CN112950469B - 高程地图的边界识别方法、拼接方法及系统、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高程地图的边界识别方法、拼接方法及系统、设备及介质。其中，高程地图的边界识别方法包括：对实例化为对象的目标高程地图进行水平外拓，得到外拓对象；对所述外拓对象进行边界识别，得到边界对象；若所述边界对象的属性为单一多边形类，则完成边界识别；若所述边界对象的属性不为单一多边形类，则继续对所述目标高程地图进行水平外拓，并重新对外拓对象进行边界识别。本发明提供的边界识别方法通过迭代水平外拓及边界识别，能够保证最终识别到的边界包围目标高程地图中的所有数据点，提高了边界识别的准确性，尤其适用于对数据点分散、边界形状复杂的高程地图进行边界识别。

Description

高程地图的边界识别方法、拼接方法及系统、设备及介质

技术领域

本发明涉及高程地图领域，特别涉及一种高程地图的边界识别方法及系统、一种高程地图的拼接方法及系统、电子设备及存储介质。

背景技术

高程地图的边界识别及拼接操作是风电场风资源评估过程中的重要环节。该环节将不同来源的高程地图进行拼接，生成高精度的地图数据，以此作为风电场计算流体力学建模的输入，可以提高风电场风资源评估的准确性。

对风电场进行流体力学建模时，不同精度的高程地图数据都极为重要。流体力学建模时模型水平范围通常数倍于风电场机组排布区域，为了确保模拟出的机组区域风速有较高准确度，如此大范围区域的地形数据只能从用于描述风电场及其周边大范围区域的低精度高程地图中获取。进一步地，为准确模拟出风电场机组排布区域内地形细节对风速及发电量的影响，还需要在低精度高程地图内嵌套仅用于描述风机安装大致区域的高精度高程地图的数据。

目前，主流的地图边界识别及拼接实现方式是采用第三方软件，例如MATLAB软件提供了用于识别凸包边界的函数，而真实风电场选址中的高精度高程地图的边界并不规则，无法用凸包算法准确识别其边界，容易导致边界区域的高程信息丢失精度，从而影响风电场风电资源评估的准确度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中利用第三方软件对具有不规则边界的高程地图进行边界识别存在准确度低下的缺陷，提供一种高程地图的边界识别方法及系统、一种高程地图的拼接方法及系统、电子设备及存储介质。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明的第一方面提供一种高程地图的边界识别方法，包括以下步骤：

对实例化为对象的目标高程地图进行水平外拓，得到外拓对象；

对所述外拓对象进行边界识别，得到边界对象；

若所述边界对象的属性为单一多边形类，则完成边界识别；

若所述边界对象的属性不为单一多边形类，则继续对所述目标高程地图进行水平外拓，并重新对外拓对象进行边界识别。

可选地，所述对实例化为对象的目标高程地图进行水平外拓，得到外拓对象，具体包括：根据预设的边界精度对实例化为对象的目标高程地图进行水平外拓，得到外拓对象；

所述对所述外拓对象进行边界识别，得到边界对象，具体包括：根据预设的边界精度以及预设的边界缓冲宽度对所述外拓对象进行边界识别，得到边界对象；

其中，所述边界缓冲宽度大于所述边界精度。

可选地，所述对实例化为对象的目标高程地图进行水平外拓，得到外拓对象，具体包括：将实例化为对象的目标高程地图输入Shapely库的buffer函数，返回外拓对象；

所述对所述外拓对象进行边界识别，得到边界对象，具体包括：将所述外拓对象输入Shapely库的buffer函数，返回边界对象。

本发明的第二方面提供一种高程地图的边界识别系统，包括：

外拓模块，用于对实例化为对象的目标高程地图进行水平外拓，得到外拓对象；

识别模块，用于对所述外拓对象进行边界识别，得到边界对象；

判断模块，用于判断所述边界对象的属性是否为单一多边形类，并在是的情况下完成边界识别，以及在否的情况下调用所述外拓模块和所述识别模块。

可选地，所述外拓模块具体用于根据预设的边界精度对实例化为对象的目标高程地图进行水平外拓，得到外拓对象；

所述识别模块具体用于根据预设的边界精度以及预设的边界缓冲宽度对所述外拓对象进行边界识别，得到边界对象；

其中，所述边界缓冲宽度大于所述边界精度。

可选地，所述外拓模块具体用于将实例化为对象的目标高程地图输入Shapely库的buffer函数，返回外拓对象；

所述识别模块具体用于将所述外拓对象输入Shapely库的buffer函数，返回边界对象。

本发明的第三方面提供一种高程地图的拼接方法，包括以下步骤：

利用第一方面所述的边界识别方法对第一高程地图进行边界识别，得到边界对象；

删除第二高程地图中在所述边界对象内的数据点；

将所述第一高程地图中的所有数据点以及所述第二高程地图中的剩余数据点组成集合，以实现第一高程地图和第二高程地图的拼接。

本发明的第四方面提供一种高程地图的拼接系统，包括：

处理模块，用于利用第一方面所述的边界识别方法对第一高程地图进行边界识别，得到边界对象；

删除模块，用于删除第二高程地图中在所述边界对象内的数据点；

拼接模块，用于将所述第一高程地图中的所有数据点以及所述第二高程地图中的剩余数据点组成集合，以实现第一高程地图和第二高程地图的拼接。

本发明的第五方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器以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计算机程序时实现如第一方面所述的高程地图的边界识别方法，或者如第三方面所述的高程地图的拼接方法。

本发明的第六方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的高程地图的边界识别方法，或者如第三方面所述的高程地图的拼接方法。

本发明的积极进步效果在于：通过先对目标高程地图进行水平外拓，再进行边界识别，并根据识别的边界对象的属性确定是否需要继续对目标高程地图进行水平外拓，以及在边界对象的属性为单一多边形类时完成边界识别。本发明提供的边界识别方法通过迭代水平外拓及边界识别，能够保证最终识别到的边界包围目标高程地图中的所有数据点，提高了边界识别的准确性，尤其适用于对数据点分散、边界形状复杂的高程地图进行边界识别。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种高程地图的边界识别方法的流程图。

图2为本发明实施例1提供的目标高程地图的一种示意图。

图3为本发明实施例1提供的另一种边界识别方法的流程图。

图4为对图2中的目标高程地图进行边界识别的结果示意图。

图5为本发明实施例1提供的一种高程地图的边界识别系统的结构框图。

图6为本发明实施例2提供的一种高程地图的拼接方法的流程图。

图7为本发明实施例2提供的第二高程地图的一种示意图。

图8为本发明实施例2提供的第二高程地图的另一种示意图。

图9为本发明实施例2提供的一种高程地图的拼接系统的结构框图。

图10为本发明实施例3提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

在风电场的应用场景中，用于风电场流体力学建模的高程地图数据来源主要分为两类。第一类高程地图来自开源的高程地图数据库，例如ASTER GDEM及SRTM等，此类数据的特点是大部分公开、易于获取但精度较低，一般水平方向分辨率介于30m至90m之间，大致描述了风电场及其周边大范围区域的地形变化。第二类高程地图来自基于工程需要而人工测绘的数据，此类数据为等高线数据，仅针对拟规划的风电场风机安装的大致区域，边界不规则，范围较小，但精度很高，相邻两条等高线高程差可以达到5m，能够精细刻画机组区域中的地形细节。

在风电场的应用场景中，可以利用本发明实施例提供的高程地图的边界识别方法对上述第二类高程地图进行边界识别，还可以利用本发明实施例提供的高程地图的拼接方法对上述第一类高程地图和上述第二类高程地图进行拼接。

需要说明的是，本发明实施例提供的高程地图的边界识别方法以及高程地图的拼接方法也可以应用于除风电场以外的其它场景中。

实施例1

本实施例提供一种高程地图的边界识别方法，如图1所示，包括以下步骤S101～S103：

步骤S101、对实例化为对象的目标高程地图进行水平外拓，得到外拓对象。本实施方式中，需要将目标高程地图实例化为对象，再对其进行水平外拓。

在具体实施的一个例子中，目标高程地图为针对某个风电场预选址区域获取到的上述第二类高程地图，包括等高线数据，如图2所示。将目标高程地图中每一根等高线的数据实例化为Shapely库中LineString类的对象，进一步将所有等高线的集合实例化为MultiLineString类的对象。

步骤S102、对所述外拓对象进行边界识别，得到边界对象。本实施方式中，通过识别外拓对象的边界得到边界对象。

在可选的一种实施方式中，上述步骤S101具体包括：根据预设的边界精度对实例化为对象的目标高程地图进行水平外拓，得到外拓对象。上述步骤S102具体包括：根据预设的边界精度以及预设的边界缓冲宽度对所述外拓对象进行边界识别，得到边界对象。其中，所述边界缓冲宽度大于所述边界精度。

在具体实施中，可以根据实际的应用场景以及需求预设边界精度和边界缓冲宽度。

本实施方式中，基于预设的边界精度对目标高程地图进行水平外拓，例如将目标高程地图进行水平外拓的距离为预设的边界精度。基于预设的边界精度以及预设的边界缓冲宽度对外拓对象进行边界识别，例如基于边界缓冲宽度与边界精度之差识别外拓对象的边界。

在可选的一种实施方式中，利用Shapely库中的buffer函数进行水平外拓和边界识别，其中，buffer函数可以实现平面几何元素例如点、线、多边形及其集合的边界外拓。上述步骤S101具体包括：将实例化为对象的目标高程地图输入Shapely库的buffer函数，返回外拓对象。上述步骤S102具体包括：将所述外拓对象输入Shapely库的buffer函数，返回边界对象。

步骤S103、判断所述边界对象的属性是否为单一多边形类，即单一Polygon类，若是，则完成边界识别，结束流程。若否，则返回步骤S101，继续对所述目标高程地图进行水平外拓，并重新对外拓对象进行边界识别。

本实施方式中，通过判断边界对象的属性确定是否继续对目标高程地图进行水平外拓。若边界对象的属性为多个多边形类，说明此时识别到的边界对象未能包围目标高程系统中的所有数据点，则需要进行迭代水平外拓及边界识别，直至识别到的边界对象的属性为单一多边形类。

图3是用于示出一种边界识别方法的具体流程图。首先，将目标高程地图实例化为对象。其次，将目标高程地图中数据点的水平坐标输入buffer函数进行水平外拓，输入的宽度为n×d，buffer函数返回外拓对象。然后，将返回的外拓对象再次输入buffer函数进行边界，输入的宽度为b-n×d，buffer函数返回边界对象。若边界对象的属性不为单一多边形类，则进行n+1次迭代，将迭代次数n更新为n+1。若边界对象的属性为单一多边形类，则停止迭代，完成边界识别。其中，n为迭代次数，d为预设的边界精度，b为预设的边界缓冲宽度。

在以图2所示目标高程地图的例子中，设置边界缓冲宽度b＝50m，边界精度d＝20m，每次迭代中先计算图2的外拓对象再计算其边界对象，经过两次迭代即完成识别，识别的结果如图4所示，等高线外部不规则的闭合曲线即为最终识别完成的边界。从图4中可以看出，目标高程地图中的所有数据点被最终识别完成的边界所包围，边界识别的准确性较高。

本实施例还提供一种高程地图的边界识别系统50，如图5所示，包括外拓模块51、识别模块52以及判断模块53。

外拓模块51用于对实例化为对象的目标高程地图进行水平外拓，得到外拓对象。

识别模块52用于对所述外拓对象进行边界识别，得到边界对象。

判断模块53用于判断所述边界对象的属性是否为单一多边形类，并在是的情况下完成边界识别，以及在否的情况下调用所述外拓模块和所述识别模块。

在可选的一种实施方式中，外拓模块51具体用于根据预设的边界精度对实例化为对象的目标高程地图进行水平外拓，得到外拓对象。识别模块52具体用于根据预设的边界精度以及预设的边界缓冲宽度对所述外拓对象进行边界识别，得到边界对象。

在可选的一种实施方式中，外拓模块51具体用于将实例化为对象的目标高程地图输入Shapely库的buffer函数，返回外拓对象。识别模块52具体用于将所述外拓对象输入Shapely库的buffer函数，返回边界对象。

实施例2

本实施例提供一种高程地图的拼接方法，如图6所示，包括以下步骤S601～S603：

步骤S601、利用实施例1提供的边界识别方法对第一高程地图进行边界识别，得到边界对象。

步骤S602、删除第二高程地图中在所述边界对象内的数据点。

在具体实施的一个例子中，利用Shapely库中的within函数判断第二高程地图中的数据点是否在上述边界对象的内部，具体地，将第二高程地图中的数据点以及上述边界对象输入within函数，根据within函数的返回结果判断数据点是否在上述边界对象的内部，若是，则删除该数据点对应的实例对象。

步骤S603、将所述第一高程地图中的所有数据点以及所述第二高程地图中的剩余数据点组成集合，以实现第一高程地图和第二高程地图的拼接。

本实施方式中，利用实施例1提供的边界识别方法对第一高程地图进行边界识别，得到边界对象，识别完成后再将第二高程地图中位于边界对象内部的数据点删除，并替换为第一高程地图中的数据点，实现两个高程地图的拼接。

图7是用于示出一种第二高程地图的示意图。在一个具体的例子中，基于SRTM数据库以及给定拟进行流体建模区域的边界拐点坐标，提取出区域内低精度的高程及水平坐标信息，得到如图7所示的低精度的第二高程地图。其中，第一高程地图以图2所示的高精度的目标高程地图为例，将其在图7所示的第二高程地图中的范围大致用方框标识出，如图8所示。本例子中，将图2中的所有数据点以及图8中方框以外的数据点组成集合，即将图8方框中的数据点替换为图2中的数据点，以完成第一高程地图和第二高程地图的拼接。

将本实施方式提供的高程地图的拼接方法应用于风电场场景中能够提高风电场流体力学建模的精度，从而提升风电场风资源、发电量评估的准确度。

本实施例还提供一种高程地图的拼接系统90，如图9所示，包括处理模块91、删除模块92以及拼接模块93。

处理模块91用于利用实施例1提供的边界识别方法对第一高程地图进行边界识别得到边界对象。

删除模块92用于删除第二高程地图中在所述边界对象内的数据点。

拼接模块93用于将所述第一高程地图中的所有数据点以及所述第二高程地图中的剩余数据点组成集合，以实现第一高程地图和第二高程地图的拼接。

实施例3

图10为本实施例提供的一种电子设备的结构示意图。所述电子设备包括存储器、处理器、存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序以及实现不同功能的多个子系统，所述处理器执行所述程序时实现实施例1的高程地图的边界识别方法或者实施例2的高程地图的拼接方法。图10显示的电子设备3仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

电子设备3的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器4、上述至少一个存储器5、连接不同系统组件(包括存储器5和处理器4)的总线6。

总线6包括数据总线、地址总线和控制总线。

存储器5可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)和/或高速缓存存储器，还可以进一步包括只读存储器(ROM)。

存储器5还可以包括具有一组(至少一个)程序模块的程序/实用工具，这样的程序模块包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

处理器4通过运行存储在存储器5中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如本发明实施例1的高程地图的边界识别方法或者实施例2的高程地图的拼接方法。

电子设备3也可以与一个或多个外部设备7(例如键盘、指向设备等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口8进行。并且，电子设备3还可以通过网络适配器9与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图10所示，网络适配器9通过总线6与电子设备3的其它模块通信。应当明白，尽管图10中未示出，可以结合电子设备3使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID(磁盘阵列)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。

实施例4

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现实施例1的高程地图的边界识别方法或者实施例2的高程地图的拼接方法。

其中，可读存储介质可以采用的更具体可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。

在可能的实施方式中，本发明还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行实现实施例1的高程地图的边界识别方法或者实施例2的高程地图的拼接方法。

其中，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明的程序代码，所述程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高程地图的边界识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

对实例化为对象的目标高程地图进行一段距离的水平外拓，得到外拓对象；

对所述外拓对象的边界进行识别，得到边界对象；

若所述边界对象的属性为单一多边形类，则完成边界识别；

若所述边界对象的属性不为单一多边形类，则继续对所述目标高程地图进行水平外拓，并重新对外拓对象进行边界识别。

2.如权利要求1所述的边界识别方法，其特征在于，所述对实例化为对象的目标高程地图进行水平外拓，得到外拓对象，具体包括：根据预设的边界精度对实例化为对象的目标高程地图进行水平外拓，得到外拓对象；

所述对所述外拓对象进行边界识别，得到边界对象，具体包括：根据预设的边界精度以及预设的边界缓冲宽度对所述外拓对象进行边界识别，得到边界对象；

其中，所述边界缓冲宽度大于所述边界精度。

3.如权利要求1或2所述的边界识别方法，其特征在于，所述对实例化为对象的目标高程地图进行水平外拓，得到外拓对象，具体包括：将实例化为对象的目标高程地图输入Shapely库的buffer函数，返回外拓对象；

所述对所述外拓对象进行边界识别，得到边界对象，具体包括：将所述外拓对象输入Shapely库的buffer函数，返回边界对象。

4.一种高程地图的边界识别系统，其特征在于，包括：

外拓模块，用于对实例化为对象的目标高程地图进行一段距离的水平外拓，得到外拓对象；

识别模块，用于对所述外拓对象的边界进行识别，得到边界对象；

判断模块，用于判断所述边界对象的属性是否为单一多边形类，并在是的情况下完成边界识别，以及在否的情况下调用所述外拓模块和所述识别模块。

5.如权利要求4所述的边界识别系统，其特征在于，所述外拓模块具体用于根据预设的边界精度对实例化为对象的目标高程地图进行水平外拓，得到外拓对象；

所述识别模块具体用于根据预设的边界精度以及预设的边界缓冲宽度对所述外拓对象进行边界识别，得到边界对象；

其中，所述边界缓冲宽度大于所述边界精度。

6.如权利要求4或5所述的边界识别系统，其特征在于，所述外拓模块具体用于将实例化为对象的目标高程地图输入Shapely库的buffer函数，返回外拓对象；

所述识别模块具体用于将所述外拓对象输入Shapely库的buffer函数，返回边界对象。

7.一种高程地图的拼接方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用如权利要求1-3中任一项所述的边界识别方法对第一高程地图进行边界识别，得到边界对象；

删除第二高程地图中在所述边界对象内的数据点；

将所述第一高程地图中的所有数据点以及所述第二高程地图中的剩余数据点组成集合，以实现第一高程地图和第二高程地图的拼接。

8.一种高程地图的拼接系统，其特征在于，包括：

处理模块，用于利用如权利要求1-3中任一项所述的边界识别方法对第一高程地图进行边界识别，得到边界对象；

删除模块，用于删除第二高程地图中在所述边界对象内的数据点；

拼接模块，用于将所述第一高程地图中的所有数据点以及所述第二高程地图中的剩余数据点组成集合，以实现第一高程地图和第二高程地图的拼接。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器以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计算机程序时实现如权利要求1-3中任一项所述的高程地图的边界识别方法，或者如权利要求7所述的高程地图的拼接方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-3中任一项所述的高程地图的边界识别方法，或者如权利要求7所述的高程地图的拼接方法。

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