WO2014082585A1 - 一种基于地形网格的大陆坡脚点自动识别方法 - Google Patents

一种基于地形网格的大陆坡脚点自动识别方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2014082585A1
WO2014082585A1 PCT/CN2013/088043 CN2013088043W WO2014082585A1 WO 2014082585 A1 WO2014082585 A1 WO 2014082585A1 CN 2013088043 W CN2013088043 W CN 2013088043W WO 2014082585 A1 WO2014082585 A1 WO 2014082585A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
point
slope
terrain
profile
intersection
Prior art date
Application number
PCT/CN2013/088043
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
吴自银
李家彪
李守军
尚继宏
Original Assignee
国家海洋局第二海洋研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国家海洋局第二海洋研究所 filed Critical 国家海洋局第二海洋研究所
Priority to US14/414,285 priority Critical patent/US9507052B2/en
Publication of WO2014082585A1 publication Critical patent/WO2014082585A1/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V20/00—Geomodelling in general
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling

Definitions

  • the invention relates to a method for identifying a seabed topography, in particular to a method for generating a terrain profile line based on a submarine terrain grid, and capable of automatically analyzing a seabed topographic profile, thereby automatically identifying a footstep of the continental slope, involving Computer graphics, seabed science and maritime demarcation.
  • the foot of the continental slope is the most important boundary point in the delimitation of the continental shelf beyond 200 nautical miles, which will affect the accuracy of the extrapolation of the 60 nautical mile line and the 1% sediment thickness line and the final external boundary.
  • Intelligent analysis of the two-dimensional terrain section to automatically identify the foot of the continental slope has important application value in the delimitation of the continental shelf beyond 200 nautical miles, automatic identification of 2D terrain features and 2D terrain section drawing.
  • Article 76 of the Convention on the Law of the Sea which entered into force in 1982, states: "The continental shelf of a coastal State includes all natural extensions beyond its territorial sea, extending to the seabed and subsoil of the seabed area on the outer edge of the continental margin, in accordance with all natural extensions of its terrestrial territories. If the distance from the baseline of the width of the territorial sea to the outer edge of the continental margin is less than 200 nautical miles, the distance is extended to 200 nautical miles. If the coastal State claims to exceed 200 nautical miles from the baseline of the measured territorial width, then The outer limits of the continental shelf beyond 200 nautical miles shall be delineated in accordance with the relevant requirements of Article 76 of the Convention and Article 4 of Annex II, and submissions shall be submitted to the Commission on the Limits of the Continental Shelf.
  • F0S continental slope foot
  • formula line F0S+60M line and 1% sediment thickness line
  • limit line 350M line and 2500m+ 100M line
  • F0S is the most important limit point, because F0S is the starting point for determining the limits of the continental shelf series beyond 200 nautical miles, which will directly affect the accuracy of the F0S+60M line and the 1% sediment thickness line, and ultimately affect the coordinates and coordinates of the external boundary.
  • the area of the circle if the F0S is wrong or the error is too large, will have a significant impact on the final external limit.
  • the present invention is directed to the deficiencies in the prior art, and proposes to automatically generate a terrain section line by using a submarine terrain grid, and by performing secondary simplification and secondary derivation on the terrain section, and then comprehensively dividing the simplified section. Analysis, so as to achieve the technical method of automatic analysis and extraction of the foot of the continental slope.
  • the invention can be applied to the technical aspects of automatically generating arbitrary two-dimensional hatching lines, automatic identification of terrain profile features and comprehensive section drawing, generation of key boundary points in marine demarcation and automatic identification of seabed landform types.
  • a method for automatically identifying a footstep of a continental slope based on a terrain grid comprising the following steps:
  • 3 ⁇ 4 and 3 ⁇ . are the abscissa and ordinate values of the grid point of the Jth column of the grid model; the water depth value of the grid point of the Jth column of the grid model;
  • intersection point is in the grid: The intersection point is between the i-th row to the i+1 row, the j-th column to the j+1th column, and the distance calculation is the same as the step (a); the water depth value of the intersection point / (X, J can be inversely proportional to the distance) Weighting method
  • the abscissa and the ordinate value of the above intersection point are O( ri , yl) or E( l2j; 2) ;
  • the D-P algorithm is used to calculate the extreme value profile, and the data points conforming to the D-P algorithm are retained, thereby obtaining the second simplified D-P terrain profile;
  • Convex hull characteristics The footstep of the continental slope F0S is located at the transition from the slope to the basin, so it has a convex hull feature on the terrain, which is represented by a data point with a second derivative value being positive;
  • the foot of the continental slope is located at the point where the slope of the slope of the continental slope changes the most, that is, the position of the second derivative of the bottom of the continental slope.
  • the present invention identifies terrain profile data points that meet the requirements in the terrain profile.
  • the invention proposes a quadratic fitting method based on the second derivative extremum point and the DP algorithm, and a secondary derivation method of the original section and the DP section, and gives the slope, water depth, second derivative, concavity and convexity, continuity and
  • the comprehensive judgment method such as the segmentation and other judgment methods finally realizes the rapid automatic identification of the foot of the continental slope.
  • the present invention has accurate surveying and mapping data, convenient operation, and is affected by natural weather in the surveying and mapping process along the coast of China.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a typical terrain mesh model and a topographic map in Embodiment 1 of the present invention, wherein 0E is a position where an example terrain section line f (x, y) is located; a dotted line network is a grid model Grid (i, j), which is an M line, N-column submarine terrain grid
  • Figure 3 is a schematic cross-sectional view of the original terrain in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a second simplified D-P terrain profile in Embodiment 1 of the present invention.
  • Figure 6 is a schematic view showing the topographical profile after removing the concave package and the identified continental slope foot point (TOS: continental slope break point; F0S: continental slope foot point) in Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a standard topographic profile and a recognized footstep of a continental slope in Embodiment 1 of the present invention, wherein T0S: a continental slope break point; F0S: a continental slope foot point; the wavy line in the figure is a second derivative curve;
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a topographic section of a complex land slope and a recognized footstep of a continental slope in Embodiment 1 of the present invention, wherein T0S: a continental slope break point; F0S: a continental slope foot point; and a wavy line in the figure is a second derivative curve;
  • Figure 9 is a schematic view showing the topographical profile of the seamount and the identified footsteps of the continental slope in the first embodiment of the present invention, wherein T0S: the continental slope breakpoint; F0S: the continental slope footpoint; the wavy line in the figure is the second derivative curve;
  • the land slope of the embodiment of the present invention has a topographic profile of the uplift and a map of the footsteps of the identified continental slope, wherein T0S: a continental slope break point; F0S: a continental slope foot point; the wavy line in the figure is a second derivative curve;
  • the mesh model needs to include terrain units such as land shelves, slopes, and basins.
  • the shelf, slope and basin are geomorphological terms. Shelf, generally referred to as a flat seabed topography that is close to the continent and has a water depth of less than 200 m.
  • the land slope refers to the seabed topography area adjacent to the shelf and the sea depth is sharply deepened.
  • the water depth is about 100 meters to several kilometers.
  • the basin refers to the submarine terrain adjacent to the slope and with a relatively flat seabed. The water depth can reach thousands of meters or several kilometers.
  • the water depth in the land slope area and the basin area is related to the nature of the continental margin. In the margins of the world's continents, the specific area of the land slope and the basin area The water depth is changing.
  • the submarine terrain mesh model can be generated using a variety of existing tools or methods.
  • 3 ⁇ 4 and 3 ⁇ . are the abscissa and ordinate values of the grid point of the Jth column of the grid model; the water depth value of the grid point of the Jth column of the grid model;
  • the first derivation is carried out: For the first time, the two-dimensional terrain profile is derived, and the ground-surface mesh model GrW(, based on the line /(x,j intersects with it, obtains /(x,j and the mesh model)
  • the intersection is in the grid.
  • the intersection point is between the i-th row and the i+1-row, the j-th j+1th column, and the distance calculation is the same as the step (a).
  • the water depth value / (X, J can be obtained by the distance inverse weighting method.
  • the original terrain profile formed should conform to the characteristics of "land shelf-land slope-sea basin", that is, the terrain section line must pass through the continental shelf, land slope and sea basin area, and there will be a continental slope foot point. It is the basis for follow-up work.
  • the terrain profile line g. (x, j) performs the first derivation to obtain the slope profile g. ' (x, j) and second derivative profile g 0 , ).
  • Slope profile g. '(x, j each point g',. including coordinates, distance, uphill, downhill, water depth and average slope, etc., its coordinates, distance, water depth is the same as the original terrain profile.
  • Second derivative profile g. "(x, J Each point includes coordinates, distance, water depth, and second derivative values whose coordinates, distance, and water depth are the same as the original terrain profile.
  • step (2) (a) obtains the second derivative profile g "(x, J, there are many extreme points in the profile, and the new simplified terrain profile is composed of the extreme water depth (3. Second derivative)
  • the Douglas-Peucker algorithm (referred to as the D-P algorithm) is a curve thinning algorithm proposed by David Douglas and Thomas Peucker in 1973. It can streamline a large number of redundant points of the curve and preserve the most basic characteristics of the curve. To put it simply, an initial deviation value is given according to the curve dispersion, and the first and last points of the curve are connected to form a straight line, and the point farthest from the straight line among all the inflection points of the curve is queried. If the distance from the line to the line is less than the initial deviation value, all the inflection points of the curve are deleted and returned.
  • the overall algorithm is a prominent advantage of the D-P algorithm, which preserves the point at which the curve bends at its maximum.
  • the D-P algorithm has been a simplified conventional method for computer graphics curves.
  • the second simplified DP topography profile ( ⁇ ) is formed by the step (4), and the terrain expressed by &( ⁇ ) is re-derived by the method of the step (2) to form a new slope profile g 2 ' (x , j and second derivative profile g 2 "(x,j °
  • the concave terrain affects the identification and judgment of the foot of the continental slope and should be eliminated before final determination.
  • the so-called concave-packed terrain refers to the topographical terrain in the topographic section, that is, the topography where the water depth is shallower than that of the adjacent point.
  • the horizontal axis is the distance
  • the vertical axis is the depth profile of the water depth
  • the uplift is in the Descartes
  • the coordinate system is expressed as a concave shape, and therefore, it is defined as a concave package.
  • the terrain that is concave in the terrain profile is actually a convex hull in the Cartesian coordinate system. In this step, the concave topography in the second simplified DP terrain profile is eliminated.
  • the original terrain profile has been greatly simplified but the most basic features are retained, eliminating the influence of local small terrain and concave terrain on the identification of the foot of the continental slope.
  • the seabed topographic profile has been simplified to be easily identifiable.
  • the three-section topographic section of the "shelf-land slope-sea basin" has a flat shape of the continental shelf and the sea basin, and the slope of the seabed is small.
  • the slope of the slope has a slope shape and the slope is stable, and the convexity is characterized at the intersection of the slope and the basin.
  • the sub-item judgment is as follows:
  • (a) Slope method After two simplified terrain sections, the average slope value is distributed in two slope intervals, corresponding to the shelf and basin areas, and the land area.
  • the traversal point set G 3 feJ, the average slope e
  • step (b) Water depth method. According to step (a), the average slope of the flat zone is obtained ⁇ . However, it is not possible to distinguish between the shelf and the basin area based on the slope. The depth of the shelf and the depth of the basin vary greatly. The shelf depth is generally less than 250m. The depth of the basin is generally greater than 1000m, even reaching 4,000m deep.
  • the footstep F0S of the continental slope is located at the turning point from the slope to the basin, and has the segmental feature of the "land slope-sea basin" on the terrain.
  • the F0S point of the foot of the continental slope is in the land direction (to the first point of the section), which is a land slope with steep terrain and the slope conforms to the characteristics of
  • the data point of g 2 +Ag and downhill gi -Ag, gl +Ag is initially determined as the F0S of the continental slope.
  • step (f) The continuity method. From steps (a) to (e), there may be multiple points that meet the criteria. The abnormal point can be further judged and excluded according to the continuity of the curve.
  • the simplified terrain profile is single, so according to the average slope value m Si , it is traced from the footstep F0S of the continental slope to the curve starting point, and according to the segmental feature described in step (e), the complete slope can be traced back. Tracing back to the end of the curve, the complete basin can be traced back according to the segmental features described in step (e).
  • the data points satisfying the conditions of (c) to (f) are the footsteps of the continental slope.
  • the F0S of the eligible continental slope may be caused by two reasons.
  • the selected terrain profile may not conform to the "shelf-land slope-sea basin” assumption, and there is no "land slope-sea basin” turning terrain.
  • the second case is that the D-P algorithm is used to screen too many data points, which leads to the remaining data points not enough to describe the basic topographical features of the shelf-slope-sea basin.
  • return to step (4) reset the smaller distance deviation value, and repeat steps (4) through (7) until the footstep F0S of the continental slope that meets the requirements of step (7) is identified.
  • step (1) an arbitrary seabed two-dimensional terrain profile can be generated based on the seabed terrain mesh. Therefore, the present invention is applicable to automatic generation of a mesh-based two-dimensional terrain profile. Based on the same method, any two-dimensional hatch generation of any other type of mesh can also be applied.
  • the slope and the second derivative of the terrain profile can be calculated by the step (2). Therefore, the present invention can be applied to the automatic generation of the slope and the second derivative profile based on the terrain profile, and can be applied to the integrated profile including the topography, the slope and the second derivative. draw.
  • the simplified terrain profile retaining the original skeleton skeleton feature can be automatically generated by steps (3) and (4). Therefore, the present invention is applicable to the simplification of the complex terrain profile and can be applied to the skeleton point generation of the two-dimensional profile.
  • the concave and convex characteristics of the curve can be discriminated by the topography, slope and second derivative.
  • the concave and convex terrain can be identified by step (6), and the shelf, slope and sea basin shape can be identified by steps (a) and (b). Therefore, the present invention is applicable to automatic analysis and recognition of two-dimensional terrain profile features.
  • the present invention is applicable to the automatic judgment and recognition of the footsteps of the continental slope based on the terrain grid, and can be applied to the F0S+60M line in the marine demarcation. 1% sediment thickness line generation. Considering the similarity between the continental slope breakpoint at the transition from the shelf to the land slope and the characteristics of the foot slope of the continental slope, the present invention is also applicable to the automatic identification and generation of the continental slope breakpoint.
  • each data point includes distance, water depth, and plane coordinate values.
  • the typical submarine terrain mesh model is shown in Fig. 2.
  • the position of the hatching is shown in Fig. 2, and the generated terrain profile g. (x,j) is shown in Figure 3.
  • the terrain profile line g. (x, j) performs the first derivation and obtains the slope profile g. ' (x, j) and second derivative profile g. "(x,j).
  • Slope profile g.' Each data point in x,j includes coordinates, distance, uphill, downhill, water depth, and average slope. The coordinates, distance, and water depth are the same as the original terrain profile. .
  • Second derivative profile g "(x, each point g", including coordinates, distance, water depth, and second derivative values, whose coordinates, distance, and water depth are the same as the original terrain profile.
  • the second derivative profile g is obtained according to the above step (a). "(x, J , there are many extreme points in the profile. Only the original profile extreme points are retained, and the new simplified terrain profile is composed of extreme points ( ⁇ , 3. The extreme point is judged by: second derivative g" ,. The front and back points are g",.-i and respectively, if g",.-i and the numerical symbols are the same, then the point is the extreme point.
  • the first simplified terrain profile is shown in Figure 4.
  • the extreme point terrain profile obtained by step (3) ( , J, using the DP algorithm, calculates the meteorological point set G 2 ⁇ gi ⁇ in the extreme point terrain profile ( ⁇ , 3, and forms a new terrain)
  • Section g 2 (x, y) which is the second simplified terrain profile, retains only a few data points, and the water depth and distance values of each point are the same as the original profile g (x, J).
  • the second simplified D-P profile is shown in Figure 5.
  • the foot of the mainland slope is F0S.
  • the terrain profile of the complex land slope is automatically identified, and the results shown in Fig. 8 can be obtained.
  • the terrain profile having the uplifted slope is automatically recognized, and the results shown in Fig. 10 can be obtained.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Processing Or Creating Images (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明涉及一种海底地形的识别方法，具体是指一种基于地形网格的大陆坡脚点自动识别方法。本发明是通过用直线或折线对地形网格模型进行分割生成二维地形剖面线，再对二维地形剖面首次求导生成坡度剖面线和二阶导数剖面线，再获取二阶导数剖面线极值点，再使用D-P算法获取二次简化后的D-P地形剖面，然后对D-P地形剖面进行二次求导，以及使用地形与坡度判断法识别并消除D-P剖面中凹包地形，最后在D-P地形、坡度和二阶导数剖面基础上，综合使用坡度、水深、二阶导数、凹凸性、连续性和分段性等判定方法形成自动识别方法。本发明的优点在我国沿海的测绘过程中，具有测绘数据准确、操作方便、以及受自然天气影响较上等。

Description

一种基于地形网格的大陆坡脚点自动识别方法 fe^领域
本发明涉及一种海底地形的识别方法， 具体是指一种基于海底地形网格生成 地形剖面线， 并能对海底地形剖面进行自动分析， 从而自动识别出大陆坡脚点的 技术方法， 涉及到计算机图形学、 海底科学和海洋划界领域。
背景
大陆坡脚点是 200海里以外大陆架划界中最重要的界限点， 将影响大陆坡 脚点外推 60海里线和 1 %沉积物厚度线及最终外部界限的精度。 对二维地形剖 面进行智能分析， 从而自动识别大陆坡脚点， 在 200海里以外大陆架划界、二维 地形剖面特征自动识别与二维地形剖面绘制方面均具有重要的应用价值。
1982年签署生效的 《海洋法公约》 第七十六条规定： "沿海国的大陆架包 括其领海以外依其陆地领土的全部自然延伸，扩展到大陆边外缘的海底区域的海 床和底土， 如果从测算领海宽度的基线量起到大陆边的外缘的距离不到二百海 里， 则扩展到二百海里的距离" ； 沿海国如果主张从测算领海宽度的基线量起超 过 200海里， 则应按照《公约》第七十六条和附件二第四条的相关要求划定 200 海里以外大陆架外部界限， 并向大陆架界限委员会提交划界案。
200海里以外大陆架划界的关键证据是系列划界界限，包括:大陆坡脚点（简 称 F0S)、公式线（F0S+60M线和 1 %沉积物厚度线）、限制线（350M线及 2500m+100M 线）和外部界限等。 其中， F0S是最重要的界限点， 因为 F0S是确定 200海里以 外大陆架系列界限的起点，将直接影响 F0S+60M线和 1 %沉积物厚度线的准确性， 并最终影响外部界限的坐标和所圈定的面积，如果 F0S错误或者误差过大将对最 终外部界限产生重大影响。
从检索的公开资料分析， 目前国内无成熟的技术方法用于大陆坡脚点的自动 识别，尽管有少数文献对 200海里以外大陆架划界进行了介绍，但无翔实的大陆 坡脚点自动生成方法之内容， 现有技术方法不足以支持大陆坡脚点的识别和生 成。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足， 提出一种利用海底地形网格自动生成地形剖 面线， 并通过对地形剖面进行二次简化和二次求导，进而对简化剖面进行综合分 析， 从而实现大陆坡脚点的自动分析与提取的技术方法。该发明可应用于网格模 型自动生成任意二维剖面线、地形剖面特征自动识别与综合剖面绘制、海洋划界 中关键界限点的生成与海底地貌类型的自动识别等技术环节。
本发明是通过下述技术方案得以实现的：
一种基于地形网格的大陆坡脚点自动识别方法，其特征在于，包括下列步骤:
(1)网格切害 用直线 /(X，j 对地形网格模型 Z, = GrW ( , 进行分割， 生 成二维地形剖面线； 直线 /(x， J)的起点和终点坐标分别为 和 E(l2j;2)。
¾和3^.为网格模型第 行第 J'列网格点之横坐标和纵坐标值； 为网格 模型第 行第 J'列网格点之水深值；
直线 /(X，J 斜率 = (xl-x2)/(jl-j2) , 当 yl=y2 时， 斜率表达为 k = (yl-y2)/(xl-x2)；
(2)首次求导： 对二维地形剖面首次求导， 在海底地形网格模型 GrW ( , 基 础上， 通过直线 /(x，j 与之相交运算， 获得 /(x，j 与网格模型 GrW ( , 交点坐 标及水深值点集， 生成坡度剖面线和二阶导数剖面线；
由步骤（1)和（2)生成初始数据点集 G。 = feJ， 每个数据点包括距离、 水深、 坡度和二阶导数值；
/(x，j 与网格 GrW (i,f)的交点之坐标和水深值 / ?(X，J 分下述情形计算：
(a) 交点位于网格点 GrW ^ )： 直接返回网格点坐标（xi ， )与水深 zi ， 与起点 O(x。， 。）的距离： dis , y) = sl(x-x0)2 +(y-y0f ；
(b) 交点位于行上： 交点位于第 i行、第 j至 j+1列，距离计算同步骤 (a)； 交点纵坐标： y = ， 当 yl=y2时， y=yl; 交点横坐标： x = xl + (y— yl)x ，当 yl=y2时， x = xi ； 交点水深值： dep(x, y) = z; j +(x- x; j) x (zi j+l - z; j) ÷ (xi j+l - x; j)；
(c) 交点位于列上： 交点位于第 j列、第 i至 i+1行，距离计算同步骤 (a)； 交点横坐标： x = xi ; 交点纵坐标： y = yl + ( -xl)x ， 当 yl=y2时， y=yl; 交点、水深值： dep(x, y) = ζ,. +(y- y.j) x (z,.+1 - z,.)÷ (yu+l - y
(d) 交点位于网格中： 交点位于第 i行至 i+1行、 第 j至 j+1列之间， 距 离计算同步骤 (a) ; 交点水深值 /(X，J 可按照距离反比加权方法求取； 交点被
4个相邻网格点所包围， 则该点水深值为：
Figure imgf000005_0001
、 ^和 分别为 4个网格点的水深值、 计算权重值及与交点的距离值； 上述交点的横坐标和纵坐标值为 O(ri,yl)或 E(l2j;2)；
(3)首次简化： 获取二阶导数剖面线极值点， 以极值点为拐点生成新的首次 简化地形剖面线； 由步骤 (3)生成首次简化后的数据点集 ={gJ;
(4)二次简化： 使用 D-P算法对极值剖面进行运算， 保留符合 D-P算法的数 据点， 从而获取二次简化后的 D-P地形剖面；
(5)二次求导： 使用步骤 (2)之方法， 对 D-P地形剖面进行二次求导， 获得 新的基于 D-P地形剖面的坡度剖面线和二阶导数剖面线；由步骤 (4)和 (5)生成二 次简化并求导后的数据点集 G2 = {gi}；
(6)消除凹包： 使用地形与坡度判断法， 识别并消除 D-P剖面中凹包地形； 由步骤 (6)生成消除凹包地形后的数据点集 G3 = {gj；
(7)综合判断： 在 D-P地形、 坡度和二阶导数剖面基础上， 综合使用坡度、 水深、 二阶导数、 凹凸性、 连续性和分段性判定方法， 自动识别地形剖面中的大 陆坡脚点， 并在二维剖面中自动标识；
分项判断步骤：
(a) 坡度法： 对点集 G3 =fej中的平均坡度值 进行分区统计， 分别获取 陆架与海盆平均坡度 ， 以及陆坡区平均坡度^; 遍历点集 G3=feJ， 平均坡 ms; gi _Ag，gi +Ag为陆架或海盆， 平均坡度 g2 _Ag，g2 +Δ§为陆坡
(b) 水深法： 遍历点集 G3 = {gj， 对平均坡度 mSi e \gl - Ag, gl + Ag\的数据 点进行深度分类， 并获得陆架平均水深值 ^，和海盆平均水深值 ^，再次遍历点 集 G3 =feJ ， 水 深 值 A e - Δί，^ + Δ^ | 为 陆 架 ， 水 深 值 depi e d2 -Ad,d2 +Ad为海盆；
(c) 二阶导数法： 大陆坡脚点 F0S是陆坡至海盆海底坡度最大变化之点， 也就是二阶导数极值点；
(d) 凸包特性： 大陆坡脚点 F0S位于陆坡至海盆转折处， 因此在地形上具 有凸包特征， 具体表现为二阶导数值为正值的数据点；
(e) 分段性法：遍历点集 G3 =fe}，上坡度符合 g2 _Ag，g2 +Δ 且下 坡度符合 I |e -Ag， + Ag的数据点初步判断为大陆坡脚点 F0S;
(f) 连续性法： 遍历点集 G3 =feJ， 记录每个点向剖面首点生长的距离 及剖面尾点生长的距离/ ¾ ， 再次遍历点集 G3 =feJ， 比较每个数据点的 ^和 pdi值， 生长距离最远者为大陆坡脚点 F0S; 综合运用步骤 (a)〜 (f)， 同时满足步骤 (c)〜 (f)条件的数据点为大陆坡脚 点 F0S。
根据联合国 《海洋法公约》 第七十六条及大陆架划界委员会技术准则之规 定， 大陆坡脚点位于大陆坡坡底坡度变化最大点之位置， 也就是大陆坡底部二阶 导数极值点位置。本发明在地形剖面中识别符合该要求的地形剖面数据点。本发 明提出基于二阶导数极值点和 D-P算法的二次拟合方法， 以及原始剖面和 D-P 剖面的二次求导方法， 并给出坡度、 水深、 二阶导数、 凹凸性、 连续性和分段性 等判定方法等综合判定方法， 最终实现了大陆坡脚点的快速自动识别。
有益效果： 本发明在我国沿海的测绘过程中， 具有测绘数据准确、 操作方 便、 以及受自然天气影响较上等。
附图说明 图 1 本发明的算法总体流程示意图
图 2 本发明实施例 1中典型地形网格模型及地形示意图，其中 0E为实例地 形剖面线 f (x，y)所在位置； 虚线网为网格模型 Grid (i， j)， 为 M行、 N列的海 底地形网格
图 3 本发明实施例 1中的原始地形剖面示意图
图 4 本发明实施例 1中的首次简化后的极值点地形剖面示意图
图 5 本发明实施例 1中二次简化后的 D-P地形剖面示意图
图 6 本发明实施例 1中消除凹包后的地形剖面及识别的大陆坡脚点 （TOS : 大陆坡折点； F0S : 大陆坡脚点） 的示意图
图 7 本发明实施例 1中的标准地形剖面及识别的大陆坡脚点示意图， 其中 T0S :大陆坡折点； F0S :大陆坡脚点； 图中波浪线为二阶导数曲线；
图 8本发明实施例 1中的复杂陆坡的地形剖面及识别的大陆坡脚点示意图， 其中 T0S :大陆坡折点； F0S :大陆坡脚点； 图中波浪线为二阶导数曲线；
图 9 本发明实施例 1中的存在海山的地形剖面及识别的大陆坡脚点示意 图， 其中 T0S :大陆坡折点； F0S :大陆坡脚点； 图中波浪线为二阶导数曲线； 图 10 本发明实施例 1中的陆坡有隆起的地形剖面及识别的大陆坡脚点示 意图， 其中 T0S :大陆坡折点； F0S :大陆坡脚点； 图中波浪线为二阶导数曲线； 具体实 式
下面结合本发明的实施作具体说明：
实施例 1
如图 1所示的流程：
(1)切割地形网格生成地形剖面线
首先获取一个大陆边缘海底地形网格模型 z j = Grid (i, j)， 该网格共 M行、
N列， 由 M X N个规则排列的水深点组成， 如： ¾为网格模型第 行第 J'列之水 深值。 该网格模型需包括陆架、 陆坡和海盆等地形单元。 陆架、 陆坡和海盆为地 貌学术语。 陆架， 一般指靠近大陆且水深小于 200m的平坦海底地形区域。 陆坡 指紧邻陆架， 且海底水深急剧加深的海底地形区， 水深约百余米至数千米。海盆 指紧邻陆坡且海底较为平坦的海底地形区，水深可达千余米或数千米。陆坡区及 海盆区水深与大陆边缘性质相关，在世界各大陆边缘中， 陆坡区及海盆区的具体 水深是变化的。 可使用多种现有工具或者方法生成海底地形网格模型。
本实施例中， 首先网格切割： 用直线 /(X，j 对地形网格模型 =GrW( ) 进行分割，生成二维地形剖面线；直线 /(X，j 的起点和终点坐标分别为 ^ ^和
¾和3^.为网格模型第 行第 J'列网格点之横坐标和纵坐标值； 为网格 模型第 行第 J'列网格点之水深值；
直线 /(^，3 斜率 =(^1- 2)/ 1-32) , 当 yl=y2 时， 斜率表达为 k = (yl-y2)/(xl-x2)；
然后进行首次求导： 对二维地形剖面首次求导， 在海底地形网格模型 GrW( , 基础上， 通过直线 /(x，j 与之相交运算， 获得 /(x，j 与网格模型
Grid (i, j)交点坐标及水深值点集， 生成坡度剖面线和二阶导数剖面线；
由步骤（1)和（2)生成初始数据点集 G。 = feJ， 每个数据点包括距离、 水深、 坡度和二阶导数值；
/(x，j 与网格 GrW (i,f)的交点之坐标和水深值 / ?(X，J 分下述情形计算：
(d) 交点位于网格点 GrW^ )： 直接返回网格点坐标（xi ， )与水深 zi ， 与起点 O(x。， 。）的距离： dis , y) = sl(x-x0)2 +(y-y0f ；
(e) 交点位于行上： 交点位于第 i行、第 j至 j+1列，距离计算同步骤 (a)； 交点纵坐标： y = ， 当 yl=y2时， y=yl; 交点横坐标 : x = xl + (y-yl)xk, ^ yl=y2时， x = xt j； 交点水深值： dep(x, y) = z; j +(x- x; j) x (zi j+l - z; j) ÷ (xi j+l - x; j)；
(f) 交点位于列上： 交点位于第 j列、第 i至 i+1行，距离计算同步骤 (a)； 交点横坐标： x = xi ; 交点纵坐标：y = yl + ( - l)x ， 当 yl=y2时， y=yl; 交点、水深值： dep(x, y) = ζ,. +(y- y.j) x (z,.+1 - z,.)÷ (yu+l - y 在海底地形网格模型 GrW ( , 基础上， 通过直线或折线 /(X，j 与之相交运 算， 获得/ (X，j 与网格模型 GnW ( )交点坐标及水深值点集 G。= fe}， 按点集 G。与 /(X，j 首点 ^^^距离的顺序进行保存， 并形成横坐标为距离、 纵坐标为 水深值的初始地形剖面线 g。(x， )。 为方便回溯地形剖面点的平面坐标值， 需设 计合理结构同时保存点集 G。的平面坐标、 距离和水深值。
/(X，j 与网格 GrW (i,f)的交点之水深值 /?(x，j 分下述情形计算：
(a) 交点位于网格点。 直接返回网格点坐标与水深。 与起点 O(x。，J。）的距 离： dis(x, y) =」(x _ x0)2 +(y-y0)2 °
(b) 交点位于行上。交点位于第 i行、第 j至 j+1列，距离计算同步骤 (a)。 交点水深值： depijc, y) = z. . +(χ- χ.. ) x (zi +l - z. . ) ÷ (xi +l - χ〗 )。 χ(ζ·, j)和 为网格第 i行第 j列的横坐标及水深值。
(c) 交点位于列上。交点位于第 j列、第 i至 i+1行，距离计算同步骤 (a)。 交点水深值： dep^c, y) = ζ,. +(y- y.j) x (z,.+1 - z,.)÷ (yu+l - y 。 j)为网格 第 i行第 j列的纵坐标。
(d) 交点位于网格中。 交点位于第 i行至 i+1行、 第 j至 j+1列之间， 距 离计算同步骤 (a)。 交点水深值 / (X，J 可按照距离反比加权方法求取。 交点被 4个相邻网格点所包围， 则该点水深值为： dep(x,y) =
Figure imgf000009_0001
、 和 分别为 4个网格点的水深值、 计算权重值及与交点的距离值； 上述交点的横坐标和纵坐标值为 O(ri,yl)或 Ex2,y2。 形成的原始地形剖面要符合 "陆架一陆坡一海盆"特征， 也就是说地形剖 面线必须穿过大陆边缘的陆架、 陆坡和海盆区， 才会存在大陆坡脚点， 该条件也 是后续工作的基础。
(2)首次求导生成坡度和二阶导数剖面
对地形剖面线 g。(x，j)进行首次求导， 获得坡度剖面 g。' (x，j)和二阶导数剖 面 g0， ) 。
(a)形成坡度剖面。对地形剖面中第 i个数据点&而言，前后点分别为&— ^口 & +1。 已知该点水深值（^ )和距离值（ ）， 对&点进行求导， 可获得该点的上坡 度 下坡度 和平均坡度（ ,■ ) 。
Figure imgf000010_0001
mst = (I ust I + I dst |) ÷ 2 地形剖面的首点上坡度无法直接计算， 假定与剖面第 2点相同。 尾点下坡 度也无法计算， 假定与倒数第 2点下坡度值相同。
坡度剖面 g。'(x，j 中每个点 g',.包括坐标、 距离、 上坡度、 下坡度、 水深和 平均坡度等数值， 其坐标、 距离、 水深与原地形剖面相同。
(b)形成二阶导数剖面。 对坡度剖面 g'(x，j)进行求导， 可以获取该剖面的 二阶导数剖面 g。"(x，j ， 第 i点二阶导数 se 为： sec, = (zi+l - ζ!) ÷|ύ?!+1
Figure imgf000010_0002
二阶导数剖面 g。"(x， J 中每个点 包括坐标、距离、水深和二阶导数数值， 其坐标、 距离、 水深与原地形剖面相同。
(3)首次简化形成极值地形剖面
根据上述步骤 (2)中（a)获取了二阶导数剖面 g"(x， J ，该剖面中存在很多极 值点， 由极值点水深组成新的简化地形剖面 ( ，3 。 二阶导数 前后点分别为 i和 ， 如果 i和 数值符号相同， 则该点为极值点， 并形成新的点集 <^ = {&}， 每个点包括距离、 水深、 坡度和二 阶导数值，点集 = fej形成新的极值点地形剖面 (X， J)、坡度剖面 ' ( ， J)和 二阶导数剖面 "(χ，3 。 极值点地形剖面 (^)与原地形剖面相比， 进行了首次简化， 仅保留了符 合二阶导数极值点特征的数据点。
(4)二次简化形成 D-P地形剖面
Douglas-Peucker算法（简称 D-P算法）是由 David Douglas和 Thomas Peucker于 1973年提出的一种曲线抽稀算法， 可对曲线大量冗余点进行精简并 保留曲线最基本特征。 简单的说， 根据曲线离散度给定一个初始偏差值， 将曲线 首尾点相连形成直线， 并查询曲线所有拐点中距离该直线最远的点。如果该点与 直线的距离小于初始偏差值， 则删除曲线所有拐点并返回。如果该点与直线的距 离大于初始偏差值， 则保留该点作为特征点， 并以曲线首点和该点形成新的直线 并重新距离最远的点。 依此类推， 直至搜索完曲线所有点并保留下特征点。整体 算法是 D-P算法的突出优点， 可保留曲线最大弯曲形态的点。 D-P算法已是计算 机图形学曲线简化常规方法。
由步骤 (3)获取的极值点地形剖面 ( ， J ， 采用 D-P算法， 在地形剖面 (χ，3 中计算， 产生符合 D-P算法和偏差值的数据点集 G2 = feJ， 并形成新的 地形剖面& ( ，} ， 该剖面是二次简化后的地形剖面， 仅保留了极少数数据点， 每个点的水深值和距离值与原始剖面 g。(x， 中同位置点相同。
(5) 二次求导形成新的坡度和二阶导数剖面
由步骤 (4)形成二次简化后的 D-P地形剖面 (^)， 采用步骤 (2)之方法， 对&(^)所表达的地形进行再次求导，形成新的坡度剖面 g2' (x，j 和二阶导数 剖面 g2"(x，j °
(6) 识别并消除凹包地形
凹包地形影响大陆坡脚点的识别和判断， 要在最终确定前予以消除。 所谓 凹包地形是指在地形剖面中隆起地形， 也就是水深值比相邻点水深浅的地形。按 照笛卡尔坐标系表达， 横轴为距离、纵轴为水深的地形剖面， 隆起地形在笛卡尔 坐标系中表达为下凹形态， 因此， 将之定义为凹包。 在地形剖面中下凹的地形， 在笛卡尔坐标系中实际为凸包。在该步骤要消除二次简化后的 D-P地形剖面中的 凹包地形。
由步骤 (4)形成二次简化后的 D-P地形剖面 (^)， 由步骤 (5)形成二次求 导后的坡度剖面 g2' (x,y), 如果 g2' (x， )中第 i点上坡度 和下坡度（ ） 符号相同， 且都为正值， 则该点为凹包点， 应该消除。 采用二次循环， 遍历地形 剖面 g2(x，j 中所有点， 消除符合凹包特征的点后形成新的点集 G3 = feJ， 每个 数据点包括地形、 坡度和二阶导数值， 从而形成新的地形剖面& (X，J 、 坡度剖 面 g3'(x，j)和二阶导数剖面 g3"(x，j)。
(7) 综合识别并判断大陆坡脚点
通过步骤（1)至步骤 (6)， 原始地形剖面已大幅简化但保留最基本特征， 消 除了局部小地形和凹包地形对大陆坡脚点识别的影响，海底地形剖面已经简化为 易于识别的 "陆架-陆坡-海盆"三段式地形剖面， 陆架和海盆地形平坦，海底坡 度较小，陆坡地形呈现斜坡形状，坡度稳定，在陆坡与海盆交接处呈现凸包特征。
基于上述简化后的地形特征， 可采用坡度、 水深、 二阶导数、 凸包特征、 连续性和分段性对步骤 (6)形成的地形剖面&^， 进行查询，遍历点集 G3 = fej 识别并判断出大陆坡脚点， 分项判断依据如下：
(a) 坡度法。经 2次简化后的地形剖面， 其平均坡度值 分布两个坡度区 间， 分别对应陆架与海盆区， 以及陆坡区。 对点集 G3 = fe}中的平均坡度值 m 进行分区统计， 分别获取陆架与海盆平均坡度 ^， 以及陆坡区平均坡度 ^ 。 遍历点集 G3 = feJ， 平均坡度 e|^-Ag， + Ag|为陆架或海盆， 平均坡 度 e|^-Ag，^ + Ag|为陆坡区， 其中 为坡度限差值。 通过该步骤可识别 出属于陆坡地形区的数据点。
(b) 水深法。根据步骤 (a)， 获取了平坦区的平均坡度 ^ 。但仅根据坡度无 法区分陆架和海盆区。 陆架水深和海盆水深差别很大， 陆架水深一般小于 250m， 海盆水深一般大于 1000m, 甚至达到 4000m以深。 遍历点集 G3 =feJ， 对平均坡 度 e ^-Ag， + Ag的数据点进行深度分类， 并获得陆架平均水深值^ 和海 盆平均水深值 遍历点集 G3 =feJ， 水深值 Λ¾ e - Δί， +Δ^定义为陆架， 水深值 depi d0 -Ad,d0 _ +Ad ,定义为海盆。 通过该步骤， 识别出属于陆架和海盆地形 区的数据点。
(c) 二阶导数。 大陆坡脚点 F0S是陆坡至海盆中海底坡度最大变化之点， 也就是二阶导数极值点。
(d) 凸包法。 大陆坡脚点 F0S位于陆坡至海盆转折处， 因此在地形上具有 凸包特征。 表现为二阶导数值为正值的数据点。
(e) 分段性法。大陆坡脚点 F0S位于陆坡至海盆转折处，在地形上具有 "陆 坡-海盆" 的分段性特征。 大陆坡脚点 F0S点向陆方向（向剖面首点）， 为陆坡， 地形陡峭，坡度符合 |^| e 2 -Ag, 2 +Ag特征。大陆坡脚点 F0S点向海方向（向 剖面尾点）， 坡度符合 m^ e ^-Ag，^ + Ag特征 遍历点集 G3 = {gj ， 符合上坡度 1^· g2 _Ag，g2 +Ag 且下坡度 gi -Ag,gl +Ag的数据点初步判断为大陆坡脚点 F0S。
(f) 连续性法。 经步骤 (a)至 (e)， 可能有多个点符合条件。 可根据曲线连 续性进一步判断并排除异常点。经简化后的地形剖面单一， 因此根据平均坡度值 mSi， 从大陆坡脚点 F0S向曲线首点追溯， 并按照步骤 (e)所述分段性特征， 可 以追溯出完整的陆坡。 向曲线尾点追溯， 按照步骤 (e)所述分段性特征， 可以追 溯出完整的海盆。
遍历点集 G3 = {gj，记录每个点向首点追溯的生长距离 和向尾点追溯的 生长距离/ 。 再次遍历点集 G3 =feJ， 比较每个数据点的 M和^ ^值， 距离 最远者为大陆坡脚点 F0S。 经该步骤确定的 F0S点具有唯一性。
综合运用步骤 (a)至（f)， 同时满足 (c)〜（f)条件的数据点为大陆坡脚点 FOS o
针对一个具体的地形剖面， 如果无法正确识别出符合条件的大陆坡脚点 F0S, 可能因两种原因造成。情形之一， 可能所选的地形剖面不符合 "陆架 -陆坡 -海盆"假设，不存在 "陆坡-海盆"转折之地形。在该种情形下，可返回步骤（1) 重新生成符合条件的地形剖面， 然后重复 (2)至 (7)之步骤。 情形之二， 是采用 D-P算法筛选了过多的数据点， 导致剩余的数据点不足以描述 "陆架-陆坡-海 盆" 的基本地形特征。 在该种情形下， 返回步骤 (4)， 重新设置较小的距离偏差 值， 重复 (4)至 (7)之步骤， 直至识别出符合步骤 (7)要求的大陆坡脚点 F0S。
通过步骤（1)可以基于海底地形网格生成任意的海底二维地形剖面， 因此， 本发明可适用于基于网格的二维地形剖面的自动生成。基于相同方法， 也可适用 其他任意类型网格的任意二维剖面线生成。
通过步骤 (2)可以计算地形剖面的坡度和二阶导数， 因此， 本发明可适用基 于地形剖面的坡度和二阶导数剖面的自动生成， 可应用于包括地形、坡度和二阶 导数的综合剖面绘制。
通过步骤 (3)和 (4)可以自动生成保留原剖面骨架特征的简化地形剖面， 因 此， 本发明适用复杂地形剖面的简化， 可应用于二维剖面的骨架点生成。
通过地形、 坡度和二阶导数可以判别曲线的凹凸特性， 通过步骤 (6)可以识 别凹包地形， 通过步骤 (a)和 (b)可以识别出陆架、 陆坡和海盆地形。 因此， 本发 明适用于二维地形剖面特征的自动分析和识别。
通过步骤（1)〜(7)， 可自动识别大陆坡脚点， 因此， 本发明适用于基于地 形网格的大陆坡脚点自动判断和识别， 可应用于海洋划界中 F0S+60M线与 1 %沉 积物厚度线的生成。考虑到陆架至陆坡转折处的大陆坡折点与大陆坡脚点特征的 类似性， 因此， 本发明也适用于大陆坡折点的自动识别与生成。
实施例 2
对于给定的海底地形网格模型， 我们通过切割网格、 首次求导、 首次简化 地形、 二次简化地形、 二次求导、 消除凹包地形、 综合判断等 7个步骤实现大陆 坡脚点的自动识别（总体技术流程见图 1)， 具体实施方式如下：
(1)切割网格
使用直线/ (x，j 切割海底地形网格模型 GrW ( , ， 进行相交运算， 获得原 始地形数据点集 G。 = fe }， 每个数据点包括距离、 水深和平面坐标值。 点集 G。 = fe }按与 /(X，J 首点 ^^^距离的顺序进行保存， 并形成横坐标为距离、纵 坐标为水深值的原始地形剖面线 g。(x，j)。 地形剖面 g。(x，j)要符合 "陆架一陆坡一海盆"特征，也就是说地形剖面线 必须穿过大陆边缘的陆架、陆坡和海盆区， 否则重新采用人机交互方式生成新的 地形剖面。
典型海底地形网格模型见图 2， 剖面线位置见图 2中直线 ， 生成的地形 剖面 g。(x，j )见图 3。
(2)首次求导
对地形剖面线 g。(x，j)进行首次求导， 获得坡度剖面 g。' (x，j)和二阶导数剖 面 g。"(x，j )。 坡度剖面 g。' (x，j 中每个数据点 包括坐标、 距离、 上坡度、 下坡度、 水 深和平均坡度等数值， 其坐标、 距离、 水深与原地形剖面相同。
二阶导数剖面 g。"(x， 中每个点 g",.包括坐标、距离、水深和二阶导数数值， 其坐标、 距离、 水深与原地形剖面相同。
由 g。(^j 、 ^ ' ( ， )和^ "( ，3 中距离、 地形、 坡度和二阶导数值共同组 成点集 G。 = fe }。
(3)首次简化
根据上述步骤 (a)获取了二阶导数剖面 g。 "(x， J ， 该剖面存在很多极值点。 仅保留原剖面极值点， 并由极值点组成新的简化地形剖面 (χ，3 。 极值点判断 依据为： 二阶导数 g",.前后点分别为 g",.— i和 ， 如果 g",.— i和 数值符号相 同， 则该点为极值点。 形成新的点集 <^ = {&}， 每个点包括距离和水深值， 点集 G, = fej形成新的极值点地形剖面 (χ， 。极值点地形剖 ffi (x， 与原地形剖 面相比， 进行了首次简化， 仅保留了部分符合二阶导数极值点特性的水深点。 首次简化后的地形剖面见图 4。
(4)二次简化
由步骤 (3)获取的极值点地形剖面 ( ， J ， 采用 D-P算法， 在极值点地形 剖面 (χ，3 中计算符合要求的数据点集 G2 = {gi}， 并形成新的地形剖面 g2(x,y) , 该剖面是二次简化后的地形剖面， 仅保留了极少数数据点， 每个点的 水深值和距离值与原始剖面 g。(x， J)相同。
二次简化后的 D-P剖面见图 5。
(5) 二次求导
由步骤 (4)形成二次简化后的 D-P地形剖面 (^)， 采用步骤 (2)之方法， 对&(^)所表达的地形进行再次求导，形成新的坡度剖面 g2' (x，j 和二阶导数 剖面 g2"(x，j ° 由 g2(Aj 、 '( ， 和 "( ，3 中距离、 地形、 坡度和二阶导数值共同组 成数据点集 G2 = fe}。
(6)消除凹包
由步骤 (4)形成二次简化后的 D-P地形剖面 (^)， 由步骤 (5)形成二次求 导后的坡度剖面 g2' (x,y), 如果 g2' (x， )中第 i点上坡度 和下坡度（ ） 符号相同， 且都为正值， 则该点为凹包点， 应该消除。
采用二次循环， 遍历地形剖面 g2(x，j)中所有点， 消除符合凹包特征的点后 形成新的点集 G3 =feJ， 每个数据点包括地形、坡度和二阶导数值， 从而形成新 的地形剖面 g3 (x， y)、 坡度剖面 g3' (x， y)和二阶导数剖面 g3"(x， y)。
消除凹包后的剖面见图 6。
(7) 综合判断
通过步骤（1)至步骤 (6)， 获取了简化后的综合剖面， 我们采用水深、 坡度、 二阶导数、 凸包特征、连续性和分段性对步骤 (6)形成的地形剖面&^， 进行查 历点集 G3 ={gJ识别并判断出大陆坡脚点。 分项判断依据如下:
(a) 坡度法。对点集 G3 =fej中的平均坡度值 进行分区统计， 分别获取 陆架与海盆平均坡度 ， 以及陆坡区平均坡度^。 遍历点集 G3 =feJ， 平均坡 ms; gi _Ag，gi +Ag为陆架或海盆， 平均坡度 g2 _Ag，g2 +Δ§为陆坡
(b) 水深法。遍历点集 G3 = {gj， 对平均坡度 mSi e \gl - Ag, gl + Ag\的数据 点进行深度分类，并获得陆架平均水深值 ^，和海盆平均水深值 ^。再次遍历点 集 G3 =feJ ， 水 深 值 A e - Δί，^ + 为 陆 架 ， 水 深 值 depi e ψ2 - Ad,d2 + Ad\为海盆。
(c) 二阶导数。 大陆坡脚点 F0S是陆坡至海盆海底坡度最大变化之点， 也 就是二阶导数极值点。
(d) 凸包特性。 大陆坡脚点 F0S位于陆坡至海盆转折处， 因此在地形上具 有凸包特征。 具体表现为二阶导数值为正值的数据点。
(e) 分段性法。 大陆坡脚点相邻的前后点分别为陆坡和海盆， 陆坡和海盆 通过步骤 （a) 和 （b) 已经识别 。 遍历点集 G3 = {gj ， 上坡度符合 的数据点初步判断为
Figure imgf000017_0001
大陆坡脚点 F0S。
(f) 连续性法。遍历点集 G3 =feJ， 记录每个点向剖面首点生长的距离 及剖面尾点生长的距离/^ 。 再次遍历点集 G3 =feJ， 比较每个数据点的 ^和 pdi值， 生长距离最远者为大陆坡脚点 F0S。 综合运用步骤 (a)至（f)， 同时满足 (c)〜（f)条件的数据点为大陆坡脚点 FOSo 最终识别的大陆坡脚点见图 6。
我们使用 C++编程语言在 2.40GHz的 Intel (R) Core2, 2GB内存的 PC机上实 现了本发明之算法， 并使用典型大陆边缘之海底地形网格模型 (见图 2)， 自陆架 至海盆切割典型海底地形剖面， 采用本发明之技术方法准确识别出大陆坡脚点 FOS o 本发明总体技术流程见图 1， 典型剖面识别出大陆坡脚点的具体步骤见图 2〜图 6。 还对不同类型地形剖面进行了自动识别大陆坡脚点实验， 结果如图 7 所示。 采用本发明相同之方法， 也实现了大陆坡折点的自动识别， 见图 6和图 7 中大陆坡折点 T0S。
实施例 3
与实施例 1相同方法， 对复杂陆坡的地形剖面进行自动识别， 可得图 8所 示结果。
实施例 4
与实施例 1相同方法， 对存在海山的地形剖面进行自动识别， 可得图 9所 示结果。
实施例 5
与实施例 1相同方法， 对陆坡有隆起的地形剖面进行自动识别， 可得图 10 所示结果。

Claims

1、 一种基于地形网格的大陆坡脚点自动识别方法， 其特征在于， 包括下列步骤：
(1)网格切害 用直线 /(x，j 对地形网格模型 Z, = GrW ( , 进行分割， 生 成二维地形剖面线； 直线 /(X，J 的起点和终点坐标分别为 O ^^BE^,^。
¾和3^.为网格模型第 行第 J'列网格点之横坐标和纵坐标值； 为网格 模型第 行第 J'列网格点之水深值；
直线 /(X，J 斜率 = (xl-x2)/(jl-j2) , 当 yl=y2 时， 斜率表达为 k = (yl-y2)/(xl-x2)；
(2)首次求导： 对二维地形剖面首次求导， 在海底地形网格模型 GrW ( , 基 础上， 通过直线 /(x，j 与之相交运算， 获得 /(x，j 与网格模型 GrW ( , 交点坐 标及水深值点集， 生成坡度剖面线和二阶导数剖面线；
由步骤（1)和（2)生成初始数据点集 G。 = feJ， 每个数据点包括距离、 水深、 坡度和二阶导数值；
/(x，j 与网格 GrW (i,f)的交点之坐标和水深值 / ?(X，J 分下述情形计算：
(a) 交点位于网格点 GrW ^ )： 直接返回网格点坐标（xi ， )与水深 zi ， 与起点 O(x。， 。）的距离： dis , y) = sl(x-x0)2 +(y-y0f ；
(b) 交点位于行上： 交点位于第 i行、第 j至 j+1列，距离计算同步骤 (a)； 交点纵坐标： y = j^， 当 yl=y2时， y=yl; 交点横坐标 : x = xl + (y-yl)xk, ^ yl=y2时， x = Xi j； 交点水深值： dep(x, y) = z. . +(x- Xij) x (z. .+1 - z..) ÷ (xiJ+l - XiJ)
(c) 交点位于列上： 交点位于第 j列、第 i至 i+1行，距离计算同步骤 (a)； 交点横坐标： x = xi ; 交点纵坐标：y = yl + ( - l)x ， 当 yl=y2时， y=yl; 交点、水深值： dep(x, y) = ζ,. +(y- y.j) x (z.J+l - z.j)÷ (y.J+l - y.j)；
(d) 交点位于网格中： 交点位于第 i行至 i+1行、 第 j至 j+1列之间， 距 离计算同步骤 (a) ; 交点水深值 / (X，J 可按照距离反比加权方法求取； 交点被 4个相邻网格点所包围， 则该点水深值为：
Figure imgf000020_0001
Zi , ^和 分别为 4个网格点的水深值、 计算权重值及与交点的距离值； 上述交点的横坐标和纵坐标值为 O(ri,yl)或 E(l2j;2)；
(3)首次简化： 获取二阶导数剖面线极值点， 以极值点为拐点生成新的首次 简化地形剖面线； 由步骤 (3)生成首次简化后的数据点集 = {gJ ;
(4)二次简化： 使用 D-P算法对极值剖面进行运算， 保留符合 D-P算法的数 据点， 从而获取二次简化后的 D-P地形剖面；
(5)二次求导： 使用步骤 (2)之方法， 对 D-P地形剖面进行二次求导， 获得 新的基于 D-P地形剖面的坡度剖面线和二阶导数剖面线；由步骤 (4)和 (5)生成二 次简化并求导后的数据点集 G2 = {gi }；
(6)消除凹包： 使用地形与坡度判断法， 识别并消除 D-P剖面中凹包地形； 由步骤 (6)生成消除凹包地形后的数据点集 G3 = {gj；
(7)综合判断： 在 D-P地形、 坡度和二阶导数剖面基础上， 综合使用坡度、 水深、 二阶导数、 凹凸性、 连续性和分段性判定方法， 自动识别地形剖面中的大 陆坡脚点， 并在二维剖面中自动标识；
分项判断步骤：
(a) 坡度法： 对点集 G3 = fej中的平均坡度值 进行分区统计， 分别获取 陆架与海盆平均坡度 ^， 以及陆坡区平均坡度 ^ ; 遍历点集 G3 = feJ， 平均坡
Ms, gi _ Ag，gi + Ag为陆架或海盆， 平均坡度 g2 _ Ag，g2 + Δ§为陆坡
(b) 水深法： 遍历点集 G3 = {gj， 对平均坡度 mSi e \gl - Ag, gl + Ag\的数据 点进行深度分类， 并获得陆架平均水深值 ，和海盆平均水深值 ^，再次遍历点 集 为 陆 架 ， 水 深 值
Figure imgf000021_0001
depi d0 -Ad,d0 +Ad为海盆；
(c) 二阶导数法： 大陆坡脚点 FOS是陆坡至海盆海底坡度最大变化之点， 也就是二阶导数极值点；
(d) 凸包特性： 大陆坡脚点 F0S位于陆坡至海盆转折处， 因此在地形上具 有凸包特征， 具体表现为二阶导数值为正值的数据点；
(e) 分段性法：遍历点集 G3=fe}，上坡度符合 | g2 _Ag，g2 +Δ§且下 坡度符合 |^,. gi -Ag,gl +Ag的数据点初步判断为大陆坡脚点 F0S;
(f) 连续性法： 遍历点集 G3 =feJ， 记录每个点向剖面首点生长的距离 及剖面尾点生长的距离 再次遍历点集 G3 =feJ， 比较每个数据点的 ^和 pd;值， 生长距离最远者为大陆坡脚点 F0S; 综合运用步骤 (a)〜 (f)， 同时满足步骤 (c)〜 (f)条件的数据点为大陆坡脚 点 F0S。
PCT/CN2013/088043 2012-11-28 2013-11-28 一种基于地形网格的大陆坡脚点自动识别方法 WO2014082585A1 (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/414,285 US9507052B2 (en) 2012-11-28 2013-11-28 Automatic recognition method of continental slope foot point based on terrain grid

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210504124.4 2012-11-28
CN201210504124.4A CN102999914B (zh) 2012-11-28 2012-11-28 一种基于地形网格的大陆坡脚点自动识别方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014082585A1 true WO2014082585A1 (zh) 2014-06-05

Family

ID=47928448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2013/088043 WO2014082585A1 (zh) 2012-11-28 2013-11-28 一种基于地形网格的大陆坡脚点自动识别方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9507052B2 (zh)
CN (1) CN102999914B (zh)
WO (1) WO2014082585A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113933909A (zh) * 2021-08-30 2022-01-14 核工业北京地质研究院 一种快速确定裂谷盆地边界的方法

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102999914B (zh) * 2012-11-28 2014-08-13 国家海洋局第二海洋研究所 一种基于地形网格的大陆坡脚点自动识别方法
CN103389076B (zh) * 2013-07-24 2014-05-14 国家海洋局第二海洋研究所 基于网格重建的海底地形地貌变化探测与分析方法
CN103837140B (zh) * 2014-03-21 2014-10-01 国家海洋局第二海洋研究所 一种初始弧后盆地大陆架划界的测绘方法
CN105844033B (zh) * 2016-03-30 2022-12-06 中国舰船研究设计中心 船舶总纵极限强度简化逐步破坏分析方法
CN106033618B (zh) * 2016-05-23 2019-01-25 西安建筑科技大学 一种dem数据中盆地的自动标识方法
CN107369193B (zh) * 2017-06-30 2019-12-03 中铁工程设计咨询集团有限公司 一种排水用地图绘制方法和绘制装置
CN109446485B (zh) * 2018-11-05 2023-01-06 江西省国土空间调查规划研究院 一种基于多源数据融合的季节性湖泊湖底地形生成方法
CN109685005B (zh) * 2018-12-24 2023-05-26 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 飞行控制系统试验数据处理方法
CN110083673B (zh) * 2019-04-30 2020-12-15 河海大学 一种基于高程散点的河道或堤防智能搜索方法
CN110263110B (zh) * 2019-05-30 2021-10-12 武汉智云集思技术有限公司 基于抽稀算法的地理空间数据加载方法、设备及存储介质
CN110379207B (zh) * 2019-07-19 2020-11-06 知天(珠海横琴)气象科技有限公司 一种自动船舶气象信息发布系统及其方法
CN111102965B (zh) * 2019-12-31 2022-03-15 自然资源部第二海洋研究所 大陆边缘陆坡坡脚的确定方法
WO2021221684A1 (en) * 2020-05-01 2021-11-04 Landmark Graphics Corporation Determining exploration potential ranking for petroleum plays
CN111784789B (zh) * 2020-06-22 2024-03-08 上海米哈游天命科技有限公司 一种地貌生成方法、装置、计算机设备和存储介质
CN111983678B (zh) * 2020-07-22 2024-02-23 中海石油(中国)有限公司深圳分公司 一种快速评价深水砂体发育潜力的方法
CN112231993B (zh) * 2020-10-16 2024-05-28 黄河水利委员会黄河水利科学研究院 基于道克拉斯-普克的河道断面概化方法及装置
CN114782211B (zh) * 2022-05-16 2023-04-28 广州海洋地质调查局 一种海山分布范围信息的获取方法及系统
CN114723911B (zh) * 2022-06-09 2022-10-11 自然资源部第二海洋研究所 基于d-p算法和最优路径的海底地理实体边界自动识别方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040085319A1 (en) * 2002-11-04 2004-05-06 Gannon Aaron J. Methods and apparatus for displaying multiple data categories
CN1753033A (zh) * 2005-11-10 2006-03-29 北京航空航天大学 逼真三维地形几何模型的实时绘制方法
CN101261743A (zh) * 2007-10-19 2008-09-10 北京航空航天大学 一种基于规则网格的大规模地形漫游模拟方法
CN102999914A (zh) * 2012-11-28 2013-03-27 国家海洋局第二海洋研究所 一种基于地形网格的大陆坡脚点自动识别方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060022980A1 (en) * 2004-07-28 2006-02-02 Donovan Kenneth B Material coded imagery for computer generated forces
CN101398943A (zh) * 2008-10-08 2009-04-01 河海大学 基于双层规则化的渠道地面网格模型表示方法
CN101593361A (zh) * 2009-06-25 2009-12-02 北京航空航天大学 一种基于双层嵌套网格的大规模地形绘制系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040085319A1 (en) * 2002-11-04 2004-05-06 Gannon Aaron J. Methods and apparatus for displaying multiple data categories
CN1753033A (zh) * 2005-11-10 2006-03-29 北京航空航天大学 逼真三维地形几何模型的实时绘制方法
CN101261743A (zh) * 2007-10-19 2008-09-10 北京航空航天大学 一种基于规则网格的大规模地形漫游模拟方法
CN102999914A (zh) * 2012-11-28 2013-03-27 国家海洋局第二海洋研究所 一种基于地形网格的大陆坡脚点自动识别方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113933909A (zh) * 2021-08-30 2022-01-14 核工业北京地质研究院 一种快速确定裂谷盆地边界的方法
CN113933909B (zh) * 2021-08-30 2024-03-19 核工业北京地质研究院 一种快速确定裂谷盆地边界的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102999914A (zh) 2013-03-27
US20150192695A1 (en) 2015-07-09
CN102999914B (zh) 2014-08-13
US9507052B2 (en) 2016-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014082585A1 (zh) 一种基于地形网格的大陆坡脚点自动识别方法
Zhao et al. A method for simplifying ship trajectory based on improved Douglas–Peucker algorithm
US9651698B2 (en) Multi-beam bathymetric chart construction method based on submarine digital depth model feature extraction
CN112906830B (zh) 一种基于ais大数据的船舶最优航线自动生成方法
CN113450596B (zh) 基于船舶轨迹特征点提取的时空dp方法
CN102034104B (zh) 三维点云中基于随机采样一致性的特征线检测方法
CN109708638B (zh) 一种船舶轨迹点提取方法
CN106599129A (zh) 一种顾及地形特点的多波束点云数据去噪方法
CN110378239A (zh) 一种基于深度学习的实时交通标志检测方法
CN104573705A (zh) 一种建筑物激光扫描点云数据的聚类方法
CN105139379A (zh) 基于分类分层的机载Lidar点云建筑物顶面渐进提取方法
CN102890875B (zh) 一种获取海上智能交通网络的系统碰撞风险的方法
CN103177258A (zh) 一种根据矢量等高线数据自动提取地性线的方法
CN104408455A (zh) 粘连字符分割方法
CN106447670A (zh) 基于电成像测井图像的孔洞参数自动计算方法
WO2018018865A1 (zh) 油藏中贼层的识别方法及装置
CN103745123B (zh) 基于移动子窗与可变算子的多波束测深数据自动处理方法
CN103927537A (zh) 一种自适应的汉字笔画交叉区域提取算法
CN104537891A (zh) 一种船舶轨迹实时预测方法
CN104504277A (zh) 一种船舶冲突预警方法
CN106127677B (zh) 局部样本投影轮廓约束的点云边界特征识别方法
CN112766581B (zh) 一种计算机自动识别预报人工防雹作业潜势的方法
CN110853139B (zh) 一种多波束测深数据化简方法及装置
CN110992375B (zh) 逐层LiDAR点云的弦角判别聚类单木分割方法
Xu et al. A method of 3d building boundary extraction from airborne lidar points cloud

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13858724

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14414285

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13858724

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1