述第一经度值、所述第一纬度值和第三高程值；

根据所述断面勘测数据集和所述第三地形高程数据集，计算二者的高程偏差值，得到对应的高程偏差数据集；

通过所述预设插值算法对所述高程偏差数据集进行插值计算关于所述预设目标高程校正点对应的高程偏差校正值，得到所述目标区域的高程偏差校正数据集。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述高程栅格数据文件是通过地图制图软件生成。

结合第一方面或第一方面任一第一实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述预设插值算法为自然邻域插值算法。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种地形断面的数字高程数据的校正装置，包括：

获取模块，用于获取待测地形位于目标区域中的断面勘测数据集和第一地形高程数据集，所述第一地形高程数据集包括：第一经度值、第一纬度值和第一高程值；

第一插值计算模块，用于根据所述断面勘测数据集和所述第一地形高程数据集，通过预设插值算法插值计算关于预设目标高程校正点对应的高程偏差校正数据集；

第二插值计算模块，用于根据所述第一地形高程数据集，通过所述预设插值算法计算关于所述预设目标高程校正点对应的第二地形高程数据集，所述第二地形高程数据集包括：第二经度值、第二纬度值和第二高程值；

校正模块，用于根据所述高程偏差校正数据集和所述第二地形高程数据集，校正所述第一地形高程数据集。

结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，所述的地形断面的数字高程数据的校正装置，还包括：

生成模块，用于根据校正后的所述第一地形高程数据集，生成与其对应的高程栅格数据文件。

结合第二方面，在第二方面第二实施方式中，所述的地形断面的数字高程数据的校正装置，所述第一插值计算模块包括：

插值计算子模块，用于通过所述预设插值算法对所述第一地形高程数据集进行插值计算得到所述断面勘测数据集对应的第三地形高程数据集，所述第三地形高程数据集包括：所述第一经度值、所述第一纬度值和第三高程值；

差值计算子模块，用于根据所述断面勘测数据集和所述第三地形高程数据集，计算二者的高程偏差值，得到对应的高程偏差数据集；

高程偏差计算子模块，用于通过所述预设插值算法对所述高程偏差数据集进行插值计算关于所述预设目标高程校正点对应的高程偏差校正值，得到所述目标区域的高程偏差校正数据集。

根据第三方面，本发明实施例提供了一种存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现第一方面或第一方面任一项所述的地形断面的数字高程数据的校正方法的步骤。

根据第四方面，本发明实施例提供了一种校正设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现第一方面或第一方面任一实施方式中所述的地形断面的数字高程数据的校正方法的步骤。

本发明实施例技术方案，具有如下优点：

本发明提供了一种地形断面的数字高程数据的校正方法、装置、存储介质及校正设备，其中方法包括：获取待测地形位于目标区域中的断面勘测数据集及第一地形高程数据集，通过预设插值算法插值计算关于预设目标高程校正点对应的高程偏差校正数据集和第二地形高程数据集，根据高程偏差校正数据集和第二地形高程数据集，校正第一地形高程数据集。本发明基于预设插值算法进行插值计算，便于得到在目标区域中预设目标高程校正点的高程校正数据集，利用断面勘测数据校正第一地形高程数据集的偏差，提高地形高程数据集的精确度，有利于广大学者全面了解更高精度的地形、地貌的具体特征。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中地形断面的数字高程数据的校正方法的第一流程图；

图2为本发明实施例中地形断面的数字高程数据的校正方法的第二流程图；

图3为基于自然邻域算法构成的维诺图；

图4为本发明实施例中地形断面的数字高程数据的校正方法的第三流程图；

图5为本发明实施例中断面勘测数据集与高程数据集的高程偏差示意图；

图6为本发明实施例中地形断面的数字高程数据的校正装置的结构框图；

图7为本发明实施例中校正设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例提供一种地形断面的数字高程数据的校正方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤S1：获取待测地形位于目标区域中的断面勘测数据集和第一地形高程数据集，第一地形高程数据集包括：第一经度值、第一纬度值和第一高程值。此处的待测地形可以为：待测平原或待测河道或待测山脊或待测盆地，目标区域为在待测平原或待测河道或待测山脊或待测盆地中确定出的研究区域。上述位于目标区域中的断面勘测数据集可以为目标研究区域中的一组或多组的河道断面数据集，将这一组或多组的河道断面数据集作为研究区域，该地形断面勘测数据集可以提供真实可靠的待测地形信息。例如：获取待测地形的断面勘测数据集如下表1所示，该断面勘测数据集包括多个测量点的经度(x)，纬度(y)，高程(z)，本实施例中的断面勘测数据集用A表示，A＝{x₁，y₁，z₁}；

表1

上述表1中的断面勘测数据集A为在实际勘测过程中，获取青莫村沟道的横断面的数据信息。

具体地，在实际操作过程中，还需要获取第一地形高程数据集，高程数据简称DEM数据，高程数据虽然没有地形高程数据集的精度高，但是高程数据可以可全面反映待测地形特征，因此，为了全面了解待测地形特征，还需要获取第一地形高程数据集，此处的第一地形高程数据集用B表示，B＝{x₀，y₀，z₀}，该第一地形高程数据集包括：第一经度值x₀，第二纬度值y₀和第一高程值z₀。

步骤S2：根据断面勘测数据集和第一地形高程数据集，通过预设插值算法插值计算关于预设目标高程校正点对应的高程偏差校正数据集。

步骤S3：根据第一地形高程数据集，通过预设插值算法计算关于预设目标高程校正点对应的第二地形高程数据集，第二地形高程数据集包括：第二经度值、第二纬度值和第二高程值。

步骤S4：根据高程偏差校正数据集和第二地形高程数据集，校正第一地形高程数据集。基于已确定的高程偏差数据集E＝(x₃，y₃，Δz₃)和第二地形高程数据集F＝{x₃，y₃，z₃}，对实际获取的第一地形高程数据集B＝{x₀，y₀，z₀}进行校正。校正后的DEM数据集合为(x₃，y₃，z₃+Δz₃)，即得到待测地形。

在一优选的实施例中，上述步骤S3在具体执行的过程中，如图2所示，可包括如下步骤；

步骤S31：通过预设插值算法对第一地形高程数据集进行插值计算得到断面勘测数据集对应的第三地形高程数据集，第三地形高程数据集包括：第一经度值、第一纬度值和第三高程值。可见，第三地形高程数据集与断面勘测数据集的经度相同，第三地形高程数据集与断面勘测数据集的纬度相同，只是高程不同。第三地形高程数据集为C＝{x₁，y₁，z₂}，断面勘测数据集A＝{x₁，y₁，z₁}。

具体地，本发明实施例中的预设插值算法可以为自然邻域插值算法。当然，本实施例中的预设插值算法还可以为其它类型的差值算法，并不以此为限制。自然邻域插值算法主要在二维空间中进行分析计算，此处以二维平面R替代三维空间D以作出重点区分。例如：第一地形高程数据集中某一样本点Xi(x_i，y_i)为目标区域的平面R内任意一点，则对于点数据集{Xi}∈R，其中每一个样本点周围所形成的维诺图区域内任意一点{v}到该目标样本点的距离小于到其他样本点的距离，表示为：

V_K＝{v∈R|d(v，x_k)≤d(v，x_i)；

其中Vk表示整个维诺图的任一组分，如图3所示，V为组分区域内除了样本点之外的任意点数据，在图1中，样本点可以是V1、V2及V3，d(V，X)表示V与X之间的距离；当扩展到整个区域时，由于点V到某一直线L的距离无限趋近于点与过该点所作的直线的垂足1，即：

d(v，L)＝inf{d(v，1)|l∈L}；

每个子区域的划分可以看作样本点与邻近点作垂直平分线并依次连接组合而成的多边形。

根据目标区域，定义高程函数f为描述目标区域点集高程的映射，则对于某一点X，其维诺图内邻近点的预测高程以表示为：

式中w_k(X)表示预测点vk在目标区域点X处的权重，可以用一种简单的情况考虑为取决于未知点围成的面积与到区域点的维诺图面积之比，在已建立的维诺图中可以定义为：

其中S表示一定数量点所围成的面积；

综上，如果vk表示一定数量的插值点，f(vk)为插值点根据已知区域点高程的预测值，则对于区域点所生成的N个闭合区域：

通过上述自然邻域插值算法对第一地形高程数据集B＝{x₀，y₀，z₀}进行插值计算可以得到断面勘测数据集A＝{x₁，y₁，z₁}对应的第三地形高程数据集C＝{x₁，y₁，z₂}

步骤S32：根据断面勘测数据集和第三地形高程数据集，计算二者的高程偏差值，得到对应的高程偏差数据集。由于断面勘测数据集A＝{x₁，y₁，z₁}，第三地形高程数据集C＝{x₁，y₁，z₂}，因此，计算断面勘测数据集和第三地形高程数据集二者的高程偏差值，因此，高程偏差数据集D为：

D＝(x₁，y₁，Δz₁₂＝z₁-z₂)。

步骤S33：通过预设插值算法对高程偏差数据集进行插值计算关于预设目标高程校正点对应的高程偏差校正值，得到目标区域的高程偏差校正数据集。此处的预设目标高程校正点为待测地形在目标区域中预先指定的某个校正点，该校正点可以为(x₃，y₃)，该校正点可以选取具有较高分辨率的经度、纬度。此处的预设插值算法仍利用上述中的自然邻域插值算法对高程偏差数据集D＝(x₁，y₁，Δz₁₂＝z₁-z₂)进行插值计算得到关于预设目标高程校正点(x₃，y₃)对应的高程偏差校正集E；E＝(x₃，y₃，Δz₃)。

具体地，上述步骤S4中根据第一地形高程数据集，通过预设插值算法计算关于预设目标高程校正点对应的第二地形高程数据集，第二地形高程数据集包括：第二经度值、第二纬度值和第二高程值。通过预设插值算法对第一地形高程数据集进行插值计算关于预设目标高程校正点对应的第二地形高程数据集，第二高程数据集包括：第二经度值、第二纬度值和第二高程值。预设目标高程校正点的经纬度坐标为(x₃，y₃)，此处的预设插值算法仍为上述中的自然邻域插值算法，基于该自然邻域插值算法对第一地形高程数据集B＝{x₀，y₀，z₀}进行插值计算得到关于预设目标高程校正点(x₃，y₃)对应的第二地形高程数据集F＝{x₃，y₃，z₃}。

通过上述步骤S1-步骤S4，基于断面勘测数据集，多次利用自然邻域插值算法对第一地形高程数据集进行插值计算，便于得到在目标区域中预先指定点的高程校正数据集，以实现对第一地形高程数据集进行高程偏差校正，以免第一地形高程数据集出现较大的高程偏差，进而可以提高地形高程数据集的精确度，有利于广大学者全面了解更高精度的地形、地貌的具体特征。

在一具体实施例中，本发明实施例中的地形断面的数字高程数据的校正方法，如图4所示，在校正第一地形高程数据集的步骤S4之后还包括：

步骤S5：根据校正后的第一地形高程数据集，生成与其对应的高程栅格数据文件。对第一地形高程数据集进行校正后，为了便于广大学者全面了解地形的概况，可以利用地图制图软件将校正后的第一地形高程数据集生成对应的高程栅格数据集，即DEM数据文件。该地图制图软件可以为ArcGIS软件。

本发明实施例中的地形断面的数字高程数据的校正方法，利用自然邻域插值算法对第一地形高程数据集进行插值计算得到不同的插值结果，进一步得到断面勘测数据集与第一地形高程数据集的高程偏差数据集，然后基于预设目标高程校正点再次利用自然邻域插值算法确定高程偏差校正数据集，利用该高程偏差数据集对第一地形高程数据集进行校正，以免第一地形高程数据集出现较大的高程偏差，进而可以提高地形高程数据集的精确度，有利于广大学者全面了解地形、地貌的具体特征。如图5所示，为断面勘测数据集与高程数据集的高程偏差图。

实施例2

本发明实施例提供一种地形断面的数字高程数据的校正装置，如图6所示，包括：

获取模块61，用于获取待测地形位于目标区域中的断面勘测数据集和第一地形高程数据集，第一地形高程数据集包括：第一经度值、第一纬度值和第一高程值；

第一插值计算模块62，用于根据断面勘测数据集和第一地形高程数据集，通过预设插值算法插值计算关于预设目标高程校正点对应的高程偏差校正数据集。

第二插值计算模块63，用于根据第一地形高程数据集，通过预设插值算法计算关于预设目标高程校正点对应的第二地形高程数据集，第二地形高程数据集包括：第二经度值、第二纬度值和第二高程值。

校正模块64，用于根据高程偏差校正数据集和第二地形高程数据集，校正所述第一地形高程数据集。

本发明实施例中的地形断面的数字高程数据的校正装置，还包括：

生成模块65，用于根据校正后的第一地形高程数据集，生成与其对应的高程栅格数据文件。

本发明实施例中的地形断面的数字高程数据的校正装置，在图6中，第一插值计算模块62包括：

插值计算子模块621，用于通过预设插值算法对第一地形高程数据集进行插值计算得到断面勘测数据集对应的第三地形高程数据集，第三地形高程数据集包括：第一经度值、第一纬度值和第三高程值；

差值计算子模块622，用于根据断面勘测数据集和第三地形高程数据集，计算二者的高程偏差值，得到对应的高程偏差数据集；

高程偏差计算子模块623，用于通过预设插值算法对高程偏差数据集进行插值计算关于预设目标高程校正点对应的高程偏差校正值，得到目标区域的高程偏差校正数据集。

本发明实施例中的地形断面的数字高程数据的校正装置，预设插值算法为自然邻域插值算法。

本发明实施例中的地形断面的数字高程数据的校正装置，所述高程栅格数据文件是通过地图制图软件生成。

本发明实施例中的地形断面的数字高程数据的校正装置，利用自然邻域插值算法对第一地形高程数据集进行插值计算得到不同的插值结果，进一步得到断面勘测数据集与第一地形高程数据集的高程偏差数据集，然后基于预设目标高程校正点再次利用自然邻域插值算法确定高程偏差校正数据集，利用断面勘测数据对第一地形高程数据集的偏差进行校正，可以提高地形高程数据集的精确度，有利于广大学者全面了解更高精度的地形、地貌的具体特征。

实施例3

本发明实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现实施例1中地形断面的数字高程数据的校正方法的步骤。该存储介质上还存储有断面勘测数据集、第一地形高程数据集、以及第一地形高程数据集包括的第一经度值、第一纬度值和第一高程值，第二地形高程数据集以及第二地形高程数据集包括的第二经度值、第二纬度值和第二高程值，第二地形高程数据集，高程偏差数据集，预设目标高程校正点以及高程偏差校正值，第三地形高程数据集以及第三地形高程数据集包括：第一经度值、第一纬度值和第三地形高程值以及校正后的第一地形高程数据集等。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。

实施例4

本发明实施例提供一种校正设备，如图7所示，包括存储器720、处理器710及存储在存储器720上并可在处理器710上运行的计算机程序，处理器710执行程序时实现实施例1中地形断面的数字高程数据的校正方法的步骤。

图7是本发明实施例提供的执行列表项操作的处理方法的一种校正设备的硬件结构示意图，如图7所示，该校正设备包括一个或多个处理器710以及存储器720，图7中以一个处理器710为例。

执行列表项操作的处理方法的校正设备还可以包括：输入装置730和输出装置740。

处理器710、存储器720、输入装置730和输出装置740可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。

处理器710可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器710还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种地形断面的数字高程数据的校正方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的地形断面的数字高程数据的校正方法，其特征在于，在所述校正所述第一地形高程数据集的步骤之后还包括：

3.根据权利要求1所述的地形断面的数字高程数据的校正方法，其特征在于，所述根据所述断面勘测数据集和所述第一地形高程数据集，通过预设插值算法插值计算关于预设目标高程校正点对应的高程偏差校正数据集的步骤包括：

通过所述预设插值算法对所述第一地形高程数据集进行插值计算得到所述断面勘测数据集对应的第三地形高程数据集所述第三地形高程数据集包括：所述第一经度值、所述第一纬度值和第三高程值；

根据所述断面勘测数据集和所述第三地形高程数据集，计算二者的高程偏差值，得到所述对应的高程偏差数据集；

4.根据权利要求2所述的地形断面的数字高程数据的校正方法，其特征在于，所述高程栅格数据文件是通过地图制图软件生成。

5.根据权利要求1-4任一项所述的地形断面的数字高程数据的校正方法，其特征在于，所述预设插值算法为自然邻域插值算法。

6.一种地形断面的数字高程数据的校正装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的地形断面的数字高程数据的校正装置，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求7所述的地形断面的数字高程数据的校正装置，其特征在于，所述第一插值计算模块包括：

9.一种存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述的地形断面的数字高程数据的校正方法的步骤。

10.一种校正设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-5任一项所述的地形断面的数字高程数据的校正方法的步骤。