CN116186953B - 一种水准测量有向图的布局方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

一种水准测量有向图的布局方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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CN116186953B CN202310462505.9A CN202310462505A CN116186953B CN 116186953 B CN116186953 B CN 116186953B CN 202310462505 A CN202310462505 A CN 202310462505A CN 116186953 B CN116186953 B CN 116186953B
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Abstract

本申请公开了一种水准测量有向图的布局方法、装置、设备及存储介质，方法包括：根据水准高差观测数据建立所有节点的邻接关系表；初始化所有节点的第一位置信息并计算第一理想距离以及第一理想距离的第一图形能量；通过物理定律赋予每个节点斥力和拉力并根据每个节点的合力方向移动以形成第二位置信息再分别计算所有第二理想距离的第二图形能量；以图形能量为条件进行迭代计算直至节点稳定，最后输出至布局中形成最终节点，并连接相邻的最终节点，以形成水准测量有向图。本申请通过模拟物理力学过程，对水准测量控制点进行自动布局，避免了传统方法中的手动调整，有效降低了数据解算的效率，降低了工作人员的劳动强度，本申请方法简单、快速。

Description

一种水准测量有向图的布局方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本申请涉及测绘技术领域，尤其涉及一种水准测量有向图的布局方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
水准测量是现代大地测量技术中常用的一种方法，用于精确地测定地球表面的高程。水准测量系统通常由水准仪、测量员、控制点、中转点、观测点组成闭合或者复合的网型。水准仪器主要的观测值是两点之间的高差，而不对点位的平面坐标进行采集。所以在平差数据处理时水准网型属于一种没有明确平面位置信息的有向图。
目前的水准测量数据处理软件大多没有设计水准网型图的功能，而水准网型图在外业数据概算、平差计算和质量检核等方面的工作中起到了至关重要的作用。水准测量网型图的绘制，传统方法一般采用人工进行绘制，用于表示各个测段之间的观测量和数据检核条件。网型图主要有两种不同的绘制成果样式，第一种是不考虑点位的具体坐标以及相对位置，仅表示点与点之间的连接关系的有向图，另一种是考虑点位的平面位置的分布图。
传统的水准测量控制网示意图通常需要人工对每个点位进行调整，以达到较直观的效果，这种方法耗时耗力且容易出错，而考虑点位的平面分布图由于地图比例尺的限制，往往不能直观反映控制网的网型结构，在水准测量数据处理过程中，往往需要花费大量时间去寻找观测数据中的约束条件，才能进行观测数据的质量评估，导致最终的分布图拓扑关系模糊不清晰。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种水准测量有向图的布局方法、装置、设备及存储介质，以解决现有技术中现有人工绘制水准网示意图效率低以及基于实际坐标布局的拓扑关系不突出的问题。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
一种水准测量有向图的布局方法，所述布局方法包括：
步骤S1，获取至少两个水准高差观测数据，并分别根据每个水准高差观测数据构建一个节点，并获取所有节点分别与相邻的节点的邻接关系表；
步骤S2，初始化所有节点的第一位置信息，以第一预设算法计算所有节点之间的第一理想距离，并以第二预设算法分别计算所有第一理想距离的第一图形能量；
步骤S3，根据库仑定律分别定义每个节点为一个电子，并分别计算每个电子与相邻的电子之间的第一作用力，根据胡克定律分别定义每个节点与相邻的节点之间连接有一个理想弹簧，并分别计算每个理想弹簧的第二作用力；
步骤S4，根据每个节点的所述第一作用力、所述第二作用力分别获取每个节点的合力，每个节点沿自身的合力方向移动以形成第二位置信息；
步骤S5，将所述第二位置信息代入所述第一预设算法计算所有节点之间的第二理想距离，以所述第二预设算法分别计算所有第二理想距离的第二图形能量；
步骤S6，判断所述第二图形能量是否超过所述第一图形能量预设阈值，若是，则重复步骤S4至步骤S5，直至所述第二图形能量未超过所述第一图形能量所述预设阈值，则判定为节点稳定；
步骤S7，获取节点稳定后的所有节点的第三位置信息，并获取节点稳定后的所有节点的最终坐标，将所有最终坐标通过第三预设算法输出至布局中形成最终节点，并连接相邻的最终节点，以形成水准测量有向图。
作为本申请的进一步改进，步骤S1，获取至少两个水准高差观测数据，并分别根据每个水准高差观测数据构建一个节点，并获取所有节点分别与相邻的节点的邻接关系表，包括：
获取至少两组具有起点、终点、高度差、距离的数据几何；
分别根据每组数据几何构建一个所述节点；
将所有节点的名称和坐标信息分别存储为Vertex类；
将所有数据几何、所有节点与相邻的节点的邻接关系分别存储为Edge类。
作为本申请的进一步改进，步骤S2，初始化所有节点的第一位置信息，以第一预设算法计算所有节点之间的第一理想距离，并以第二预设算法分别计算所有第一理想距离的第一图形能量，包括：
根据随机函数Random()生成0至1之间的随机数，并根据所述布局的尺寸进行比例缩放，得到所述第一位置信息；
根据式（1）计算所有节点之间的第一理想距离
Figure SMS_1
：
Figure SMS_2
（1）；
其中，
Figure SMS_3
为所述布局的长度，/>
Figure SMS_4
为所述布局的宽度，/>
Figure SMS_5
为所有节点与相邻的节点连接形成的边的个数，/>
Figure SMS_6
为所有节点的个数；
根据式（2）计算所有节点与相邻的节点的第一能量
Figure SMS_7
：
Figure SMS_8
（2）；
其中，
Figure SMS_9
为所有节点之间的实际距离，/>
Figure SMS_10
为所述第一理想距离；
根据式（3）计算所有节点与不相邻的节点的第二能量
Figure SMS_11
：
Figure SMS_12
（3）；
将所有第一能量与所有第二能量相加得到所述第一图形能量。
作为本申请的进一步改进，步骤S4，根据每个节点的所述第一作用力、所述第二作用力分别获取每个节点的合力，每个节点沿自身的合力方向移动以形成第二位置信息，包括：
将所有第一作用力拆分为第一x方向力和第一y方向力，并分别将所述第一x方向力和所述第一y方向力换算为第一x方向距离和第一y方向距离，并根据式（4）和式（5）计算所有节点的第一位移距离：
Figure SMS_13
（4）；
其中，
Figure SMS_14
为第一横向位移距离，/>
Figure SMS_15
为静电力常量，/>
Figure SMS_16
为所述第一x方向距离，/>
Figure SMS_17
为所有节点之间的实际距离；
Figure SMS_18
（5）；
其中，
Figure SMS_19
为第一纵向位移距离，/>
Figure SMS_20
为静电力常量，/>
Figure SMS_21
为所述第一y方向距离，/>
Figure SMS_22
为所有节点之间的实际距离；
整合所述第一横向位移距离与所述第二横向位移距离得到所述第一位移距离；
将所有第二作用力拆分为第二x方向力和第二y方向力，并分别将所述第二x方向力和所述第二y方向力换算为第二x方向距离和第二y方向距离，并根据式（6）和式（7）计算所有节点的第二位移距离；
Figure SMS_23
（6）；
其中，
Figure SMS_24
为第二横向位移距离，/>
Figure SMS_25
为弹性系数，/>
Figure SMS_26
为所述第二x方向距离；
Figure SMS_27
（7）；
其中，
Figure SMS_28
为第二纵向位移距离，/>
Figure SMS_29
为所述第二y方向距离；
整合所述第二横向位移距离与所述第二纵向位移距离得到所述第二位移距离；
基于同一个节点的第一位移距离、第二位移距离进行累加，分别得到每个节点的累计位移；
根据每个节点的第一位置信息与每个节点的累计位移得到每个节点的第二位置信息。
作为本申请的进一步改进，步骤S7，获取节点稳定后的所有节点的第三位置信息，并获取节点稳定后的所有节点的最终坐标，将所有最终坐标通过第三预设算法输出至布局中形成最终节点，并连接相邻的最终节点，以形成水准测量有向图，包括：
根据式（8）计算所述最终节点的横坐标
Figure SMS_30
：
Figure SMS_31
（8）；
其中，
Figure SMS_32
为节点稳定后的横坐标，/>
Figure SMS_33
为最终坐标的横坐标的最小值，/>
Figure SMS_34
为最终坐标的横坐标的最大值，/>
Figure SMS_35
为所述布局的长度；
根据式（9）计算所述最终节点的纵坐标
Figure SMS_36
：
Figure SMS_37
（9）；
其中，
Figure SMS_38
为节点稳定后的横坐标，/>
Figure SMS_39
为最终坐标的横坐标的最小值，/>
Figure SMS_40
为最终坐标的横坐标的最大值，/>
Figure SMS_41
为所述布局的宽度；
整合最终节点的横坐标
Figure SMS_42
与最终节点的纵坐标/>
Figure SMS_43
得到最终节点的坐标，并在布局中输出所有最终节点；
连接相邻的最终节点，以形成所述水准测量有向图。
作为本申请的进一步改进，所述预设阈值的取值区间为[0.0001,1]。
作为本申请的进一步改进，所述静电力常量
Figure SMS_44
的取值区间为[1,10]，所述弹性系数/>
Figure SMS_45
的取值区间为[0.1,0.9]。
为实现上述目的，本申请还提供了如下技术方案：
一种水准测量有向图的布局装置，其应用于如上述的布局方法，所述布局装置包括：
观测数据与邻接关系获取模块，用于获取至少两个水准高差观测数据，并分别根据每个水准高差观测数据构建一个节点，并获取所有节点分别与相邻的节点的邻接关系表；
第一理想距离与图形能量计算模块，用于初始化所有节点的第一位置信息，以第一预设算法计算所有节点之间的第一理想距离，并以第二预设算法分别计算所有第一理想距离的第一图形能量；
第一物理模型计算模块，用于根据库仑定律分别定义每个节点为一个电子，并分别计算每个电子与相邻的电子之间的第一作用力，根据胡克定律分别定义每个节点与相邻的节点之间连接有一个理想弹簧，并分别计算每个理想弹簧的第二作用力；
第二物理模型计算模块，用于根据每个节点的所述第一作用力、所述第二作用力分别获取每个节点的合力，每个节点沿自身的合力方向移动以形成第二位置信息；
第二理想距离与图形能量计算模块，用于将所述第二位置信息代入所述第一预设算法计算所有节点之间的第二理想距离，以所述第二预设算法分别计算所有第二理想距离的第二图形能量；
迭代计算模块，用于判断所述第二图形能量是否超过所述第一图形能量预设阈值，若是，则重复所述第一物理模型计算模块与所述第二理想距离与图形能量计算模块的功能，直至所述第二图形能量未超过所述第一图形能量所述预设阈值，则判定为节点稳定；
有向图形成模块，用于获取节点稳定后的所有节点的第三位置信息，并获取节点稳定后的所有节点的最终坐标，将所有最终坐标通过第三预设算法输出至布局中形成最终节点，并连接相邻的最终节点，以形成水准测量有向图。
为实现上述目的，本申请还提供了如下技术方案：
一种电子设备，包括处理器、以及与所述处理器耦接的存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令；所述处理器执行所述存储器存储的所述程序指令时实现如上述的水准测量有向图的布局方法。
为实现上述目的，本申请还提供了如下技术方案：
一种存储介质，所述存储介质内存储有程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现能够实现如上述的水准测量有向图的布局方法。
本申请通过模拟物理力学过程，对水准测量控制点进行自动布局，避免了传统方法中的手动调整，有效降低了数据解算的效率，降低了工作人员的劳动强度，且本申请均匀的布局方式相比于现有技术中按实际点位的布局能够突出各个节点之间的关系，便于直观快速地找出水准测量控制网中的闭合约束条件，且本申请方法简单、快速、准确，可应用于各个类型的水准测量无向图、水准测量有向图的自动布局。
附图说明
图1为本申请水准测量有向图的布局方法一个实施例的步骤流程示意图；
图2为本申请水准测量有向图的布局装置一个实施例的功能模块示意图；
图3为本申请电子设备一个实施例的结构示意图；
图4为本申请存储介质一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“第一”“第二”“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至 少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
如图1所示，本实施例提供了水准测量有向图的布局方法的一个实施例，在本实施例中，该布局方法包括：
步骤S1，获取至少两个水准高差观测数据，并分别根据每个水准高差观测数据构建一个节点，并获取所有节点分别与相邻的节点的邻接关系表。
步骤S2，初始化所有节点的第一位置信息，以第一预设算法计算所有节点之间的第一理想距离，并以第二预设算法分别计算所有第一理想距离的第一图形能量。
步骤S3，根据库仑定律分别定义每个节点为一个电子，并分别计算每个电子与相邻的电子之间的第一作用力，根据胡克定律分别定义每个节点与相邻的节点之间连接有一个理想弹簧，并分别计算每个理想弹簧的第二作用力。
步骤S4，根据每个节点的第一作用力、第二作用力分别获取每个节点的合力，每个节点沿自身的合力方向移动以形成第二位置信息。
步骤S5，将第二位置信息代入第一预设算法计算所有节点之间的第二理想距离，以第二预设算法分别计算所有第二理想距离的第二图形能量。
步骤S6，判断第二图形能量是否超过第一图形能量预设阈值，若是，则重复步骤S4至步骤S5，直至第二图形能量未超过第一图形能量预设阈值，则判定为节点稳定，并执行步骤S7。
步骤S7，获取节点稳定后的所有节点的第三位置信息，并获取节点稳定后的所有节点的最终坐标，将所有最终坐标通过第三预设算法输出至布局中形成最终节点，并连接相邻的最终节点，以形成水准测量有向图。
进一步地，步骤S1具体包括如下步骤：
步骤S11，获取至少两组具有起点、终点、高度差、距离的数据几何。
步骤S12，分别根据每组数据几何构建一个节点。
步骤S13，将所有节点的名称和坐标信息分别存储为Vertex类。
步骤S14，将所有数据几何、所有节点与相邻的节点的邻接关系分别存储为Edge类。
进一步地，预设阈值的取值区间为[0.0001,1]，本实施例的优选取值为0.002。
进一步地，步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S21，根据随机函数Random()生成0至1之间的随机数，并根据布局的尺寸进行比例缩放，得到第一位置信息。
步骤S22，根据式（1）计算所有节点之间的第一理想距离
Figure SMS_46
：
Figure SMS_47
（1）。
其中，
Figure SMS_48
为布局的长度，/>
Figure SMS_49
为布局的宽度，/>
Figure SMS_50
为所有节点与相邻的节点连接形成的边的个数，/>
Figure SMS_51
为所有节点的个数。
步骤S23，根据式（2）计算所有节点与相邻的节点的第一能量
Figure SMS_52
：
Figure SMS_53
（2）。
其中，
Figure SMS_54
为所有节点之间的实际距离，/>
Figure SMS_55
为第一理想距离，/>
Figure SMS_56
为绝对值函数。
步骤S24，根据式（3）计算所有节点与不相邻的节点的第二能量
Figure SMS_57
：
Figure SMS_58
（3）。
步骤S25，将所有第一能量与所有第二能量相加得到第一图形能量。
进一步地，步骤S4具体包括如下步骤：
步骤S41，将所有第一作用力拆分为第一x方向力和第一y方向力，并分别将第一x方向力和第一y方向力换算为第一x方向距离和第一y方向距离，并根据式（4）和式（5）计算所有节点的第一位移距离：
Figure SMS_59
（4）。
其中，
Figure SMS_60
为第一横向位移距离，/>
Figure SMS_61
为静电力常量，/>
Figure SMS_62
为第一x方向距离，/>
Figure SMS_63
为所有节点之间的实际距离。
Figure SMS_64
（5）。
其中，
Figure SMS_65
为第一纵向位移距离，/>
Figure SMS_66
为静电力常量，/>
Figure SMS_67
为第一y方向距离，/>
Figure SMS_68
为所有节点之间的实际距离。
进一步地，静电力常量
Figure SMS_69
的取值区间为[1,10]，本实施例中的优选取值为1。
优选地，第一x方向力和第一y方向力分别与第一x方向距离和第一y方向距离的平方成反比（即力与距离的平方成反比），可根据实际需求设置比例系数。
步骤S42，整合第一横向位移距离与第二横向位移距离得到第一位移距离。
步骤S43，将所有第二作用力拆分为第二x方向力和第二y方向力，并分别将第二x方向力和第二y方向力换算为第二x方向距离和第二y方向距离，并根据式（6）和式（7）计算所有节点的第二位移距离。
Figure SMS_70
（6）。
其中，
Figure SMS_71
为第二横向位移距离，/>
Figure SMS_72
为弹性系数，/>
Figure SMS_73
为第二x方向距离。
Figure SMS_74
（7）。
其中，
Figure SMS_75
为第二纵向位移距离，/>
Figure SMS_76
为第二y方向距离。
进一步地，弹性系数
Figure SMS_77
的取值区间为[0.1,0.9]，本实施例中的优选取值为0.1。
优选地，第二x方向力和第二y方向力分别与第二x方向距离和第二y方向距离成正比，可根据实际需求设置比例系数。
步骤S44，整合第二横向位移距离与第二纵向位移距离得到第二位移距离。
步骤S45，基于同一个节点的第一位移距离、第二位移距离进行累加，分别得到每个节点的累计位移。
步骤S46，根据每个节点的第一位置信息与每个节点的累计位移得到每个节点的第二位置信息。
进一步地，步骤S7具体包括如下步骤：
步骤S71，根据式（8）计算最终节点的横坐标
Figure SMS_78
：
Figure SMS_79
（8）。
其中，
Figure SMS_80
为节点稳定后的横坐标，/>
Figure SMS_81
为最终坐标的横坐标的最小值，/>
Figure SMS_82
为最终坐标的横坐标的最大值，/>
Figure SMS_83
为布局的长度。
步骤S72，根据式（9）计算最终节点的纵坐标
Figure SMS_84
：
Figure SMS_85
（9）。
其中，
Figure SMS_86
为节点稳定后的横坐标，/>
Figure SMS_87
为最终坐标的横坐标的最小值，/>
Figure SMS_88
为最终坐标的横坐标的最大值，/>
Figure SMS_89
为布局的宽度。
具体地，在当前的节点根据上述的物理学模型进行定义后，在当前的节点所受到的合力为零时，判定为当前的节点处于稳定状态，即节点稳定；节点稳定后即可识别为最终节点。
步骤S73，整合最终节点的横坐标
Figure SMS_90
与最终节点的纵坐标/>
Figure SMS_91
得到最终节点的坐标，并在布局中输出所有最终节点。
步骤S74，连接相邻的最终节点，以形成水准测量有向图。
本实施例通过模拟物理力学过程，对水准测量控制点进行自动布局，避免了传统方法中的手动调整，有效降低了数据解算的效率，降低了工作人员的劳动强度，且本申请均匀的布局方式相比于现有技术中按实际点位的布局能够突出各个节点之间的关系，便于直观快速地找出水准测量控制网中的闭合约束条件，且本申请方法简单、快速、准确，可应用于各个类型的水准测量无向图、水准测量有向图的自动布局。
如图2所示，本申请还提供了水准测量有向图的布局装置的一个实施例，在本实施例中，该布局装置应用于如上述实施例中的布局方法，该布局装置包括观测数据与邻接关系获取模块1、第一理想距离与图形能量计算模块2、第一物理模型计算模块3、第二物理模型计算模块4、第二理想距离与图形能量计算模块5、迭代计算模块6、有向图形成模块7。
其中，观测数据与邻接关系获取模块1，用于获取至少两个水准高差观测数据，并分别根据每个水准高差观测数据构建一个节点，并获取所有节点分别与相邻的节点的邻接关系表；第一理想距离与图形能量计算模块2用于初始化所有节点的第一位置信息，以第一预设算法计算所有节点之间的第一理想距离，并以第二预设算法分别计算所有第一理想距离的第一图形能量；第一物理模型计算模块3用于根据库仑定律分别定义每个节点为一个电子，并分别计算每个电子与相邻的电子之间的第一作用力，根据胡克定律分别定义每个节点与相邻的节点之间连接有一个理想弹簧，并分别计算每个理想弹簧的第二作用力；第二物理模型计算模块4用于根据每个节点的第一作用力、第二作用力分别获取每个节点的合力，每个节点沿自身的合力方向移动以形成第二位置信息；第二理想距离与图形能量计算模块5用于将第二位置信息代入第一预设算法计算所有节点之间的第二理想距离，以第二预设算法分别计算所有第二理想距离的第二图形能量；迭代计算模块6用于判断第二图形能量是否超过第一图形能量预设阈值，若是，则重复第一物理模型计算模块与第二理想距离与图形能量计算模块的功能，直至第二图形能量未超过第一图形能量预设阈值，则判定为节点稳定；有向图形成模块7用于获取节点稳定后的所有节点的第三位置信息，并获取节点稳定后的所有节点的最终坐标，将所有最终坐标通过第三预设算法输出至布局中形成最终节点，并连接相邻的最终节点，以形成水准测量有向图。
进一步地，观测数据与邻接关系获取模块包括数据几何获取子模块、节点构建子模块、第一节点储存子模块、第二节点储存子模块。
其中，数据几何获取子模块用于获取至少两组具有起点、终点、高度差、距离的数据几何；节点构建子模块用于分别根据每组数据几何构建一个所述节点；第一节点储存子模块用于将所有节点的名称和坐标信息分别存储为Vertex类；第二节点储存子模块用于将所有数据几何、所有节点与相邻的节点的邻接关系分别存储为Edge类。
进一步地，第一理想距离与图形能量计算模块包括随机数生成子模块、第一理想距离计算子模块、第一能量计算子模块、第二能量计算子模块、能量整合子模块。
其中，随机数生成子模块用于根据随机函数Random()生成0至1之间的随机数，并根据所述布局的尺寸进行比例缩放，得到所述第一位置信息。第一理想距离计算子模块用于根据式（1）计算所有节点之间的第一理想距离
Figure SMS_92
：
Figure SMS_93
（1）。
其中，
Figure SMS_94
为所述布局的长度，/>
Figure SMS_95
为所述布局的宽度，/>
Figure SMS_96
为所有节点与相邻的节点连接形成的边的个数，/>
Figure SMS_97
为所有节点的个数。
第一能量计算子模块用于根据式（2）计算所有节点与相邻的节点的第一能量
Figure SMS_98
：
Figure SMS_99
（2）。
其中，
Figure SMS_100
为所有节点之间的实际距离，/>
Figure SMS_101
为所述第一理想距离。
第二能量计算子模块用于根据式（3）计算所有节点与不相邻的节点的第二能量
Figure SMS_102
：
Figure SMS_103
（3）。
能量整合子模块用于将所有第一能量与所有第二能量相加得到所述第一图形能量。
进一步地，第二物理模型计算模块包括第一位移距离计算子模块、第一位移距离整合模块、第二位移距离计算子模块、第二位移距离整合子模块、累计位移计算子模块、第二位置信息计算子模块。
其中，第一位移距离计算子模块用于将所有第一作用力拆分为第一x方向力和第一y方向力，并分别将所述第一x方向力和所述第一y方向力换算为第一x方向距离和第一y方向距离，并根据式（4）和式（5）计算所有节点的第一位移距离：
Figure SMS_104
（4）。
其中，
Figure SMS_105
为第一横向位移距离，/>
Figure SMS_106
为静电力常量，/>
Figure SMS_107
为所述第一x方向距离，/>
Figure SMS_108
为所有节点之间的实际距离。
Figure SMS_109
（5）。
其中，
Figure SMS_110
为第一纵向位移距离，/>
Figure SMS_111
为静电力常量，/>
Figure SMS_112
为所述第一y方向距离，/>
Figure SMS_113
为所有节点之间的实际距离。
第一位移距离整合模块用于整合所述第一横向位移距离与所述第二横向位移距离得到所述第一位移距离。
第二位移距离计算子模块用于将所有第二作用力拆分为第二x方向力和第二y方向力，并分别将所述第二x方向力和所述第二y方向力换算为第二x方向距离和第二y方向距离，并根据式（6）和式（7）计算所有节点的第二位移距离。
Figure SMS_114
（6）。
其中，
Figure SMS_115
为第二横向位移距离，/>
Figure SMS_116
为弹性系数，/>
Figure SMS_117
为所述第二x方向距离。
Figure SMS_118
（7）。
其中，
Figure SMS_119
为第二纵向位移距离，/>
Figure SMS_120
为所述第二y方向距离。
第二位移距离整合子模块用于整合所述第二横向位移距离与所述第二纵向位移距离得到所述第二位移距离。
累计位移计算子模块用于基于同一个节点的第一位移距离、第二位移距离进行累加，分别得到每个节点的累计位移。
第二位置信息计算子模块用于根据每个节点的第一位置信息与每个节点的累计位移得到每个节点的第二位置信息。
进一步地，有向图形成模块包括最终节点横坐标计算子模块、最终节点纵坐标计算子模块、最终节点整合子模块、有向图形成子模块。
其中，最终节点横坐标计算子模块用于根据式（8）计算所述最终节点的横坐标
Figure SMS_121
：
Figure SMS_122
（8）。
其中，
Figure SMS_123
为节点稳定后的横坐标，/>
Figure SMS_124
为最终坐标的横坐标的最小值，/>
Figure SMS_125
为最终坐标的横坐标的最大值，/>
Figure SMS_126
为所述布局的长度。
最终节点纵坐标计算子模块用于根据式（9）计算所述最终节点的纵坐标
Figure SMS_127
：
Figure SMS_128
（9）。
其中，
Figure SMS_129
为节点稳定后的横坐标，/>
Figure SMS_130
为最终坐标的横坐标的最小值，/>
Figure SMS_131
为最终坐标的横坐标的最大值，/>
Figure SMS_132
为所述布局的宽度。
最终节点整合子模块用于整合最终节点的横坐标
Figure SMS_133
与最终节点的纵坐标/>
Figure SMS_134
得到最终节点的坐标，并在布局中输出所有最终节点。
有向图形成子模块用于连接相邻的最终节点，以形成所述水准测量有向图。
需要说明的是，本实施例的监测装置基于上述实施例中的监测方法，本实施例的拓展部分及举例部分参见上述的方法实施例即可，本实施例不再赘述。
本实施例通过模拟物理力学过程，对水准测量控制点进行自动布局，避免了传统方法中的手动调整，有效降低了数据解算的效率，降低了工作人员的劳动强度，且本申请均匀的布局方式相比于现有技术中按实际点位的布局能够突出各个节点之间的关系，便于直观快速地找出水准测量控制网中的闭合约束条件，且本申请方法简单、快速、准确，可应用于各个类型的水准测量无向图、水准测量有向图的自动布局。
如图3所示，本实施例提供了电子设备的一个实施例，在本实施例中，该电子设备8包括处理器81及和处理器81耦接的存储器82。
存储器82存储有用于实现上述任一实施例的水准测量有向图的布局方法的程序指令。
处理器81用于执行存储器82存储的程序指令以进行水准测量有向图的布局。
其中，处理器81还可以称为CPU（Central Processing Unit，中央处理单元）。处理器81可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器81还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列（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。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
进一步地，图4为本申请一实施例的存储介质的结构示意图，本申请实施例的存储介质9存储有能够实现上述所有方法的程序指令91，其中，该程序指令91可以以软件产品的形式存储在上述存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或处理器（processor）执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，或者是计算机、服务器、手机、平板等终端设备。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围。
以上对发明的具体实施方式进行了详细说明，但其只作为范例，本申请并不限制于以上描述的具体实施方式。对于本领域的技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改或替代也都在本申请的范畴之中，因此，在不脱离本申请的精神和原则范围下所作的均等变换和修改、改进等，都应涵盖在本申请的范围内。

Claims (10)

1.一种水准测量有向图的布局方法，其特征在于，所述布局方法包括：
步骤S1，获取至少两个水准高差观测数据，并分别根据每个水准高差观测数据构建一个节点，并获取所有节点分别与相邻的节点的邻接关系表；
步骤S2，初始化所有节点的第一位置信息，以第一预设算法计算所有节点之间的第一理想距离，并以第二预设算法分别计算所有第一理想距离的第一图形能量；
步骤S3，根据库仑定律分别定义每个节点为一个电子，并分别计算每个电子与相邻的电子之间的第一作用力，根据胡克定律分别定义每个节点与相邻的节点之间连接有一个理想弹簧，并分别计算每个理想弹簧的第二作用力；
步骤S4，根据每个节点的所述第一作用力、所述第二作用力分别获取每个节点的合力，每个节点沿自身的合力方向移动以形成第二位置信息；
步骤S5，将所述第二位置信息代入所述第一预设算法计算所有节点之间的第二理想距离，以所述第二预设算法分别计算所有第二理想距离的第二图形能量；
步骤S6，判断所述第二图形能量是否超过所述第一图形能量预设阈值，若是，则重复步骤S4至步骤S5，直至所述第二图形能量未超过所述第一图形能量所述预设阈值，则判定为节点稳定；
步骤S7，获取节点稳定后的所有节点的第三位置信息，并获取节点稳定后的所有节点的最终坐标，将所有最终坐标通过第三预设算法输出至布局中形成最终节点，并连接相邻的最终节点，以形成水准测量有向图。
2.根据权利要求1所述的一种水准测量有向图的布局方法，其特征在于，步骤S1，获取至少两个水准高差观测数据，并分别根据每个水准高差观测数据构建一个节点，并获取所有节点分别与相邻的节点的邻接关系表，包括：
获取至少两组具有起点、终点、高度差、距离的数据几何；
分别根据每组数据几何构建一个所述节点；
将所有节点的名称和坐标信息分别存储为Vertex类；
将所有数据几何、所有节点与相邻的节点的邻接关系分别存储为Edge类。
3.根据权利要求1所述的一种水准测量有向图的布局方法，其特征在于，步骤S2，初始化所有节点的第一位置信息，以第一预设算法计算所有节点之间的第一理想距离，并以第二预设算法分别计算所有第一理想距离的第一图形能量，包括：
根据随机函数Random()生成0至1之间的随机数，并根据所述布局的尺寸进行比例缩放，得到所述第一位置信息；
根据式（1）计算所有节点之间的第一理想距离
Figure QLYQS_1
：
Figure QLYQS_2
（1）；
其中，
Figure QLYQS_3
为所述布局的长度，/>
Figure QLYQS_4
为所述布局的宽度，/>
Figure QLYQS_5
为所有节点与相邻的节点连接形成的边的个数，/>
Figure QLYQS_6
为所有节点的个数；
根据式（2）计算所有节点与相邻的节点的第一能量
Figure QLYQS_7
：
Figure QLYQS_8
（2）；
其中，
Figure QLYQS_9
为所有节点之间的实际距离，/>
Figure QLYQS_10
为所述第一理想距离；
根据式（3）计算所有节点与不相邻的节点的第二能量
Figure QLYQS_11
：
Figure QLYQS_12
（3）；
将所有第一能量与所有第二能量相加得到所述第一图形能量。
4.根据权利要求1所述的一种水准测量有向图的布局方法，其特征在于，步骤S4，根据每个节点的所述第一作用力、所述第二作用力分别获取每个节点的合力，每个节点沿自身的合力方向移动以形成第二位置信息，包括：
将所有第一作用力拆分为第一x方向力和第一y方向力，并分别将所述第一x方向力和所述第一y方向力换算为第一x方向距离和第一y方向距离，并根据式（4）和式（5）计算所有节点的第一位移距离：
Figure QLYQS_13
（4）；
其中，
Figure QLYQS_14
为第一横向位移距离，/>
Figure QLYQS_15
为静电力常量，/>
Figure QLYQS_16
为所述第一x方向距离，/>
Figure QLYQS_17
为所有节点之间的实际距离；
Figure QLYQS_18
（5）；
其中，
Figure QLYQS_19
为第一纵向位移距离，/>
Figure QLYQS_20
为静电力常量，/>
Figure QLYQS_21
为所述第一y方向距离，/>
Figure QLYQS_22
为所有节点之间的实际距离；
整合所述第一横向位移距离与第二横向位移距离得到所述第一位移距离；
将所有第二作用力拆分为第二x方向力和第二y方向力，并分别将所述第二x方向力和所述第二y方向力换算为第二x方向距离和第二y方向距离，并根据式（6）和式（7）计算所有节点的第二位移距离；
Figure QLYQS_23
（6）；
其中，
Figure QLYQS_24
为第二横向位移距离，/>
Figure QLYQS_25
为弹性系数，/>
Figure QLYQS_26
为所述第二x方向距离；
Figure QLYQS_27
（7）；
其中，
Figure QLYQS_28
为第二纵向位移距离，/>
Figure QLYQS_29
为所述第二y方向距离；
整合所述第二横向位移距离与所述第二纵向位移距离得到所述第二位移距离；
基于同一个节点的第一位移距离、第二位移距离进行累加，分别得到每个节点的累计位移；
根据每个节点的第一位置信息与每个节点的累计位移得到每个节点的第二位置信息。
5.根据权利要求1所述的一种水准测量有向图的布局方法，其特征在于，步骤S7，获取节点稳定后的所有节点的第三位置信息，并获取节点稳定后的所有节点的最终坐标，将所有最终坐标通过第三预设算法输出至布局中形成最终节点，并连接相邻的最终节点，以形成水准测量有向图，包括：
根据式（8）计算所述最终节点的横坐标
Figure QLYQS_30
：
Figure QLYQS_31
（8）；
其中，
Figure QLYQS_32
为节点稳定后的横坐标，/>
Figure QLYQS_33
为最终坐标的横坐标的最小值，/>
Figure QLYQS_34
为最终坐标的横坐标的最大值，/>
Figure QLYQS_35
为所述布局的长度；
根据式（9）计算所述最终节点的纵坐标
Figure QLYQS_36
：
Figure QLYQS_37
（9）；
其中，
Figure QLYQS_38
为节点稳定后的横坐标，/>
Figure QLYQS_39
为最终坐标的横坐标的最小值，/>
Figure QLYQS_40
为最终坐标的横坐标的最大值，/>
Figure QLYQS_41
为所述布局的宽度；
整合最终节点的横坐标
Figure QLYQS_42
与最终节点的纵坐标/>
Figure QLYQS_43
得到最终节点的坐标，并在布局中输出所有最终节点；
连接相邻的最终节点，以形成所述水准测量有向图。
6.根据权利要求1所述的一种水准测量有向图的布局方法，其特征在于，所述预设阈值的取值区间为[0.0001,1]。
7.根据权利要求4所述的一种水准测量有向图的布局方法，其特征在于，所述静电力常量
Figure QLYQS_44
的取值区间为[1,10]，所述弹性系数/>
Figure QLYQS_45
的取值区间为[0.1,0.9]。
8.一种水准测量有向图的布局装置，其应用于如权利要求1至7之一所述的水准测量有向图的布局方法，其特征在于，所述布局装置包括：
观测数据与邻接关系获取模块，用于获取至少两个水准高差观测数据，并分别根据每个水准高差观测数据构建一个节点，并获取所有节点分别与相邻的节点的邻接关系表；
第一理想距离与图形能量计算模块，用于初始化所有节点的第一位置信息，以第一预设算法计算所有节点之间的第一理想距离，并以第二预设算法分别计算所有第一理想距离的第一图形能量；
第一物理模型计算模块，用于根据库仑定律分别定义每个节点为一个电子，并分别计算每个电子与相邻的电子之间的第一作用力，根据胡克定律分别定义每个节点与相邻的节点之间连接有一个理想弹簧，并分别计算每个理想弹簧的第二作用力；
第二物理模型计算模块，用于根据每个节点的所述第一作用力、所述第二作用力分别获取每个节点的合力，每个节点沿自身的合力方向移动以形成第二位置信息；
第二理想距离与图形能量计算模块，用于将所述第二位置信息代入所述第一预设算法计算所有节点之间的第二理想距离，以所述第二预设算法分别计算所有第二理想距离的第二图形能量；
迭代计算模块，用于判断所述第二图形能量是否超过所述第一图形能量预设阈值，若是，则重复所述第一物理模型计算模块与所述第二理想距离与图形能量计算模块的功能，直至所述第二图形能量未超过所述第一图形能量所述预设阈值，则判定为节点稳定；
有向图形成模块，用于获取节点稳定后的所有节点的第三位置信息，并获取节点稳定后的所有节点的最终坐标，将所有最终坐标通过第三预设算法输出至布局中形成最终节点，并连接相邻的最终节点，以形成水准测量有向图。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、以及与所述处理器耦接的存储器，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令；所述处理器执行所述存储器存储的所述程序指令时实现如权利要求1至7中任一项所述的水准测量有向图的布局方法。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质内存储有程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现能够实现如权利要求1至7中任一项所述的水准测量有向图的布局方法。
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