CN113496551B - 一种基于地质露头三维模型的地形剖面线绘制方法 - Google Patents

一种基于地质露头三维模型的地形剖面线绘制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于地质露头三维模型的地形剖面线绘制方法，基本步骤为从地质露头三维模型中选定两点，在两点间进行等距离插值，通过地质露头三维模型获取各点高程信息；提取目标剖面曲线极值点，根据极值点对高程点进行分组处理；对用于绘制目标曲线的高程点进行第一次抽稀处理；在每组高程点中进行第二次抽稀处理，删除不满足条件的高程点，使用剩余高程点进行剖面曲线的绘制。本发明提供的方法具有适用范围广、科学合理、易于实现、由整体到局部、精度高、生成效率高等优点，通过加密插值高程点和精准抽稀高程点提高绘制地形剖面线的准确性与效率。

Description

一种基于地质露头三维模型的地形剖面线绘制方法
技术领域
本发明涉及摄影测量与地质研究技术领域，尤其涉及数字地形剖面分析领域，具体的说是一种基于地质露头三维模型的地形剖面线绘制方法。
背景技术
地形剖面线是用于表示地表从一个点出发到另一个点沿途的地形变化情况的曲线，是地形剖面分析的基础，地形剖面线的绘制精度与效率影响着数字地形分析的整体精度和效率，研究某一区域地形的剖面线，对于地质、测绘工作的开展具有重要意义。地形剖面线分析是数字地形模型的主要应用，它以曲线代替面来描述研究区域的地形特征，为地形研究提供了高效、便捷的研究方法。地形剖面线的生成是地形剖面分析的基础，是后续各项分析的保障，因此，研究出一种高效率、高精度的地形剖面线生成算法显得十分必要。
目前，已有的一些地形剖面线生成算法是利用所选剖面和数字地形图上地形表面的交点来绘制，但此类方法在地形起伏大、变化剧烈的场景下存在剖面线精度低、数据冗余、生成效率低等问题，无法适用于全部地形条件。
本发明通过总结已有的剖面线生成算法，基于无人机摄影测量得到的地质露头三维模型，通过等距离加密插值高程点，对相邻点高程关系进行分析，以预设阈值为评价标准，从而删除多余高程点，提出了一种基于地质露头三维模型的地形剖面线绘制方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决现有地形剖面线生成方法中应用场景有限，剖面线生成速度慢、效率低、精度低等问题，本发明提供了一种基于地质露头三维模型的地形剖面线绘制方法，能够适用于各种复杂的地形条件。
(二)技术方案
本发明至少包含以下步骤：
(1)从地质露头三维模型中选定两点A、B，作为目标剖面曲线的起始点；
(2)获取起始点平面坐标DA(xA,yA)和DB(xB,yB)，在两点间进行等距离插值，具体步骤为：
1)利用起始点平面坐标DA(xA,yA)和DB(xB,yB)，计算两端点间的水平距离，记作Dist，计算插值后得到的总点数，记作n，n为整数且满足公式：
Figure BDA0003207680700000021
其中，R为采集影像的空间分辨率，
Figure BDA0003207680700000022
表示向下取整；
2)插值得到两点间各点的坐标Di为(xi,yi)，1≤i≤n，xi,yi满足公式：
Figure BDA0003207680700000023
3)通过地质露头三维模型获取Di的高程信息Ei，1≤i≤n，连接所有插值点，构成初始曲线；
(3)提取初始曲线高程极值点并对高程点进行分组处理：
1)提取初始曲线的高程极值点，依次比较Dj与左右两相邻点Dj-1、Dj+1的高程关系，1<j<n，若高程满足关系Ej>Ej+1且Ej>Ej-1，或Ej<Ej+1且Ej<Ej-1，则将Dj标记为目标曲线高程极值点，并以高程极值点和端点作为分界点，记作Cm，统计分界点个数，记作c,1≤m≤c；
2)对初始曲线上的高程点进行分组处理，将分界点及分界点之间的高程点分为一组，组号记作Bl，计算总组数，记作q，1≤l≤q，分别计算各组高程点数，记作Nl；Bl组内含有点
Figure BDA0003207680700000024
1≤r≤Nl，其中
Figure BDA0003207680700000025
即为分界点Cl，
Figure BDA0003207680700000026
即为分界点Cl+1，
Figure BDA0003207680700000027
表示第l组的第r个高程点；
(4)对初始曲线上的高程点进行第一次抽稀处理，具体步骤为：
1)将各高程点组Bl的两端点连接为直线，计算两端点之间的各点
Figure BDA0003207680700000028
与直线的距离，最大值记作
Figure BDA0003207680700000029
2)判断每组距离最大值
Figure BDA00032076807000000210
与预设阈值Th1的大小关系，若
Figure BDA00032076807000000211
大于预设阈值Th1，则将
Figure BDA0003207680700000031
对应的高程点
Figure BDA00032076807000000310
保留，否则，将两端点之间的全部高程点删除，其中预设阈值Th1满足条件：
Th1＝10·R
其中，R为采集影像的空间分辨率；
3)以保留点和端点为新端点将该组高程点进行再次分段处理，重复上述过程，直至曲线上全部点均满足要求；
4)重新分别计算各组剩余高程点数，记作Ml；
(5)对初始曲线上的各组高程点进行第二次抽稀处理，依次计算各高程点组Bl中各点
Figure BDA0003207680700000032
与左右两相邻点
Figure BDA0003207680700000033
的高程差,1<k<Ml；若计算点
Figure BDA0003207680700000034
与左右两相邻保留点
Figure BDA0003207680700000035
中至少一点的高程差大于阈值Th2，则将点
Figure BDA0003207680700000036
保留；否则，将高程点
Figure BDA0003207680700000037
删除，并将其右侧相邻点
Figure BDA0003207680700000038
设置为计算点，
Figure BDA0003207680700000039
为其左侧相邻点，更新点集中高程点的序号；重复步骤(5)，直到计算点为初始曲线的右端点DB；
其中预设高程差阈值Th2满足条件：
Th2＝5·R
其中，R为采集影像的空间分辨率；
(6)重新连接剩余高程点，构成目标剖面线曲线。
(三)有益效果
本发明以地质露头三维模型为基础，算法操作由整体到局部，具有流程严密准确，算法简单易懂，操作容易实现等特点。通过该方法进行地形剖面线绘制，可以提高地形剖面线绘制的精度和工作效率，提高数字地形分析工作的整体工作效率和精度。
附图说明
图1为本发明实施的步骤流程图，
图2为提取目标曲线极值点的过程示意图，
图3为对各组高程点进行第一次抽稀处理的过程示意图，
图4为对各组高程点进行第二次抽稀处理的过程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述：
参照图1，本发明的具体实施步骤为：
(1)从通过无人机摄影测量得到的地质露头三维模型中选定两点A、B，作为目标剖面曲线的起始点；
(2)通过鼠标点击事件或键盘输入获取起始点平面坐标DA(xA,yA)和DB(xB,yB)，在两点间进行等距离插值，得到一组密集的点坐标，再通过地质露头三维模型获取各点的高程信息，具体步骤为：
1)利用起始点平面坐标DA(xA,yA)和DB(xB,yB)计算两端点间的水平距离，记作Dist，计算插值后得到的总点数，记作n，n为整数且满足公式：
Figure BDA0003207680700000041
其中，R为采集影像的空间分辨率，
Figure BDA0003207680700000042
表示向下取整；
2)插值得到两点间各点的平面坐标Di为(xi,yi)，1≤i≤n，xi,yi满足公式：
Figure BDA0003207680700000043
3)通过地质露头三维模型获取Di的高程信息Ei，1≤i≤n，得到各点的三维坐标，连接两端点A、B所有插值点，构成初始曲线；
(3)参照图2，提取初始曲线高程极值点并对高程点进行分组处理,具体步骤为：
1)提取初始曲线的高程极值点，依次比较Dj与左右两相邻点Dj-1、Dj+1的高程关系，1<j<n，若高程满足关系Ej>Ej+1且Ej>Ej-1，或Ej<Ej+1且Ej<Ej-1，则将Dj标记为目标曲线高程极值点，并以高程极值点和端点作为分界点，记作Cm，统计分界点个数，记作c,1≤m≤c；
2)对初始曲线上的高程点进行分组处理，将分界点及分界点之间的高程点分为一组，组号记作Bl，计算总组数，记作q，1≤l≤q，分别计算各组高程点数，记作Nl；Bl组内含有点
Figure BDA0003207680700000051
1≤r≤Nl，其中
Figure BDA00032076807000000518
即为分界点Cl，
Figure BDA0003207680700000052
即为分界点Cl+1，
Figure BDA0003207680700000053
表示第l组的第r个高程点；
(4)参照图3，对初始曲线上的高程点进行第一次抽稀处理，具体步骤为：
1)将各高程点组Bl的两端点连接为直线，计算两端点之间的各点
Figure BDA0003207680700000054
与直线的距离，最大值记作
Figure BDA0003207680700000055
2)判断每组距离最大值
Figure BDA0003207680700000056
与预设阈值Th1的大小关系，若
Figure BDA0003207680700000057
大于预设阈值Th1，则将
Figure BDA0003207680700000058
对应的高程点
Figure BDA0003207680700000059
保留，否则，将两端点之间的全部高程点删除，其中预设阈值Th1满足条件：
Th1＝10·R
其中，R为采集影像的空间分辨率；
3)以保留点和端点为新端点将该组高程点进行再次分段处理，重复上述过程，直至曲线上全部点均满足要求；
4)重新分别计算各组剩余高程点数，记作Ml；
(5)参照图4，对初始曲线上的各组高程点进行第二次抽稀处理，依次计算各高程点组Bl中各点
Figure BDA00032076807000000510
与左右两相邻点
Figure BDA00032076807000000511
的高程差,1<k<Ml；若计算点
Figure BDA00032076807000000512
与左右两相邻保留点
Figure BDA00032076807000000513
中至少一点的高程差大于阈值Th2，则将点
Figure BDA00032076807000000514
保留；否则，将高程点
Figure BDA00032076807000000515
删除，并将其右侧相邻点
Figure BDA00032076807000000516
设置为计算点，
Figure BDA00032076807000000517
为其左侧相邻点，更新点集中高程点的序号；重复步骤(5)，直到计算点为初始曲线的右端点DB；
其中预设高程差阈值Th2满足条件：
Th2＝5·R
其中，R为采集影像的空间分辨率；
(6)重新连接剩余高程点，构成目标剖面线曲线。

Claims (1)

1.一种基于地质露头三维模型的地形剖面线绘制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)从地质露头三维模型中选定两点A、B，作为目标剖面曲线的起始点；
(2)获取起始点平面坐标DA(xA,yA)和DB(xB,yB)，在两点间进行等距离插值，具体方法为：
1)利用起始点平面坐标DA(xA,yA)和DB(xB,yB)，计算两端点间的水平距离，记作Dist，计算插值后得到的总点数，记作n，n为整数且满足公式：
Figure FDA0003512501980000011
其中，R为采集影像的空间分辨率，
Figure FDA0003512501980000012
表示向下取整；
2)插值得到两点间各点的坐标Di为(xi,yi)，1≤i≤n，xi,yi满足公式：
Figure FDA0003512501980000013
3)通过地质露头三维模型获取Di的高程信息Ei，1≤i≤n，连接所有插值点，构成初始曲线；
(3)提取初始曲线高程极值点并对高程点进行分组处理：
1)提取初始曲线的高程极值点，依次比较Dj与左右两相邻点Dj-1、Dj+1的高程关系，1<j<n，若高程满足关系Ej>Ej+1且Ej>Ej-1，或Ej<Ej+1且Ej<Ej-1，则将Dj标记为目标曲线高程极值点，并以高程极值点和端点作为分界点，记作Cm，统计分界点个数，记作c,1≤m≤c；
2)对初始曲线上的高程点进行分组处理，将分界点及分界点之间的高程点分为一组，组号记作Bl，计算总组数，记作q，1≤l≤q，分别计算各组高程点数，记作Nl；Bl组内含有点
Figure FDA0003512501980000014
其中
Figure FDA0003512501980000015
即为分界点Cl，
Figure FDA0003512501980000016
即为分界点Cl+1，
Figure FDA0003512501980000017
表示第l组的第r个高程点；
(4)对初始曲线上的高程点进行第一次抽稀处理，具体方法为：
1)将各高程点组Bl的两端点连接为直线，计算两端点之间的各点
Figure FDA0003512501980000021
与直线的距离，最大值记作
Figure FDA0003512501980000022
2)判断每组距离最大值
Figure FDA0003512501980000023
与预设阈值Th1的大小关系，若
Figure FDA0003512501980000024
大于预设阈值Th1，则将
Figure FDA0003512501980000025
对应的高程点
Figure FDA0003512501980000026
设置为保留点，若
Figure FDA0003512501980000027
小于等于预设阈值Th1，将两端点之间的全部高程点删除，其中预设阈值Th1满足条件：
Th1＝10·R
其中，R为采集影像的空间分辨率；
3)以保留点和端点为新端点将该组高程点进行再次分段处理，重复上述过程，直至曲线上全部点均满足要求；
4)重新分别计算各组剩余高程点数，记作Ml；
(5)对初始曲线上的各组高程点进行第二次抽稀处理，依次计算各高程点组Bl中各点
Figure FDA0003512501980000028
与左右两相邻点
Figure FDA0003512501980000029
的高程差,1<k<Ml；若计算点
Figure FDA00035125019800000210
与左右两相邻保留点
Figure FDA00035125019800000211
中至少一点的高程差大于阈值Th2，则将点
Figure FDA00035125019800000212
保留；否则，将高程点
Figure FDA00035125019800000213
删除，并将其右侧相邻点
Figure FDA00035125019800000214
设置为计算点，
Figure FDA00035125019800000215
为其左侧相邻点，更新点集中高程点的序号；重复步骤(5)，直到计算点为初始曲线的右端点DB；
其中预设高程差阈值Th2满足条件：
Th2＝5·R
其中，R为采集影像的空间分辨率；
(6)重新连接剩余高程点，构成目标剖面线曲线。
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