CN111340757B - 一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法，该方法包括以下步骤：负向缓冲原始图形；计算缓冲前后图形周长的理论差值；计算缓冲前后图形周长的实际差值；根据周长理论差值与实际差值的关系判定局部狭长图斑。通过该方法，一方面，提供了一种有效的计算缓冲前后图形周长理论差值的公式，扩展了图形研究的视角和方法；另一方面，可不依赖人工目视识别，而是通过计算机程序自动地检测出局部狭长图形，有效规避了不规范的图形上图，提高了数据质量。

Description

一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法

技术领域

本发明涉及矢量图形技术领域，具体来说，涉及一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法。

背景技术

国土调查中关于矢量数据的上图，一般要求：不允许存在狭长形图斑。而关于狭长形图斑，业内一般的约定为“面积/周长＜0.2”。一个图斑，若整体上是又细又长的形状，通过前述检测方式一般可以检测出来，但如果整体上并非是狭长的形状，只在局部地区伸出来一条细长的“尾巴”(如图2所示)，此时前述的检测方法就无能无力了。在第三次全国土地调查工作中，对局部狭长图斑的定义为：图形整体上不符合“面积/周长＜0.2”，但存在局部地区呈狭长状，狭长处宽度小于0.1米且长度至少是宽度的20倍以上(且不存在小于10度的尖锐角)(如图3所示)。目前主要通过目视判断的方式来检测局部狭长图斑，缺少其它有效的检测方法。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法，该方法包括以下步骤：

S1：负向缓冲原始图形，其中，负向缓冲半径为0.05米；

S2：计算缓冲前后图形周长的理论差值，其中，计算结果称作为Δ理论周长差；

S3：计算缓冲前后图形周长的实际差值，其中，实际周长差计算公式为Δ实际周长差＝原始图形周长-负向缓冲后图形周长；

S4：判定局部狭长图斑，其中，依据Δ实际周长差和Δ理论周长差大小，判定方式分为初次判定、二次判定两个阶段。

进一步的，所述步骤S2包括以下步骤：

S21：分析缓冲前后图形周长理论差值，其中，图形周长理论差值表示为当缓冲未造成原图形基本形状的变化时，缓冲前图形周长减缓冲后图形周长的差异值；

S22：根据S21的分析，提出计算理论周长差的一般公式；

S23：对S22中提出的一般公式进行简化，改进理论周长差公式；

S24：分析改进后理论周长差公式与理论周长差公式的关系。

进一步的，所述步骤S21中，对于内外嵌套的多边形，外环比内环的周长大，周长多出来的理论值，可根据多边形的各内角和缓冲半径计算得出，其中，外环指缓冲前图形，内环指缓冲后图形，缓冲半径为负值。

进一步的，所述步骤S22中，对于任意多边形，当未因负向缓冲导致局部图形消失时，Δ理论周长差采用下列公式计算

其中，p代表多边形顶点个数，r代表缓冲半径，α代表各顶点的内角。

进一步的，所述步骤S23中，改进后的理论周长差公式为：

Δ改进理论周长差(p，r)＝6.4r，

其中，p代表多边形顶点个数，r代表缓冲半径。

进一步的，所述步骤S4包括以下步骤：

S41：初步判定，获得疑似局部狭长图斑；

S42：去除尖锐角影响的二次判定；

所述步骤S42进一步包括以下步骤：

S421：计算疑似局部狭长图斑内角角度值；

S422：删除存在小于10度内角的图斑，其中，存在小于10度内角的图斑为尖锐角图斑；

S423：获得局部狭长图斑。

本发明的有益效果：通过该方法，一方面，提供了一种有效的计算缓冲前后图形周长理论差值的公式，扩展了图形研究的视角和方法；另一方面，可不依赖人工目视识别，而是通过计算机程序自动地检测出局部狭长图形，有效规避了不规范的图形上图，提高了数据质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是根据本发明实施例所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法的流程框图；

图2是根据本发明实施例所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法的局部狭长图形效果图；

图3是根据本发明实施例所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法的局部狭长图形狭长部分示意图；

图4是根据本发明实施例所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法的非局部狭长图形缓冲前后图形对比图；

图5是根据本发明实施例所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法的局部狭长图形缓冲前后图形对比图；

图6是根据本发明实施例所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法的缓冲前后图形理论周长差计算原理图；

图7是根据本发明实施例所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法的改进理论周长差与多边形节点个数的关系曲线图；

图8是根据本发明实施例所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法的桥接状局部狭长图形；

图9是根据本发明实施例所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法的尾巴状局部狭长图形；

图10是根据本发明实施例所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法的哑铃状局部狭长图形。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明实施例所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法，包括以下步骤：

S1：负向缓冲原始图形，其中，负向缓冲半径为0.05米；

S2：计算缓冲前后图形周长的理论差值，其中，计算结果称作为Δ理论周长差；

S3：计算缓冲前后图形周长的实际差值，其中，实际周长差计算公式为Δ实际周长差＝原始图形周长-负向缓冲后图形周长；

S4：判定局部狭长图斑，其中，依据Δ实际周长差和Δ理论周长差大小，判定方式分为初次判定、二次判定两个阶段。

步骤S2包括以下步骤：

S21：分析缓冲前后图形周长理论差值，其中，图形周长理论差值表示为当缓冲未造成原图形基本形状的变化时，缓冲前图形周长减缓冲后图形周长的差异值；

S22：根据S21的分析，提出计算理论周长差的一般公式；

S23：对S22中提出的一般公式进行简化，改进理论周长差公式；

S24：分析改进后理论周长差公式与理论周长差公式的关系。

在本发明的一个具体实施例中，所述步骤S21中，对于内外嵌套的多边形，外环比内环的周长大，周长多出来的理论值，可根据多边形的各内角和缓冲半径计算得出，其中，外环指缓冲前图形，内环指缓冲后图形，缓冲半径为负值。

在本发明的一个具体实施例中，所述步骤S22中，对于任意多边形，当未因负向缓冲导致局部图形消失时，Δ理论周长差采用下列公式计算

其中，p代表多边形顶点个数，r代表缓冲半径，α代表各顶点的内角。

在本发明的一个具体实施例中，所述步骤S23中，改进后的理论周长差公式为：

Δ改进理论周长差(p，r)＝6.4r，

其中，p代表多边形顶点个数，r代表缓冲半径。

步骤S4包括以下步骤：

S41：初步判定，获得疑似局部狭长图斑；

S42：去除尖锐角影响的二次判定；

步骤S42进一步包括以下步骤：

S421：计算疑似局部狭长图斑内角角度值；

S422：删除存在小于10度内角的图斑，其中，存在小于10度内角的图斑为尖锐角图斑；

S423：获得局部狭长图斑。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

本发明的基本原理：

对图形作负向缓冲后，缓冲后的图形作为“内环”，其周长自然比作为“外环”的原图形周长要小。

如果图形的基本形状未变，只是“缩小了一圈”，其周长的差异有一个理论差值(该理论差值与图形的节点个数和缓冲半径有关)，此时实际周长差值与理论周长差值是一致的或只有很小的差异，如图4所示(白色部分为原始图形，灰色部分为缓冲后图形)。

如果缓冲后图形有明显变形，例如局部狭长的部分因缓冲而消失，则实际周长差值与理论周长差值会有较大差异，该差异值即为狭长部分的周长，如图5所示(白色部分为原始图形，灰色部分为缓冲后图形)。

在具体使用时，本发明的核心思想是通过对图形作负向缓冲后，分析其缓冲前后图形实际周长差值与理论周长差值的差异情况，进而判断图形是否属于局部狭长图形。在该核心思想的指导下，具体的操作步骤说明如下：

1.对原始图形作负向缓冲

由于局部狭长图斑的狭长部分的宽度要求小于0.1米，因此将负向缓冲的半径设定为0.1/2＝0.05米。

2.计算缓冲前后图形周长的理论差值

(1)缓冲前后图形周长理论差值分析

缓冲前后图形周长理论差值是指：若缓冲未造成原图形基本形状的变化，缓冲前图形周长减缓冲后图形周长的差异值。

对于内外嵌套的多边形，外环(此处指缓冲前图形)比内环(此处指缓冲后图形)的周长要大，周长多出来的理论值，可根据多边形的各内角和缓冲半径(缓冲半径为负值)计算得出，以图6为例，三角形各内角角度值(分别是60、90、30度)和缓冲半径(此处半径为1)，可得到外环与内环周长的理论差值为：

Δ理论周长差＝(1/tan(30))*2+(1/tan(45))*2+(1/tan(15))*2＝3.4+2+7.4＝12.8：

对于任意多边形(p代表多边形顶点个数，r代表缓冲半径，α代表各顶点的内角)，当未因负向缓冲导致局部图形消失时，Δ理论周长差符合如下公式：

(2)改进周长理论差值公式

前述Δ理论周长差(p，r)公式需要计算每个角的角度值，而计算所有的角度值需要大量的计算，比较耗时。为了节省计算时间，我们假设多边形的所有内角都是近似相等的，并用这一假设来改进理论周长差模型，称之为Δ改进理论周长差(p，r)。

多边形的内角和为180*(n-2)，因此图6三角形各内角平均角度为60度，用Δ改进理论周长差(p，r)计算外环与内环周长差值为：

Δ改进理论周长差＝1/tan(30)*2*3＝10.4。

对于任意多边形(p代表多边形顶点个数，r代表缓冲半径)，Δ改进理论周长差符合如下公式：

Δ改进理论周长差(p，r)＝r/tan(180*(p-2)/2p)*2*p。

假设r为基本单位1，以多边形节点个数作为横轴，以Δ改进理论周长差作为纵轴，Δ改进理论周长差与多边形节点个数的关系如图7所示。

根据图7，可知Δ改进理论周长差会随着边数的增加而减少，且当边数大于6后，Δ改进理论周长差始终在6-7之间(即Δ改进理论周长差是半径1的6倍到7倍之间)，并趋于6.4。由于Δ改进理论周长差趋于一个稳定的值6.4，Δ改进理论周长差公式可进一步简化为：

Δ改进理论周长差(p，r)＝6.4r。

(3)改进理论周长差与理论周长差的关系

为了提升检测效率，在实际检测中，我们用Δ改进理论周长差(p)来取代Δ理论周长差(p)，但显示易见Δ改进理论周长差(p)并不完全等同于Δ理论周长差(p)。从Δ理论周长差(p)公式可知，当存在小于90度的锐角时，Δ理论周长差(p)会大于Δ改进理论周长差(p)，且锐角越小，这种差异会越大。我们需要首先分析改进理论周长差与理论周长差的关系，然后根据由公式得到的改进理论周长差，来估算理论周长差的值。

假设存在一个允许的最小锐角(即10度。因为当存在小于10度角时，不符合局部狭长图形的定义)，仅该角产生的理论周长差＝r/tan(5)*2＝22.8r，该值是6.4r的3.x倍(理论周长差与改进理论周长差倍数关系以下简称倍率值)。

同理，若同时存在2个10度角时，Δ理论周长差45.6r是6.4r的7.x倍。

或者，若同时存在5个30度角时，Δ理论周长差r/tan(15)*2*5＝37是6.4r的5.x倍。

不同的图形，其倍率值是不一样。并且，角度越小，倍率值越大；锐角个数越多，倍率值越大。

通过对近20000个三调图斑的分析，发现当存在局部狭长时，Δ理论周长差/6.4r一般(符合97％以上)大于8；当不存在局部狭长时，Δ理论周长差/6.4r一般小于8。因此，我们将8设定为倍率值。即：

Δ理论周长差(p，r)＝6.4r*8＝51.2r。

3.计算缓冲前后图形周长的实际差值

使用GIS软件的周长计算工具，分别计算原始图形和负向缓冲后图形的周长，并计算Δ实际周长差：

Δ实际周长差＝原始图形周长-负向缓冲后图形周长。

4.局部狭长图斑的判定

(1)初次判定

若Δ实际周长差＞Δ理论周长差，则将其视作疑似局部狭长图斑，在下一步进行进一步确认；若Δ实际周长差＜＝Δ理论周长差，将不属于局部狭长图斑。

(2)去除尖锐角影响的二次判定

上一步判定得到的疑似局部狭长图斑，极有可能是存在尖锐角的尖锐角图斑，需要将这部分图斑排除。通过对疑似局部狭长图斑计算各内角角度值，删除存在小于10度内角的尖锐角图斑，剩下的即为最终检测出的局部狭长图斑了。

实施方案(如图1所示)：

1.对待检图形A作负向缓冲得到B，缓冲半径为-0.05米；

2.根据A的节点个数，通过Δ理论周长差(p，r)公式得到理论周长差；

3.用A的周长-B的周长，得到Δ实际周长差；

4.判断实际周长差与理论周长差的大小，若实际周长差大于理论周长差，则属于疑似局部狭长图形；若实际周长差小于理论周长差，则不属于局部狭长图形；

5.从疑似局部狭长图形中排除尖锐角图形，剩余的图形为局部狭长图形。

在本发明的一个具体实施例中，如图8-10所示，根据实施方案进行实际检测，较精确地识别出局部狭长图形。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过该方法，一方面，提供了一种有效的计算缓冲前后图形周长理论差值的公式，扩展了图形研究的视角和方法；另一方面，可不依赖人工目视识别，而是通过计算机程序自动地检测出局部狭长图形，有效规避了不规范的图形上图，提高了数据质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：负向缓冲原始图形，其中，负向缓冲半径为0.05米；

S2：计算缓冲前后图形周长的理论差值，其中，计算结果称作为Δ理论周长差；

S3：计算缓冲前后图形周长的实际差值，其中，实际周长差计算公式为Δ实际周长差＝原始图形周长-负向缓冲后图形周长；

S4：判定局部狭长图斑，其中，依据Δ实际周长差和Δ理论周长差大小，判定方式分为初次判定、二次判定两个阶段。

2.根据权利要求1所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

S21：分析缓冲前后图形周长理论差值，其中，图形周长理论差值表示为当缓冲未造成原图形基本形状的变化时，缓冲前图形周长减缓冲后图形周长的差异值；

S22：根据S21的分析，提出计算理论周长差的一般公式；

S23：对S22中提出的一般公式进行简化，改进理论周长差公式；

S24：分析改进后理论周长差公式与理论周长差公式的关系。

3.根据权利要求1所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法，其特征在于，所述步骤S21中，对于内外嵌套的多边形，外环比内环的周长大，周长多出来的理论值，可根据多边形的各内角和缓冲半径计算得出，其中，外环指缓冲前图形，内环指缓冲后图形，缓冲半径为负值。

4.根据权利要求3所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法，其特征在于，所述步骤S22中，对于任意多边形，当未因负向缓冲导致局部图形消失时，Δ理论周长差采用下列公式计算

其中，p代表多边形顶点个数，r代表缓冲半径，α代表各顶点的内角。

5.根据权利要求3所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法，其特征在于，所述步骤S23中，改进后的理论周长差公式为：

Δ改进理论周长差(p，r)＝6.4r，

其中，p代表多边形顶点个数，r代表缓冲半径。

6.根据权利要求1所述的一种局部狭长土地利用矢量图形的检测方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：

S41：初步判定，获得疑似局部狭长图斑；

S42：去除尖锐角影响的二次判定；

所述步骤S42进一步包括以下步骤：

S421：计算疑似局部狭长图斑内角角度值；

S422：删除存在小于10度内角的图斑，其中，存在小于10度内角的图斑为尖锐角图斑；

S423：获得局部狭长图斑。

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