CN117557681B - 一种基于多源测绘数据的高精度地形图生成方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多源测绘数据的高精度地形图生成方法及装置，涉及地形图生成技术领域，包括：获取多种测绘数据生成对应的地形图；计算获得每个栅格的第一精度评价指数；计算获得每个栅格的第二精度评价指标；获取每个栅格的第一精度评价指数和第二精度评价指标，计算获得每个栅格的综合精度评价系数，并采取对应的高精度地形图生成措施。减少单一数据源可能引入的误差，精细到每一个栅格，更准确地判断每个栅格的地形起伏和坡度变化，从而提高整个地形图的精度和可靠性。

Description

一种基于多源测绘数据的高精度地形图生成方法及装置
技术领域
本发明涉及地形图生成技术领域，具体为一种基于多源测绘数据的高精度地形图生成方法及装置。
背景技术
高精度地形图能够提供更加详细、准确、及时的地图信息，包括道路、建筑、交通设施等丰富的交通环境信息。相比传统的地图，高精度地形图提供的交通环境信息更加丰富和准确，可以更好地满足出行和其他需求，在城市规划、土地利用、交通设计等领域中具有重要的应用价值。例如，通过分析高精度地形图，规划师可以更好地了解地形起伏、坡度等情况，从而制定出更加合理、安全的规划方案。并且通过分析高精度地形图，可以发现潜在的地质灾害风险，为预防和减轻灾害提供支持。高精度地形图的应用和发展对于推动地理信息系统、地质工程、地貌学等相关领域的研究和发展都具有重要的意义。
GIS软件是一种计算机软件系统，用于管理、分析和可视化地球上的任何位置的数据。它利用地理信息系统（GIS）技术，可以处理各种类型的地理空间数据，包括地图、图像、空间数据库等。GIS软件可以提供地图制作、地理数据查询、分析和可视化等功能，帮助用户更好地了解和管理地球上的资源和环境。
在申请公布号为CN107918930A的中国发明申请中，公开了一种地形图生成系统，包括地形图输入模块、地形图合成模块及地形图分析模块，地形图输入模块用于获取第一地形图及第二地形图，并将第一地形图及第二地形图发送至地形图合成模块，地形图合成模块用于通过七参数转换公式合成第一地形图与第二地形图得到第三地形图，并将第三地形图发送至地形图分析模块，地形图分析模块用于判断第三地形图合成交接处的坡度变化值是否超过阈值，当超过阈值时，地形图合成模块改变七参数转换公式的参数，并再次合成第一地形图与第二地形图得到第四地形图。
在以上发明申请中，通过将第一地形图及第二地形图合成，并分析合成交接处的坡度变化值是否超过阈值，来提升地形图的精度，在生成地形图时只考虑了两种数据来源的地形图，当其中一个地形图数据有误时，生成的地形图必然不精准，且由于地形图比例尺较大，很小的差距都会导致巨大的误差，片面的只考虑合成交界处的坡度变化值，会导致地形图的精度难以确保。
为此，本发明提供了一种基于多源测绘数据的高精度地形图生成方法及装置。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于多源测绘数据的高精度地形图生成方法及装置，本发明通过多种测绘数据生成多个地形图，将每个地形图配准划分为细小栅格，对每一个栅格中的高程、分布范围、剖面曲率和平面曲率进行分析，有效的排除异常数据，减少单一数据源可能引入的误差，并且精细到每一个栅格，更准确地判断每个栅格的地形起伏和坡度变化，从而提高整个地形图的精度和可靠性，从而解决了背景技术中记载的技术问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于多源测绘数据的高精度地形图生成方法，包括如下步骤：
通过大数据获取多种测绘数据，使用GIS软件生成对应的地形图，进行配准、转换坐标后，使所有地形图处于同一坐标系，并将所有地形图划分栅格；
使用GIS软件获取每个栅格中每个等高线的高程值和每个不规则图形的面积，计算获得每个栅格的第一精度评价指数/>；
使用GIS软件获取每个栅格的剖面曲率和平面曲率/>，计算获得每个栅格的剖面曲率评价指数/>和平面曲率评价指标/>，并进一步计算获得每个栅格的第二精度评价指标/>；
获取每个栅格的第一精度评价指数和第二精度评价指标/>，计算获得每个栅格的综合精度评价系数/>，判断其与精度阈值的关系，并采取对应的高精度地形图生成措施。
进一步的，基于大数据获取多种测绘数据，包括卫星遥感数据、航空摄影数据、地面测量数据、无人机（UAV）数据及激光雷达（LiDAR）扫描数据。
进一步的，使用GIS软件分别处理卫星遥感数据、航空摄影数据、地面测量数据、无人机（UAV）数据及激光雷达（LiDAR）扫描数据生成对应的地形图，记录为卫星地形图、航空地形图、测量地形图、无人机地形图及雷达地形图。
GIS软件是一种计算机软件系统，用于管理、分析和可视化地球上的任何位置的数据。它利用地理信息系统（GIS）技术，可以处理各种类型的地理空间数据，包括地图、图像、空间数据库等。GIS软件可以提供地图制作、地理数据查询、分析和可视化等功能，帮助用户更好地了解和管理地球上的资源和环境。
进一步的，将所有地形图加载到GIS软件同一个地图窗口，通过控制点、坐标转换进行地图配准，使所有地形图处于同一坐标系。
进一步的，使用GIS软件中的“栅格化”或“格网化”功能来将所有地形图划分为一个个栅格，并使用GIS软件中的“属性表”功能为每个栅格分配一个唯一的编号。
进一步的，使用GIS软件“表面分析”工具中的“高程”功能来提取每个栅格中每个等高线的高程值，并使用“测量”工具中的“面”功能来测量每个栅格中被等高线分割形成的每个不规则图形的面积/>。
进一步的，获取每个栅格中每个等高线的高程值和对应每个不规则图形的面积/>，无量纲化处理后，计算获得每个栅格的第一精度评价指数/>，对应的每个栅格的第一精度评价指数/>的计算公式如下：；其中，i为每种地形图的种类编号，j为每个栅格的顺序编号，a为等高线编号，。
进一步的，使用GIS软件“表面分析”工具中的“剖面曲率”和“平面曲率”功能获得每个栅格的剖面曲率和平面曲率/>，进行线性归一化处理后，计算获得每个栅格的剖面曲率评价指数/>和平面曲率评价指标/>：；对应的每个栅格的剖面曲率评价指数/>和平面曲率评价指标/>的计算公式如上。
剖面曲率是指地形在垂直于水平面的方向上的曲率特征。在数字地形分析中，通常将地形表面在最大坡度方向上的曲率作为剖面曲率，剖面曲率可以通过计算地形表面在u、v方向上的二阶导数之和来得到。
平面曲率是指地形在水平方向上的曲率特征。在数字地形分析中，通常将地形表面在x、y方向上的二阶导数之和来得到，平面曲率越大，表明地形表面在水平方向上的曲率变化越强，地形形态也就越陡峭。
进一步的，获取每个栅格的剖面曲率评价指数和平面曲率评价指标/>，进行线性归一化处理后，计算获得每个栅格的第二精度评价指标/>：/>；对应的每个栅格的第二精度评价指标/>的计算公式如上。
进一步的，获取每个栅格的第一精度评价指数和第二精度评价指标/>，进行无量纲化处理后，计算获得每个栅格的综合精度评价系数/>：；对应的每个栅格的综合精度评价系数的计算公式如上。
进一步的，获取每个栅格的综合精度评价系数，判断其与精度阈值的关系，并采取对应的高精度地形图生成措施，具体为：当栅格的综合精度评价系数/>不超过精度阈值时，输出对应栅格所有地形图栅格数据；
当栅格的综合精度评价系数超过精度阈值时，根据地形图编号顺序，每次从对应的栅格数据中移除一个地形图的栅格数据，并将剩余的地形图栅格数据重新计算综合精度评价系数（若移除编号为1的地形图栅格数据，则使用编号为2、3、4、5的地形图栅格数据进行计算；若移除编号为2的地形图栅格数据，则使用编号为1、3、4、5的地形图栅格数据进行计算），直到综合精度评价系数小于设定的精度阈值为止，输出计算综合精度评价系数的地形图栅格数据；其中，精度阈值为1.2/>。
进一步的，将每个栅格对应的地形图栅格数据导入GIS软件，使用GIS软件“空间分析”工具中的“栅格计算”功能融合生成新的高精度地形图栅格，并进一步将生成的每个高精度地形图栅格依据顺序编号排列整合形成新的高精度地形图。
一种基于多源测绘数据的高精度地形图生成装置，包括：
多源数据处理模块，通过大数据获取多种测绘数据，使用GIS软件生成对应的地形图，进行配准、转换坐标后，使所有地形图处于同一坐标系，并将所有地形图划分栅格；
第一精度分析模块，使用GIS软件获取每个栅格中每个等高线的高程值和每个不规则图形的面积/>，计算获得每个栅格的第一精度评价指数/>；
第二精度分析模块，使用GIS软件获取每个栅格的剖面曲率和平面曲率，计算获得每个栅格的剖面曲率评价指数/>和平面曲率评价指标/>，并进一步计算获得每个栅格的第二精度评价指标/>；
高精度地形图生成模块，获取每个栅格的第一精度评价指数和第二精度评价指标/>，计算获得每个栅格的综合精度评价系数/>，判断其与精度阈值的关系，并采取对应的高精度地形图生成措施。
（三）有益效果
本发明提供了一种基于多源测绘数据的高精度地形图生成方法及装置，具备以下有益效果：1、使用GIS软件获取每个栅格中每个等高线的高程值和每个不规则图形的面积/>，计算获得每个栅格的第一精度评价指数/>，可以对每个地形图中每个栅格的高程数据进行分析，了解地势的高低差异和分布，识别出部分高程数据异常的地形图，有利于在生成高精度地形图时排除存在问题的地形图栅格，从而提高地形图的精度和可靠性。
2、使用GIS软件获取每个栅格的剖面曲率和平面曲率/>，计算获得每个栅格的剖面曲率评价指数/>和平面曲率评价指标/>，并进一步计算获得每个栅格的第二精度评价指标/>，可以更准确地判断每个栅格的地形起伏和坡度变化，识别出部分地形起伏和坡度变化异常的地形图，有利于在生成高精度地形图时排除存在问题的地形图栅格，从而提高地形图的精度和可靠性。
3、获取每个栅格的第一精度评价指数和第二精度评价指标/>，计算获得每个栅格的综合精度评价系数/>，判断其与精度阈值的关系，并采取对应的高精度地形图生成措施，利用多个数据源的数据，精确生成每一个高精度地形图栅格，有效的排除异常数据，减少单一数据源可能引入的误差，提高地形图的精度和全面性。
附图说明
图1为本发明一种基于多源测绘数据的高精度地形图生成方法的流程示意图；
图2为本发明地形图中栅格划分示意图；
图3为图2中地形图栅格细节示意图；
图4为本发明一种基于多源测绘数据的高精度地形图生成装置的构成示意图。
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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图4，本发明提供一种基于多源测绘数据的高精度地形图生成方法，包括如下步骤：
步骤一、通过大数据获取多种测绘数据，使用GIS软件生成对应的地形图，进行配准、转换坐标后，使所有地形图处于同一坐标系，并将所有地形图划分栅格。
所述步骤一包括如下内容：
步骤101、基于大数据获取多种测绘数据，包括卫星遥感数据、航空摄影数据、地面测量数据、无人机（UAV）数据及激光雷达（LiDAR）扫描数据。
步骤102、使用GIS软件分别处理卫星遥感数据、航空摄影数据、地面测量数据、无人机（UAV）数据及激光雷达（LiDAR）扫描数据生成对应的地形图，记录为卫星地形图、航空地形图、测量地形图、无人机地形图及雷达地形图。
GIS软件是一种计算机软件系统，用于管理、分析和可视化地球上的任何位置的数据。它利用地理信息系统（GIS）技术，可以处理各种类型的地理空间数据，包括地图、图像、空间数据库等。GIS软件可以提供地图制作、地理数据查询、分析和可视化等功能，帮助用户更好地了解和管理地球上的资源和环境。
步骤103、将所有地形图加载到GIS软件同一个地图窗口，通过控制点、坐标转换进行地图配准，使所有地形图处于同一坐标系。
步骤104、使用GIS软件中的“栅格化”或“格网化”功能来将所有地形图划分为一个个栅格，并使用GIS软件中的“属性表”功能为每个栅格分配一个唯一的编号。
使用时，结合步骤101至104中的内容：
通过大数据获取多种测绘数据，使用GIS软件生成对应的地形图，进行配准、转换坐标后，使所有地形图处于同一坐标系，并将所有地形图划分栅格，将不同来源和格式的地理数据统一为栅格数据格式，这种统一的数据格式可以方便地对数据进行管理和分析，提高数据处理的效率。
步骤二、使用GIS软件获取每个栅格中每个等高线的高程值和每个不规则图形的面积/>，计算获得每个栅格的第一精度评价指数/>。
所述步骤二包括如下内容：
步骤201、使用GIS软件“表面分析”工具中的“高程”功能来提取每个栅格中每个等高线的高程值，并使用“测量”工具中的“面”功能来测量每个栅格中被等高线分割形成的每个不规则图形的面积/>。
步骤202、 获取每个栅格中每个等高线的高程值和对应每个不规则图形的面积/>，无量纲化处理后，计算获得每个栅格的第一精度评价指数/>，对应的每个栅格的第一精度评价指数/>的计算公式如下：；其中，i为每种地形图的种类编号，j为每个栅格的顺序编号，a为等高线编号，。使用时，结合步骤201及202中的内容：使用GIS软件获取每个栅格中每个等高线的高程值/>和每个不规则图形的面积/>，计算获得每个栅格的第一精度评价指数/>，对每个地形图中每个栅格的高程数据进行分析，了解地势的高低差异和分布，识别出部分高程数据异常的地形图，有利于在生成高精度地形图时排除存在问题的地形图栅格，从而提高地形图的精度和可靠性。
步骤三、使用GIS软件获取每个栅格的剖面曲率和平面曲率/>，计算获得每个栅格的剖面曲率评价指数/>和平面曲率评价指标/>，并进一步计算获得每个栅格的第二精度评价指标/>。
所述步骤三包括如下内容：
步骤301、使用GIS软件“表面分析”工具中的“剖面曲率”和“平面曲率”功能获得每个栅格的剖面曲率和平面曲率/>，进行线性归一化处理后，计算获得每个栅格的剖面曲率评价指数/>和平面曲率评价指标/>：；对应的每个栅格的剖面曲率评价指数/>和平面曲率评价指标/>的计算公式如上。
剖面曲率是指地形在垂直于水平面的方向上的曲率特征，在数字地形分析中，通常将地形表面在最大坡度方向上的曲率作为剖面曲率，剖面曲率可以通过计算地形表面在u、v方向上的二阶导数之和来得到。
平面曲率是指地形在水平方向上的曲率特征。在数字地形分析中，通常将地形表面在x、y方向上的二阶导数之和来得到，平面曲率越大，表明地形表面在水平方向上的曲率变化越强，地形形态也就越陡峭。
步骤302、获取每个栅格的剖面曲率评价指数和平面曲率评价指标/>，进行线性归一化处理后，计算获得每个栅格的第二精度评价指标/>：/>；对应的每个栅格的第二精度评价指标/>的计算公式如上。
使用时，结合步骤301及302中的内容：
使用GIS软件获取每个栅格的剖面曲率和平面曲率/>，计算获得每个栅格的剖面曲率评价指数/>和平面曲率评价指标/>，并进一步计算获得每个栅格的第二精度评价指标/>，更准确地判断每个栅格的地形起伏和坡度变化，识别出部分地形起伏和坡度变化异常的地形图，有利于在生成高精度地形图时排除存在问题的地形图栅格，从而提高地形图的精度和可靠性。
步骤四、获取每个栅格的第一精度评价指数和第二精度评价指标/>，计算获得每个栅格的综合精度评价系数/>，判断其与精度阈值的关系，并采取对应的高精度地形图生成措施。
所述步骤四包括如下内容：
步骤401、获取每个栅格的第一精度评价指数和第二精度评价指标/>，进行无量纲化处理后，计算获得每个栅格的综合精度评价系数/>：；对应的每个栅格的综合精度评价系数/>的计算公式如上。
步骤402、获取每个栅格的综合精度评价系数，判断其与精度阈值的关系，并采取对应的高精度地形图生成措施，具体为：
当栅格的综合精度评价系数不超过精度阈值时，输出对应栅格所有地形图栅格数据。
当栅格的综合精度评价系数超过精度阈值时，根据地形图编号顺序，每次从对应的栅格数据中移除一个地形图的栅格数据，并将剩余的地形图栅格数据重新计算综合精度评价系数（如果移除编号为1的地形图栅格数据，则使用编号为2、3、4、5的地形图栅格数据进行计算；如果移除编号为2的地形图栅格数据，则使用编号为1、3、4、5的地形图栅格数据进行计算），直到综合精度评价系数小于设定的精度阈值为止，输出计算综合精度评价系数的地形图栅格数据。
其中，精度阈值为1.2。
步骤403、将每个栅格对应的地形图栅格数据导入GIS软件，使用GIS软件“空间分析”工具中的“栅格计算”功能融合生成新的高精度地形图栅格，并进一步将生成的每个高精度地形图栅格依据顺序编号排列整合形成新的高精度地形图。
使用时，结合步骤401至403中的内容：
获取每个栅格的第一精度评价指数和第二精度评价指标/>，计算获得每个栅格的综合精度评价系数/>，判断其与精度阈值的关系，并采取对应的高精度地形图生成措施，利用多个数据源的数据，精确生成每一个高精度地形图栅格，有效的排除异常数据，减少单一数据源可能引入的误差，提高地形图的精度和全面性。
请参阅图1-图4，本发明提供一种基于多源测绘数据的高精度地形图生成装置，包括：
多源数据处理模块，通过大数据获取多种测绘数据，使用GIS软件生成对应的地形图，进行配准、转换坐标后，使所有地形图处于同一坐标系，并将所有地形图划分栅格。
第一精度分析模块，使用GIS软件获取每个栅格中每个等高线的高程值和每个不规则图形的面积/>，计算获得每个栅格的第一精度评价指数/>。
第二精度分析模块，使用GIS软件获取每个栅格的剖面曲率和平面曲率，计算获得每个栅格的剖面曲率评价指数/>和平面曲率评价指标/>，并进一步计算获得每个栅格的第二精度评价指标/>。
高精度地形图生成模块，获取每个栅格的第一精度评价指数和第二精度评价指标/>，计算获得每个栅格的综合精度评价系数/>，判断其与精度阈值的关系，并采取对应的高精度地形图生成措施。
上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于多源测绘数据的高精度地形图生成方法，其特征在于：包括如下步骤：
通过大数据获取多种测绘数据，使用GIS软件生成对应的地形图，进行配准、转换坐标后，使所有地形图处于同一坐标系，并将所有地形图划分栅格；使用GIS软件获取每个栅格中每个等高线的高程值和每个不规则图形的面积/>，计算获得每个栅格的第一精度评价指数/>；获取每个栅格中每个等高线的高程值/>和对应每个不规则图形的面积/>，无量纲化处理后，计算获得每个栅格的第一精度评价指数/>，对应的每个栅格的第一精度评价指数/>的计算公式如下：；其中，i为每种地形图的种类编号，j为每个栅格的顺序编号，a为等高线编号，使用GIS软件获取每个栅格的剖面曲率/>和平面曲率/>，计算获得每个栅格的剖面曲率评价指数/>和平面曲率评价指标/>，并进一步计算获得每个栅格的第二精度评价指标/>；使用GIS软件“表面分析”工具中的“剖面曲率”和“平面曲率”功能获得每个栅格的剖面曲率/>和平面曲率/>，进行线性归一化处理后，计算获得每个栅格的剖面曲率评价指数/>和平面曲率评价指标/>：/>；获取每个栅格的剖面曲率评价指数/>和平面曲率评价指标/>，进行线性归一化处理后，计算获得每个栅格的第二精度评价指标/>：/>；获取每个栅格的第一精度评价指数和第二精度评价指标/>，计算获得每个栅格的综合精度评价系数/>，判断其与精度阈值的关系，并采取对应的高精度地形图生成措施；获取每个栅格的第一精度评价指数和第二精度评价指标/>，进行无量纲化处理后，计算获得每个栅格的综合精度评价系数/>：/>；获取每个栅格的综合精度评价系数/>，判断其与精度阈值的关系，并采取对应的高精度地形图生成措施，具体为：当栅格的综合精度评价系数/>不超过精度阈值时，输出对应栅格所有地形图栅格数据；当栅格的综合精度评价系数/>超过精度阈值时，根据地形图编号顺序，每次从对应的栅格数据中移除一个地形图的栅格数据，并将剩余的地形图栅格数据重新计算综合精度评价系数，直到综合精度评价系数小于设定的精度阈值为止，输出计算综合精度评价系数的地形图栅格数据。
2.根据权利要求1所述的基于多源测绘数据的高精度地形图生成方法，其特征在于：
使用GIS软件“表面分析”工具中的“高程”功能来提取每个栅格中每个等高线的高程值，并使用“测量”工具中的“面”功能来测量每个栅格中被等高线分割形成的每个不规则图形的面积/>。
3.根据权利要求1所述的基于多源测绘数据的高精度地形图生成方法，其特征在于：
将每个栅格对应的地形图栅格数据导入GIS软件，使用GIS软件“空间分析”工具中的“栅格计算”功能融合生成新的高精度地形图栅格，并进一步将生成的每个高精度地形图栅格依据顺序编号排列整合形成新的高精度地形图。
4.一种基于多源测绘数据的高精度地形图生成装置，用于实现权利要求1中所述方法，其特征在于：包括：
多源数据处理模块，通过大数据获取多种测绘数据，使用GIS软件生成对应的地形图，进行配准、转换坐标后，使所有地形图处于同一坐标系，并将所有地形图划分栅格；第一精度分析模块，使用GIS软件获取每个栅格中每个等高线的高程值和每个不规则图形的面积/>，计算获得每个栅格的第一精度评价指数/>；第二精度分析模块，使用GIS软件获取每个栅格的剖面曲率/>和平面曲率/>，计算获得每个栅格的剖面曲率评价指数和平面曲率评价指标/>，并进一步计算获得每个栅格的第二精度评价指标/>；高精度地形图生成模块，获取每个栅格的第一精度评价指数/>和第二精度评价指标/>，计算获得每个栅格的综合精度评价系数/>，判断其与精度阈值的关系，并采取对应的高精度地形图生成措施。
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