CN115690193A - 一种对于非均匀分布海图深度信息栅格化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对于非均匀分布海图深度信息栅格化方法，属于海洋智能技术领域。包括原始深度数据栅格化、空白行或空白列元素处理、个别空白元素处理、海岛范围深度处理四个算法；通过数学插值和图像处理的方法，对原始海深数据均匀栅格化，最终使栅格化后的深度数据均匀、安全、可靠，可以直接运用到路径规划或路径导航等实际工程问题中。
Description
技术领域
本发明涉及的是海洋智能技术领域，具体涉及一种对于非均匀分布海图深度信息栅格化方法。
背景技术
海洋是生命的摇篮，占地球总面积的近3/4，它为人类的发展提供了众多资源与服务，地球上所有生物都与海洋息息相关。新时代，是探索海洋的时代，谁能了解深海、走入深海、探索深海，谁就占据了时代的话语权。
海洋的深度信息是海洋研究领域发展的基础，航行器的路径规划、探测搜索等任务都离不开海洋的深度信息。由于海洋环境的复杂性，提前获取海洋的深度信息对海洋作业就显得尤为重要。
我们在进行航行器的路径规划时，需要按照某一特定步长，将目标海域经纬度栅格化，根据每一栅格处的海深信息进行能耗最优或路程最优的路径规划。但在探测船实际探测海深时，等步长的测量深度显然不太现实，大多数探测得到的海深信息分布不均匀，没办法直接用于航行器的路径规划等任务。
发明内容
要解决的技术问题
为了解决海深原始数据步长精度分布不均匀，无法满足实际工程应用需求的问题，本发明提供了一种对于非均匀分布海图深度信息栅格化方法。
技术方案
一种对于非均匀分布海图深度信息栅格化方法，其特征在于包括原始深度数据栅格化、空白行或空白列元素处理、个别空白元素处理、海岛范围深度处理四个算法；
所述的原始深度数据栅格化算法：将得到的原始深度数据逐个读取其经度、纬度、深度数据，并按照经纬度范围和步长精度初始化栅格行数和列数；随后逐个栅格，当该经纬度坐标点落入某一个栅格经纬度范围时，将对应深度填入栅格，当有多个经纬度坐标点落入同一栅格范围时，从航行安全角度考虑，选取绝对值最小深度值填入对应栅格，得到填充后的栅格map；
所述的空白行或空白列元素处理算法：首先按行遍历填充后的栅格，当遇到每行第一个非空白值时，将该行之前所有深度值赋该值，当遇到每行最后一个非空白值时，将该行之后所有深度值赋该值；在遇到空白值位于该行第一个非空白值和最后一个非空白值之间时，与上一有效深度按照等步长插值，按行遍历完成后记得到的插值深度栅格为map_x；再按列重新遍历填充后的栅格map，按照同样的方法，得到插值后的栅格map_y；再对map_x和map_y栅格逐个元素相加取平均值，得到map_average＝map_x+map_y；
所述的个别空白元素处理算法：首先，遍历map_average栅格，当遇到的空白值位于栅格左上角、右上角、左下角、右下角时，取临近3个栅格处深度平均值填入，当遇到空白值位于栅格第一行、第一列、最后一行、最后一列时，取临近5个栅格处深度平均值填入，当空白值位于栅格其他位置时，取临近8个栅格处深度平均值填入，最后得到map_reaverage栅格；
所述的海岛范围深度处理处理算法：首先将对应经纬度范围的海图输出为与栅格行列数相等像素值的图片以便于后续处理，其次利用海岛范围深度处理算法将海图二值化，由于海图中海岛的颜色和海洋的颜色深度不同，海岛会被处理为白色，海洋会被处理为黑色，最后利用算法提取白色像素点位置，在map_reaverage栅格中对对应位置赋特殊值，完成海岛范围深度处理，得到map_result栅格。
一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。
一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述的方法。
有益效果
本发明提出的一种对于非均匀分布海图深度信息栅格化方法，通过数学插值和图像处理的方法，对原始海深数据均匀栅格化，最终使栅格化后的深度数据均匀、安全、可靠，可以直接运用到路径规划或路径导航等实际工程问题中。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为原始深度数据栅格化算法框图；
图2为空白行或空白列元素处理算法框图；
图3为个别空白元素处理算法框图；
图4为海岛范围深度处理算法框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种非均匀分布海图深度栅格化方法，包含原始深度数据栅格化、空白行或空白列元素处理、个别空白元素处理、海岛范围深度处理四个算法。该方法基于插值处理和图像处理技术，先将杂乱无章的深度数据通过原始深度数据栅格化算法插入对应栅格内，再对栅格内空白值利用空白行或空白列元素处理算法、个别空白元素处理算法对其进行插值估值操作，最后利用海岛范围深度处理算法对海岛经纬度范围内深度数据填充特殊值，确保栅格化后的深度数据安全、可靠，可以直接运用到航行器路径规划等工作任务中。
一种非均匀分布海图深度栅格化方法，包含原始深度数据栅格化、空白行或空白列元素处理、个别空白元素处理、海岛范围深度处理四个算法。
如图1所示，所述原始深度数据栅格化算法，将得到的原始深度数据逐个读取其经度、纬度、深度数据，并按照经纬度范围和步长精度初始化栅格行数和列数。随后逐个栅格，当该经纬度坐标点落入某一个栅格经纬度范围时，将对应深度填入栅格，当有多个经纬度坐标点落入同一栅格范围时，从航行安全角度考虑，选取绝对值最小深度值填入对应栅格，得到填充后的栅格map。
如图2所示，所述空白行或空白列元素处理算法，在原始数据填充栅格完成后，可能存在步长精度远小于原始数据精度，或原始深度数据分布杂乱不均匀，从而栅格中出现大量空白行、空白列的问题。首先按行遍历填充后的栅格，当遇到每行第一个非空白值时，将该行之前所有深度值赋该值，当遇到每行最后一个非空白值时，将该行之后所有深度值赋该值。在遇到空白值位于该行第一个非空白值和最后一个非空白值之间时，与上一有效深度按照等步长插值，按行遍历完成后记得到的插值深度栅格为map_x。再按列重新遍历填充后的栅格map，按照同样的方法，得到插值后的栅格map_y。再对map_x和map_y栅格逐个元素相加取平均值，得到
map_average＝map_x+map_y。
如图3所示，所述个别空白元素处理算法，在对map栅格中空白行、空白列插值处理后得到map_average栅格，但当空白值所在行和所在列全为0时，还是会出现个别空白值无法处理的情况，如果忽略不处理，会对航行器路径规划带来很大威胁。首先，遍历map_average栅格，当遇到的空白值位于栅格左上角、右上角、左下角、右下角时，取临近3个栅格处深度平均值填入，当遇到空白值位于栅格第一行、第一列、最后一行、最后一列时，取临近5个栅格处深度平均值填入，当空白值位于栅格其他位置时，取临近8个栅格处深度平均值填入，最后得到map_reaverage栅格。
如图4所示，所述海岛范围深度处理算法，在原始深度数据经过栅格填充、空白值估值等操作后，虽然已经得到了栅格化的深度数据，但上述算法在对空白值的估值填充过程中，没有办法区分空白值是由于步长精度和深度数据分布不均匀带来的空白值，还是该范围内为海岛陆地，本身不存在深度值。如果不对海岛范围的深度值加以处理，在航路规划时可能会出现航行器触礁的危险，这是不能接受的。首先将对应经纬度范围的海图输出为与栅格行列数相等像素值的图片以便于后续处理，其次利用海岛范围深度处理算法将海图二值化，由于海图中海岛的颜色和海洋的颜色深度不同，海岛会被处理为白色，海洋会被处理为黑色，最后利用算法提取白色像素点位置，在map_reaverage栅格中对对应位置赋特殊值，完成海岛范围深度处理，得到map_result栅格。
本发明实施例提出了一种对于非均匀分布海图深度信息栅格化方法包括以下步骤：
步骤一：读取原始海深数据
原始海深数据一般以txt文本格式保存为3列，分别为经度数据、纬度数据、深度数据，调用matlab中importdata函数读取txt原始数据于map.mat中，保存为标准行列格式；
步骤二：确定栅格大小
读取map.mat中经度数据，并保存于lon_list数组中，调用sort函数，对lon_list数组由小到大排序，确定经度范围。读取map.mat中纬度数据，并保存于lat_list数组中，调用sort函数，对lat_list数组由小到大排序，确定纬度范围。调用N＝size(lon_list)函数统计经纬度点个数为N。利用公式x＝ceil((lat_list(N)-lat_list(1))确定栅格的行数为x，利用公式y＝ceil((lon_list(N)-lon_list(1))确定栅格的列数为y，其中ceil()函数是对计算结果进行取整操作。由此我们可以确定目标栅格大小应为x行y列；
步骤三：原始数据栅格化填充
位于m行n列初始栅格填充的数值代表经度范围在[lon_list(0)+sp*m,lon_list(0)+sp*(m+1))，纬度范围在[lat_list(0)+sp*n,lat_list(0)+sp*(n+1))的最小海洋深度值。逐个遍历原始海深数据，当其经纬度范围落入栅格范围时，将其深度值填入栅格。当其有多个经纬度落入同一栅格时，选取绝对值最小深度值填入栅格。直到遍历完所有原始海深数据，完成原始数据栅格化填充；
步骤四：栅格中空白行、空白列处理
先按行遍历栅格，当遍历到每行第一个非空白值元素时，将该行该栅格前所有空白值赋该值。当遍历到每行最后一个非空白值元素时，将该行该栅格后所有空白值赋该值。将遍历到的两个非空白值之间的空白栅格，按照等步长插值。例如，10与20之间存在4个空白栅格，从左到右分别给这4个空白栅格分别插值12、14、16、18。再按列遍历进行相同操作，将得到的插值栅格与按行遍历得到的插值栅格相加并取平均值；
步骤五：栅格中空白值处理
从左到右，从上到下遍历上一步处理后得到的栅格，当遇到的空白值位于栅格左上角、右上角、左下角、右下角时，取以该空白值为左上角、右上角、左下角、右下角，临近3个栅格处深度平均值填入。当遇到空白值位于栅格第一行、第一列、最后一行、最后一列时，取以该空白值为中心，临近5个栅格处深度平均值填入，当空白值位于栅格其他位置时，取以该空白值为中心，临近8个栅格处深度平均值填入，最后得到空白值处理完成后的栅格；
步骤六：海岛陆地范围内栅格处理
经过上述算法处理后可能会将海岛范围内的栅格也赋上深度值，所以我们还需对这些栅格做处理，处理步骤如下：
1)将对应经纬度范围的海图输出为与栅格行列数相等像素值的图片以便于后续在栅格中确定海岛位置；
2)调用～im2bw函数将海图灰度二值化，海岛会被处理为白色，海洋会被处理为黑色；
3)提取白色像素点位置，在上一步处理过的栅格中对对应位置赋特殊值，完成海岛范围深度处理，得到最终目标栅格。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种对于非均匀分布海图深度信息栅格化方法，其特征在于包括原始深度数据栅格化、空白行或空白列元素处理、个别空白元素处理、海岛范围深度处理四个算法；
所述的原始深度数据栅格化算法：将得到的原始深度数据逐个读取其经度、纬度、深度数据，并按照经纬度范围和步长精度初始化栅格行数和列数；随后逐个栅格，当该经纬度坐标点落入某一个栅格经纬度范围时，将对应深度填入栅格，当有多个经纬度坐标点落入同一栅格范围时，从航行安全角度考虑，选取绝对值最小深度值填入对应栅格，得到填充后的栅格map；
所述的空白行或空白列元素处理算法：首先按行遍历填充后的栅格，当遇到每行第一个非空白值时，将该行之前所有深度值赋该值，当遇到每行最后一个非空白值时，将该行之后所有深度值赋该值；在遇到空白值位于该行第一个非空白值和最后一个非空白值之间时，与上一有效深度按照等步长插值，按行遍历完成后记得到的插值深度栅格为map_x；再按列重新遍历填充后的栅格map，按照同样的方法，得到插值后的栅格map_y；再对map_x和map_y栅格逐个元素相加取平均值，得到map_average＝map_x+map_y；
所述的个别空白元素处理算法：首先，遍历map_average栅格，当遇到的空白值位于栅格左上角、右上角、左下角、右下角时，取临近3个栅格处深度平均值填入，当遇到空白值位于栅格第一行、第一列、最后一行、最后一列时，取临近5个栅格处深度平均值填入，当空白值位于栅格其他位置时，取临近8个栅格处深度平均值填入，最后得到map_reaverage栅格；
所述的海岛范围深度处理处理算法：首先将对应经纬度范围的海图输出为与栅格行列数相等像素值的图片以便于后续处理，其次利用海岛范围深度处理算法将海图二值化，由于海图中海岛的颜色和海洋的颜色深度不同，海岛会被处理为白色，海洋会被处理为黑色，最后利用算法提取白色像素点位置，在map_reaverage栅格中对对应位置赋特殊值，完成海岛范围深度处理，得到map_result栅格。
2.一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1所述的方法。
3.一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1所述的方法。
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| CN202211263672.2A CN115690193A (zh) | 2022-10-16 | 2022-10-16 | 一种对于非均匀分布海图深度信息栅格化方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117095134A (zh) * | 2023-10-18 | 2023-11-21 | 中科星图深海科技有限公司 | 一种三维海洋环境数据插值处理方法 |
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2022
- 2022-10-16 CN CN202211263672.2A patent/CN115690193A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117095134A (zh) * | 2023-10-18 | 2023-11-21 | 中科星图深海科技有限公司 | 一种三维海洋环境数据插值处理方法 |
| CN117095134B (zh) * | 2023-10-18 | 2023-12-22 | 中科星图深海科技有限公司 | 一种三维海洋环境数据插值处理方法 |
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