专利名称：数字地形图的生成方法和生成设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过对勘测数据的数学处理产生等高线来生成数字地形图的生成方法，并且更具体地说，本发明涉及生成数字地形图的生成方法和生成设备，该方法和设备通过使用对勘测数据的这种数学处理生成的等高线，在地形图上放置已经数字化的地图元素，例如海岸线、河流、湖泊、铁路、公路、建筑物等来生成数字地形图。
背景技术：
常规地，在由日本地理测绘学院(Geographical survey Institute ofJapan)生成的地图或地形图上，在地球表面上的起伏或凹凸借助于其上的等高线来表示，然而在生成其上显示这种等高线的地图时，是通过手工一个一个地将这些海拔高度彼此相同的测量点彼此相连来生成的，同时使用诸如曲尺等设计工具将得到的大量测量点连接起来，这些测量点的海拔高度根据基准通过三角勘测而测量得到。
然而，就上述方法而论，为了得到精度高得多的这种地图，必须通过更大量的测量点生成，而为了生成等高线，还需要大量时间和人力，并且，由于生成地图必须对得到的勘测数据进行手工处理或处置，因此容易出现人为错误，这也需要大量时间和人力；因此，这种生成的地形图的问题或缺点是其精度和/或可靠性低等等。
另一方面，也有一种可靠的方法，即通过例如模式识别处理等，对得到的数字数据进行曲线过程处理，从而对常规的地形图进行数字化，由此生成地形图，常规的地形图上地球表面的凹凸由等高线表示，或者还有一种方法是，通过对得到的坐标数据(coordinate data)进行图像处理而生成地形图，坐标数据通过坐标读取设备读取等高线得到。然而，就前一种方法而论，其缺点是由于得到的数字数据的特性不均匀或不一致性等，所以生成地形图的曲线不平滑，而就后一种方法而论，其缺点是由于坐标数据量特别大，特别是对其进行处理有困难。
而且，就常规地形图而论，即使等高线数据是数字的向量数据，然而由于等高线本身不具有关于高度方向的信息，即三(3)维信息，因此还有如下缺点例如，当在地图上计划一条道路时，不可能读出关于陆地轮廓的高度差，或者特别是当借助于CAD试图模拟时，不可能对如下情况进行模拟当在地图上表示的山谷区域中降雨时，对于雨水汇集或冲入该山谷中路径的模拟；或当在一个流域或流域边界的分水岭上降雨时，对水在哪个方向上流出的模拟；或对在地图上应该建造钢塔位置的模拟，以便铺设电力传输线或通信线；或者当火山喷发时，对火山灰流的路径或者方向的模拟；或对地震海啸如何到达海岸线路径的模拟。
为了消除和/或改进上述缺点，本发明的一个目的在于提供一种生成数字地形图的方法，以便能够在短时间内容易地以高精度生成数字地形图。
而且，本发明的另一个目的在于，提供一种数字地形图的生成方法和一种生成设备，以便把陆地的轮廓的等高线生成成三维数字数据的形式，从而得到的等高线作为其中的主要元素能用来和已经数字化的地图元素，例如海岸线、河流、湖泊、铁路、公路、建筑物等构成地形图。
发明内容
根据本发明，提供有一种用来生成数字地形图的方法，该方法包括如下步骤以预定距离把通过UTM画图方法生成的基本地图划分成栅格状区域，并且进一步把得到的区域划分成更小的区域，由此生成小区域，同时在各个区域之间和在区域的每一个内内插缺少的间断数据；根据具有合理性的算法，通过使得到的小区域的x、y坐标和通过测量得到的海拔高度相关而生成数字数据，并且把其海拔高度相同的小区域用直线连接，由此生成第一地形图，在第一地形图上等高线用线段形成；及用数学方法对所述第一地形图的等高线进行平滑处理，由此生成第二地形图，在第二地形图上等高线用曲线形成，比用线段形成的所述第一地形图的等高线平滑。
这样，通过借助于计算机处理每一步骤，能在短时间内容易地得到其上等高线由平滑曲线表示的数字地形图，并且与其中大量测量数据由手工处理的情形相比，也较少出现人为错误；因此，能实现显著改进，特别是对于地形图的精度和可靠性。
根据本发明，在上述用来生成数字地形图的方法中，用来由其生成所述第二地形图的数字数据与地图元素数据一起被存储在记录装置中，并且这些数据被显示在显示装置上，构成其单个或层结构，或者能作为地形图在纸等上面输出。
这样，可以容易地把地图元素置于其上显示等高线的第二地形图上，或者在纸等上面以地形图的形式进行输出它的操作，或者根据其必要性仅构成地图元素的一部分；因此，能进一步改进地形图的可用性或便利性。
根据本发明，在上述用来生成数字地形图的方法中，提供一个检查功能，该检查功能用来检查是否适当地进行数学处理，从而当生成所述第一地形图时，通过顺序连接具有相同海拔高度的所述小区域，使线段彼此相交。
这样，在可靠性方面能改进得到的数字数据，并因此能得到其精度较高的数字地形图。
根据本发明，在上述用来生成数字地形图的方法中，根据基本地图和地图元素通过所述UTM画图方法生成的不规则四边形用数学方法修正和内插，以成为直角四边形，由此生成第三地形图。
这样，当收集彼此相邻的第三地形图时，等高线和/或地图元素不会发生移动，地图元素如等高线、铁路、公路、边界线等。
根据本发明，在上述用来生成数字地形图的方法中，由用户独立生成的用户地图元素被存储到所述记录装置中作为数据库，并且这些用户地图元素和所述第三地形图被显示在所述显示装置上，构成其单个或层结构，或者能作为地形图在纸等上面输出。
这样，用户可以得到最新的地形图和/或适合其使用的地形图。
根据本发明，还提供有一种用来生成数字地形图的方法，该方法包括如下步骤以预定距离把通过UTM画图方法生成的基本地图划分成栅格状区域，并且进一步把得到的区域划分成更小的区域，由此生成小区域，同时在各个区域之间和在区域的每一个内内插缺少的间断数据；根据具有合理性的算法，通过使得到的小区域的x、y坐标和通过测量得到的海拔高度相关而生成数字数据，并且把其海拔高度相同的小区域用直线连接，由此生成第一地形图，在第一地形图上等高线用线段形成；用数学方法对所述第一地形图的等高线进行平滑处理，由此生成第二地形图，在第二地形图上等高线用曲线形成，比用线段形成的所述第一地形图的等高线平滑；用数学方法修正和内插根据通过所述UTM画图方法得到的基本地图和地图元素而生成的不规则四边形，以成为直角四边形，由此由所述第二地形图生成第三地形图；及把用来生成所述第三地形图的数字数据和地图元素数据一起存储到记录装置中，并由此把这些数据显示在显示装置上，构成其单个或层结构，或者作为地形图在纸等上面输出。
这样，通过借助于计算机处理每一步骤，能在短时间内容易地得到其上等高线由平滑曲线表示的数字地形图，并且与其中大量测量数据由手工处理的情形相比，也较少出现人为错误；因此，能实现显著改进，特别是对于地形图的精度和可靠性。
而且，由第二地形图通过对其进行数学修正和内插生成第三地形图，从而使根据所述UTM画图方法得到的基本地图和地图元素所生成的不规则四边形成为直角四边形；因此，当收集彼此相邻的第三地形图以便在显示装置上显示它们时，或者当把它以地形图的形式在纸等上面输出时，等高线和/或地图元素，如湖泊或沼泽，海洋，海岸线，铁路，公路，建筑物，城市、乡镇或村庄的边界线等不会发生移动。
根据本发明，在上述用来生成数字地形图的方法中，在被显示在所述显示装置上的第三地形图上，显示根据海拔高度用颜色划分的颜色刻度、和具有可沿所述颜色刻度自由运动的滑动条的对话框，由此对于海拔高度的每一个通过沿所述颜色刻度运动所述滑动条，能用任意颜色给所述第三地形图加色。
这样，可以得到给平地染绿色，而按照海拔高度的增加分别从绿色到棕色加色的彩色地形图，以及第三地形图，在该地形图上，特别是在海拔高度差较小的诸如平地的地形图的情况下，通过运动滑动条精细地指明等高线的染色区域而用颜色精细地进行区分；因此，能容易地对高度差进行确定。
根据本发明，在上述用来生成数字地形图的方法中，在被显示在所述显示装置上的所述第三地形图上，显示用来指示其中任意等高线的海拔高度的海拔高度显示栏、和带有用来设计要加色的等高线的颜色的调色板的对话框，由此对于其海拔高度的每一个通过把要加色的等高线的海拔高度输入到所述海拔高度显示栏中和输入经所述调色板的颜色，能用任意颜色给所述第三地形图的等高线加色。
这样，通过按要求用任意颜色给等高线加色，能容易地对相同海拔高度的等高线，甚至对在等高线之间具有短距离以至于难以看到相同海拔高度的等高线的第三地形图进行确定。
根据本发明，在上述用来生成数字地形图的方法中，在其上显示所述第三地形图的所述显示装置上显示子屏幕，并且在所述子屏幕上，由地图号码和/或地图名称显示与在所述显示装置上显示的任意地方的第三地形图相连续的周缘上的第三地形图。
这样，可以通过对子屏幕进行观察由其中的地图号码和地图名称掌握在显示装置上显示的第三地形图附近的地形图。
根据本发明，在上述用来生成数字地形图的方法中，在所述显示装置上，与以十字相交的X轴光标和Y轴光标一起显示所述第三地形图，由此通过把所述X轴光标和Y轴光标运动到任意方向上，以便把相交点拟合在所述第三地形图上的任意地方处，在所述显示装置的一部分中显示所述相交点的显示纬度和高度。
这样，在显示装置上显示的第三地形图比邻放置，从而等高线在接合部分处是连续的；因此，能对第三地形图进行连续地滚动，并且也能通过对子屏幕进行观察，对光标的相交点在当前位于地形图上的位置容易地进行确定。
根据用来生成上述数字地形图的方法，在所述显示装置上显示的所述第三地形图上建立多个点，并且这些多个点由直线或平滑的曲线连接，由此在所述显示装置的一部分中显示由所述直线或所述曲线切开的所述第三地形图的横断面。
这样，可以通过参照横断面视图，通过设计钢塔的高度或研究钢塔应该建造的地方，确定钢塔应该建造的位置、用于高压电缆的钢塔应该建造的位置、或用来铺设高压电缆的路线，而不必对实际建造场地进行测量。
根据本发明，在上述用来生成数字地形图的方法中，在所述显示装置上显示的所述第三地形图上具有相同海拔高度、由此与河流相交的等高线上建立任意两(2)个点，并且这两(2)个点用直线连接，由此在所述显示装置的一部分中显示由所述直线切开的河流的横断面，并且也由所述等高线、及所述直线和所述横断面，计算出在所述直线上游侧的蓄水量。
这样，有可能立即计算出当在第三地形图上显示的河流上的哪个位置建造水坝时能得到多大的蓄水量。
根据本发明，在上述用来生成数字地形图的方法中，在所述显示装置上显示的所述第三地形图上具有相同海拔高度、围绕湖泊或沼泽、由此与湖泊或沼泽相交的等高线上建立任意两(2)个点，并且这两(2)个点用直线连接，由此在所述显示装置的一部分中显示由所述直线切开的湖泊或沼泽的横断面，并且也由所述等高线和所述横断面，计算出所述湖泊或沼泽的蓄水量。
这样，通过对横断面视图进行观察，能容易地掌握湖泊或沼泽的深度和/或其底部的形状，以及能立即计算出所述湖泊或沼泽的蓄水量。
根据本发明，在上述用来生成数字地形图的方法中，在所述显示装置上显示的所述第三地形图上，显示指示地形倾斜的方向和/或数值的箭头。
这样，借助于在第三地形图上显示的箭头，能容易地掌握关于地形的倾斜方向和/或量级。
根据本发明，还提供有一种用来生成数字地形图的设备，该设备包括装置，用来以预定距离把通过UTM画图方法生成的基本地图划分成栅格状区域，并且进一步把得到的区域划分成更小的区域，由此生成小区域，同时在各个区域之间和在区域的每一个内内插缺少的间断数据，并且由数字地形图的数字数据读出海拔高度以便在成块的平面上对准，由此生成网格状数据，并且进一步把它们存储为其中的向量数据；装置，用来通过读出在所述存储装置中存储的用于每一个小区域的向量数据，生成第一地形图，以便根据具有合理性的算法，当从对海拔高度的限定公差的数据判断海洋是相同的时在选择其附近的测量点的同时，进行把每个小区域用直线连接的处理，而在这些线段上不彼此相交；装置，用来通过用数学方法对穿过在所述处理中得到的所述第一地形图的线段接触点的、且具有连续差分系数的曲线进行平滑处理，而生成第二地形图，由此生成第二地形图，在第二地形图上等高线用一组曲线形成；用来用数学方法把根据通过所述UTM画图方法生成的所述基本地图和地图元素生成的不规则四边形，修正和内插成直角四边形，而由第二地形图生成第三地形图的装置；记录装置，用来把用来生成所述第三地形图的数字数据和地图元素数据一起存储到其中；及显示装置，用来把存储在所述记录装置中的数字数据构成单个或层结构，以便在显示装置上显示。
这样，能在短时间内容易地得到其上等高线由平滑曲线表示的数字地形图，并且与其中大量测量数据由手工处理的情形相比，也较少出现人为错误；因此，能实现显著改进，特别是对于地形图的精度和可靠性。
由第二地形图通过对其进行数学修正和内插生成第三地形图，从而使根据所述UTM画图方法得到的基本地图和地图元素所生成的不规则四边形成为直角四边形；因此，当收集彼此相邻的第三地形图以便在显示装置上显示它们时，或者当把它以地形图的形式在纸等上面输出时，等高线和/或地图元素，如湖泊或沼泽，海洋，海岸线，铁路，公路，建筑物，城市、乡镇或村庄的边界线等不会发生移动。
由结合附图进行的如下详细描述，将容易明白本发明的这些和其它目的、特征及优点，在附图中图1是解释图，用来表示在根据本发明的地形图生成方法中使用的用来生成基本地图的方法；图2是解释图，用来表示在根据本发明的地形图生成方法中使用的生成基本地图的方法；图3是解释图，用来表示根据本发明的地形图生成方法；图4是解释图，用来表示根据本发明的地形图生成方法；图5是方块图，用来表示在根据本发明的地形图生成方法中使用的数字地形图生成设备；图6是流程图，用来表示根据本发明的地形图生成方法；图7是视图，用来表示根据通过测量得到的海拔高度由颜色划分的数字地形图；图8是视图，用来表示通过根据本发明的地形图生成方法得到的第一(1st)地形图；图9是在图8中表示的第一地形图的局部放大视图；图10是视图，用来表示通过根据本发明的地形图生成方法得到的第二(2nd)地形图；图11是在图10中表示的第二地形图的局部放大视图；图12是解释视图，用来表示通过根据本发明的地形图生成方法得到的、将第三(3rd)地形图收集在一起的情况；图13是解释视图，用来表示在通过根据本发明的地形图生成方法得到的地形图上安排诸如资源等地图元素的情况；图14(a)和14(b)是解释视图，用来解释在根据本发明的地形图生成方法中从不规则四边形到等边四边形的坐标变换；图15是解释视图，用来表示在通过根据本发明的地形图生成方法得到的第三地形图上显示的情况下，对于每一个海拔高度进行涂色的对话框；图16是解释视图，用来表示在通过根据本发明的地形图生成方法得到的第三地形图上显示的情况下，对于每一个海拔高度进行涂色的对话框；图17是解释视图，用来表示在通过根据本发明的地形图生成方法得到的第三地形图上显示的情况下，对于每一条等高线进行涂色的对话框；图18是解释视图，用来表示通过根据本发明的地形图生成方法得到的第三地形图显示光标和子画面的情况；图19是解释视图，用来表示通过根据本发明的地形图生成方法得到的第三地形图显示横断面和子画面的情况；图20是解释视图，用来表示通过根据本发明的地形图生成方法得到的第三地形图显示横断面和子画面的情况；图21是解释视图，用来表示通过根据本发明的地形图生成方法得到的第三地形图显示横断面和子画面的情况；图22是解释视图，用来表示通过根据本发明的地形图生成方法得到的第三地形图显示横断面和子画面的情况；及图23是在图22中表示的第三地形图的局部放大视图。
具体实施例方式
下面，通过参照附图将充分解释根据本发明的实施方式。
首先，对用来生成地形图的UTM画图方法进行简要地解释，地形图是生成数字地形图时的基础。
如图1中所示，在形成一个球的地球1上在北极与南极之间连接的、正交穿过赤道的线是经线2，而正交穿过这些经线的那些线是纬线3。
当由彼此相邻的经线2之间限定的角度6°划分地球时，例如，60条线能被画在具有一(1)周360°的角度的地球1上，则经度能由这些经线2按其次序或顺序定义。
而且，通过分别假定赤道是0°而北极和南极是90°，然后把在其之间限定的角度划分成预定角度，能得到纬度。
当通过Gulls-Krugger画图方法把由经线2和纬线3划分的球1投影到平面上时，那么球1成为图2中表示的那样。
通过球在平面的投影，把由经线2和纬线3划分的区域变成宽度在北极侧或南极侧较窄的不规则四边形，如图3中所示；即，如果假定其底侧是例如一(1)，则在上侧宽度被减小约0.999。
由日本地理测绘学院发行的日本地图，通过上述的UTM画图方法生成，并且它们大部分按比例缩小到1/50,000或1/25,000。
在这些地图上，与河流、海洋、铁路、公路还有地名等一起，详细地绘有根据测量或勘测得到的大量测量数据生成的等高线。
而且，在最近几年，通过测量所得到的测量数据被数字化，并且也提供有数字地图，数字地图根据距基准的高度(即海拔高度)由颜色予以划分，如图7中所示。
然而，就这样的数字地形图而论，由于其上没等高线的指示，因此借助于这样的等高线，掌握海拔高度是粗略的和/或困难的。
那么，根据本发明，提供一种根据日本地理测绘学院发行的数字地形图得到的数字数据，用来生成在其上详细显示等高线的数字地形图的方法。
其次，通过参照图6中表示的流程图，对数字地形图的生成方法给出解释。
在通过上述UTM画图方法生成的地图得到例如图3中表示的诸如50m或25m详细地图的情况下，以例如10m等的距离把它以栅格状方式分区。
进一步把得到的50m方形的栅格状区域相等地划分成例如约1/10，形成有小栅格状区域4，区域的每一个由外围(enclosure)包围，如图3中所示，然而在把50m方形的栅格状区域划分成约1/10时的情况下，出现有关于数据的间断部分，特别是在包围的区域之间或在包围的区域内。
而且，在通过以后描述的方法把通过UTM画图方法生成的不规则四边形形状的地图转换成直角等边四边形的情况下，在四边形的上侧缺少数据，特别是当进行令不规则四边形上距离短的上侧长度与其底侧的长度相等的转换处理时。
然后，对数据的这些间断部分进行内插处理，或者，通过内插缺少的数据生成连续的小区域4，然而作为具有较高精度的内插方法，使用加权内插方法等。
接着，对于通过内插得到的每个小区域4，由上述数字地形图的数字数据读入海拔高度，并且在平面上对准海拔高度，由此生成划分成区域的网格状数据，然后把网格状数据作为向量数据存储到在图4中表示的地形图生成系统的HD 11中(步骤1)。
接着，读出存储到HD 11中的用于每个小区域4的向量数据，以通过CPU 10进行处理，由此生成在图8中表示的第一(1st)地形图5，然而当生成第一地形图5时，按高度或高度方向及小区域的x、y平面定义海拔高度“h”(步骤2)。
预先存储到地形图生成系统的数据库12中的是限定海拔高度“h”的公差(tolerance)的数据，并且CPU 10执行当海拔高度“h”具有相同值时用直线连接每个小区域4，同时选择其附近的测量点的处理，并且完成对于在块内的每个小区域4的全部处理，根据具有合理性的算法，生成在这些线段之间没有交叉的第一地形图5，如图5中所示(步骤3)。而且，图9是图8的一部分的放大视图。
而且，在上述处理操作期间，CPU 10借助于所提供的检查功能进行处理，该检查功能总是检查用直线连接每个小区域4的处理执行得是否适当。
由于得到的第一地形图5具有以栅格状方式对准的网格数据，并且由于第一地形图5通过顺序连接相同海拔高度“h”而生成，所以能容易地形成直角线段；并且也由于显示地形的等高线6是连续的，则使得容易进行生成等高线的下个处理。
生成等高线的处理是一种通过对由上述处理得到第一地形图5进行平滑处理、用平滑曲线生成等高线6的处理，其中具有高密度等高线6的部分，如悬崖，例如通过认为它们与上述的线段是相同的、借助于平滑线段的处理进行处理，由此生成第二(2nd)地形图7(步骤4)，如图10中所示，用一组曲线建立等高线6，这组曲线通过对具有连续差分系数(即差分值)并且通过这些线段相切(contact)处的曲线进行数学处理而得到。而且，图11中表示的是图10的一部分的放大视图。
第二地形图7以上述方式生成，由于它通过分块成具有上侧比底侧小的不规则四边形而生成，那么如果收集多个这样的分块第二地形图，则出现有如在彼此相邻的地形图之间的等高线6偏移的问题。
为了解决这样的问题，通过在由同一申请人以前提交公开号为2000-118051(2000)的日本专利中描述的已知方法，用数学方法将不规则四边形上的坐标地址进行坐标转换而成为等边四边形上的坐标地址，同时保持在该区域内的数据和数量，由此生成等边四边形的第三(3rd)地形图8(步骤5)。
这些处理以与在以前申请中表示的类似方式使用地图生成系统进行，然而这里简要解释该方法，图14(a)表示在任意地方的、具有通过Gulls-Krugger画图方法从投影数据切出的不规则四边形形状的第二地形图7；和要成为其转换的其它部分的直角等边四边形的第三地形图8，其中坐标转换程序的算法指示从在图14(a)表示的不规则四边形的坐标到直角等边四边形的模式转换的过程。
第二地形图7和第三地形图8都是数字图像或图片，其单位是象素，然而当把它们从第二地形图7转换到第三地形图中时，则进行坐标转换，从而对于地形图7和8都保持相同的象素对准和相同的象素数量，而这是基本想法或思路。
然而，坐标转换这里是指对存储器进行的地址转换处理，其中将不规则四边形的坐标(即地址)定位(即寻址)到等边四边形的坐标地址。
假定在图14(a)中表示的第二地形图7和第三地形图8的底边和高度分别具有相同长度“B”和“H”，那么第三地形图8是具有宽度“B”和高度“H”的直角等边四边形，而第二地形图7与第三地形图8相比在其上侧在左端处短“ΔX1”，而在其右端处短“ΔX2”。
这样，由于第二地形图7为不规则四边形，那么假定在第二地形图上的一个任意位置是(x′，y′)，而在其图形转换之后的位置在第三地形图8上是(x，y)。
图14(b)表示为了使相互的尺寸关系清楚的目的，一个位于另一个上的地形图7和8的状态，其中当将不规则四边形延伸成在该图上的三角形时高度(即y-坐标)是“N”，而其x-坐标是“L”。
如上所述，由于在图14中的“H”、“B”、“N”、“L”、“B”、“ΔX1”、和“ΔX2”是如果确定切出区域则已经知道的值，所以通过使用每一个已经知道的这些值，从(x′，y′)到(x，y)的坐标转换的公式如下(x′,y′)=(L-(N-Y)·(L-x)N,y)……(Eq.1)]]>然而，“L”和“N”的值可以从如下公式得到
N=H·BΔX1+ΔX2……(Eq.2)]]>N=ΔX1·BΔX1+ΔX2]]>这些公式Eq.1和Eq.2能通过代数几何得到，因此这里省略其详细处理。
图3和4是视图，用来表示在从第二地形图7到第三地形图8的坐标转换的坐标的例子，其中为了简化其解释的目的，在图中表示的画面尺寸为10×10，这意味着在上述的第二地形图7与第三地形图8之间保持相同的象素数量。
在图3中，不规则四边形的坐标的每一个这样定义，在下侧的一(1)个象素(或单元)区域最大，而当向上侧上升时一(1)个象素(或单元)区域变小，每个象素(或单元)区域在坐标系上的形状为不规则四边形，另一方面，在图4中表示的等边四边形的每个坐标是在垂直和水平方向上规则对准的坐标系。并且，如果校正第三地形图8，例如校正其四(4)块，那么它们成为其上等高线是连续的，而其中没有移动的地形图，如图12中所示。
而且，尽管在这些第三地形图8上没有表示地图元素，然而根据需要，可以读出预先存储在数据库12中的地图元素，在其上构成，并在地形图生成系统的显示装置13上显示，或者通过使用诸如打印机等之类的打印装置作为地形图在纸上输出。然而，如果在数据库中存储的地图元素通过UTM画图方法生成，并且特别当以层结构形式构成位于被转换成直角等边四边形的第三地形图8的顶部上的地图元素如河流，海洋，铁路，公路，及城市、乡镇或村庄的边界线时，将产生这样的问题，即在地图元素中特别是在彼此相邻的地形图之间引起移动。
为了去除这个问题，对地图元素以与上述第二地形图的方式类似的方式进行上述的坐标转换，以及然后把不规则四边形的每个坐标转换成直角等边四边形的坐标，从而生成地图元素。
以上述方式生成的等高线数据和地图元素预先被存储在数据库12中，因此总是可以根据需要，从数据库12仅单独读出等高线，或者与地图元素一起读出，并且由于除x、y平面数据之外，在等高线数据中还包括海拔高度“h”的数据，因此可以通过按照上述方法对等高线数据进行3-维处理，以三维方式显示陆地构造；因此，可以得到要使用的最适当的地形图，特别是对土木工程建筑、灾害预测、爬山等。
图13表示在富士山附近的地形图的一个例子，该地形图显示构成在其上的由水源勘测得到的数据，其中能通过用颜色分类而显示水源的水质，由此能够容易地掌握资源。
另一方面，在数据库12中存储的地图元素的数据格式是数字向量(即向量数据)，其中包括地方名、站名、及位置信息；如经度和纬度、及离开基准的高程或高度(即海拔高度)，对于每条等高线以文字或文本数据的形式显示这些，除上述那些之外还有河流等。并且，可以根据海拔高度加色第三地形图，或者根据高度一个一个地，由分开的颜色不同地加色等高线，或者给构成要显示的地形图上的公路和/或山路的起伏加色，等等；由此能够对地形图添加另外功能。
图15表示用来依据海拔高度，用来执行对在显示装置13上显示的，任意地方的地形图加色功能的对话框20，以及在对话框20内，显示有颜色刻度20a，用于通过对它们进行从绿色到棕色顺序加色，显示从0m高到4,000m的海拔高度，如可沿颜色刻度20a自由移动的两(2)个滑动条20b和20c、和附着在颜色刻度20a上的海拔高度刻度标记20d等。
作为一种用来使用这种对话框20的方法，在借助于例如附着在每一个第三地形图8上的地图号码22a或地图名称22b，提前提取要在显示装置13上显示的，在数据库12内存储的地形图数据之后，对话框20被显示。
在对话框20的颜色刻度20a中，按照海拔高度的增加顺序将颜色划分成从绿色到棕色，并且如果在其中显示的颜色是可接受的，则点击在图中未表示的执行按钮。并且然后，显示在显示装置13上显示的第三地形图8，依据颜色刻度20a的颜色分类把每个海拔高度加色成分离的颜色，以及，当显示例如构成到得到的第三地形图上的地图元素如公路和/或山路时，由分离的颜色显示公路和/或山路的起伏；由此，能够容易地确定公路是上坡还是下坡、和通过在纸等上面输出而得到其上由地图元素构成的彩色地形图。
图16表示用来任意改变在显示装置13上显示的第三地形图8的加色区域的功能，其中通过把在左手侧的、并在对话框20的颜色刻度20a内的滑动条20b沿着颜色刻度20a移动到右手侧，能任意改变要加色成绿色的海拔高度。
在图16的情况下，显示其中高度到例如870m附近，要加色成绿色的状态。
以类似方式，当位于颜色刻度20a的右手侧的滑动条20c被移动到左手侧时，可以任意改变要加色成棕色的海拔高度，当滑动条20c被移动到例如2,660m附近时，高于2,660m的海拔高度的部分被显示成将加色成棕色。
该功能供以下情况之用由于几乎其所有部分都用相同颜色如绿色或棕色显示，特别是当对海拔高度差小的平地、或其中高山位于未处理中的山区的第三地形图8，例如通过其每一个海拔高度进行加色时，那么变得难以确定与其的高度或海拔；因此，这用来使地形图避免这样的困难。而且，沿着颜色刻度20a移动在对话框20的颜色刻度20a的两侧的滑动条20b和20b到右手侧或左手侧，能够任意地改变要加色成绿色或棕色的海拔高度，并因此可以得到根据海拔高度由颜色精细划分的第三地形图8，即使第三地形图8在海拔高度上没有差别；例如像洼地或高地的地形；因此，可以对高度差进行确定。
而且，在图16中表示的对话框20内的左手侧下面显示的颜色条20e是用来表示对于每个海拔高度用颜色任意加色等高线的功能；例如，如果指定1,040m用棕色加色、1,210m用蓝色加色、及1,410m用红色加色，那么，在显示装置13上显示的是其上指示1,040m的等高线加色成棕色、指示1,210m的加色成蓝色、及指示1,410m的加色成红色的第三地形图8，并且这也能在纸等上面输出。
图17用来表示当把在显示装置13上显示的第三地形图8上的等高线6加色成任意颜色时的执行屏幕或显示，由此可以借助于在显示装置13上显示的对话框21和第三地形图8一起把任意等高线6加色成任意颜色，或者改变等高线的颜色。
即，在对话框21的海拔高度显示栏21a上显示要加色的海拔高度之后，并借助于调色板21b指定任意颜色；由此能够用希望的颜色显示要在第三地形图8上显示的等高线6，以及，在调色板21b上把它选择成其它颜色；因此，也可以容易地改变颜色。
图18表示显示通过地图号码22a或地图名称22b从数据库12提取的、任意地方的第三地形图8的一个例子，其中同时，在显示装置13上显示的第三地形图8附近的八(8)地方通过其地图号码22a或地图名称22b显示在位于左手侧上方的子屏幕22上。
而且，在显示装置13的屏幕中显示的第三地形图8上，显示有光标23，该光标23由彼此交叉的X-轴光标23a和Y-轴光标23b形成，并且伴随有光标23的相交点23c的移动，任意相交点23c的位置显示在对话框24b上，即由北纬24a和东经24b显示，及同时也显示其海拔高度。
由于在显示装置13上显示的第三地形图8彼此构成，从而等高线6在其接合部分处是连续的，所以可以通过移动光标23的相交点23c，连续地滚动到相邻的第三地形图8，以及，可以通过对位于左手侧下面的子屏幕25进行观察，容易地确定移动光标23的相交点23c当前在地形图上所处的位置。
即，与子屏幕25相邻的地图号码22a显示在子屏幕25上，并且如果在这些地图号码22a之间有光标23的相交点23c，则能容易地确定第三地形图8在显示装置13上显示，并覆盖相邻地形图。
而且，在显示装置13上显示的第三地形图8上，借助于箭头26指示倾斜(或梯度)方向。
指示梯度的箭头26表示地形向下倾斜在箭头方向变低，并且箭头26的长度指示倾斜的数值，即其斜度，并且如果把光标23的相交点23c移到箭头26上，那么梯度的数值24d就显示在对话框24内。
图19表示在显示装置13上显示Mt.Fuji的地形图(地图号码533805，地图名称Mt.Fuji)的例子，其中Mt.Fuji和其附近的地图号码22a和地图名称22b显示在位于左手侧上方的子屏幕22上，而Mt.Fuji的地图号码“533805”的子屏幕25位于其左手侧的下面。
为了设置或确定在显示的第三地形图8上在任意两(2)点如A-B之间的横断面的目的，在显示的第三地形图8上Mt.Fuji的山顶上显示画成交叉的直线27。当在第三地形图8上设置点A和点B时，在屏幕的下侧以其横断面图28的形式放大显示第三地形图8的横断面，该横断面由在点A与点B之间连接的直线27切开。
在横断面图28的垂直轴上由其数值显示海拔高度，而在水平轴上也由其数值显示距离(两者的单位都是“m＝米”)，并因此，如果看到该横断面图28，则可以理解在Mt.Fuji的山顶上形成的所谓“火山口”的直径和深度等，并且也可以通过移动在A-B之间定义的直线27的位置，在屏幕的下侧部分中，以横断面图28的形式显示在任意位置处的横断面。
图20表示在任意位置处由曲线29切开第三地形图8的例子，以及在屏幕上的下侧以横断面图28的形式显示。
作为使用这种第三地形图8的一种方法，当例如在某个地方或区域建造高压电缆的钢塔时，可以有效地利用第三地形图8，对在第三地形图8上应该建造高压电缆的钢塔的位置或地点进行研究。
首先，在显示装置13上显示高压电缆应该位于的区域的第三地形图8，在第三地形图8上建造钢塔的目的地处设置多个标记30。
并且，由于由曲线29连接这些标记30使由曲线29切开的第三地形图8的横断面图28显示在屏幕上的下侧，因此可以通过参照该横断面图28设计钢塔高度，并且/或者可以通过检查或比较用来建造钢塔的地方，确定用来建立钢塔的地方、用来建立高压电缆的钢塔的地方、及敷设高压电缆的路线，而不必进行实际建造工地或建造现场的测量。
图21表示在显示装置13上显示的第三地形图8内例如由跨过河流的直线31通过连接任意两(2)点C-D，计算出在水坝内保持的蓄水量或水的体积的例子，并且这样，当沿在第三地形图8上显示的河流在某个地方建造水坝时，可以立即计算出能由其得到多大的蓄水量。
即，当连接在第三地形图8上跨过河流设置的两(2)点C-D之间的直线31时，由直线31切开的第三地形图8的横断面图32显示在屏幕上，并且也同时由例如红色显示其上建立点C和D的等高线6，因此，可以由等高线6和直线31包围的部分和其横断面的轮廓计算出蓄水量。
在其中预先借助于此确定水坝的蓄水量的情况下，即可以在第三地形图8上确定沿河流应该建造水坝的位置，所以可以大大地缩短用来计划建造水坝所必需的周期。
图22表示当由在任意两(2)点E-F之间连接的直线33切开湖泊或沼泽时用来计算出湖泊或沼泽的容量的横断面视图34，其中围绕湖泊或沼泽的加色的等高线6指示其分水岭，并且当通过在加色的等高线6上设置点E和点F，用直线33连接这两(2)点E-F时，那么由直线33切开的湖泊或沼泽的横断面视图34显示在屏幕的一部分中。
显示的、指向湖泊或沼泽中心的箭头35指示梯度方向，并且其长度指示梯度的数值，由此能由在横断面视图34中显示在纵轴上的海拔高度和显示在横轴上的距离(两者的单位都是“m”)容易地知道湖泊和/或沼泽的深度和大小。
图23是在图22中表示的第三地形图8上的湖泊或沼泽的一部分的放大视图，其中落在湖泊或沼泽上的一部分雨水，即例如落在由连接围绕湖泊或沼泽的山脊最高部分的加色等高线R指示的分水岭内的雨水流入湖泊或沼泽，而落在其外部的雨水沿山坡向下流入山谷等，而不会流入湖泊或沼泽。
在湖泊或沼泽的位置Q处建造水坝的情况下，并且当湖泊或沼泽的水溢出该水坝流出时，由水坝Q的高度控制的、限定在等高线S的区域内的容量成为湖泊或沼泽的水量，并且通过从落在加色等高线R的区域内的雨水量减去穿过土壤渗入地下成为地下水的水量得到的值，是经水坝Q流出的水量。并且，通过点击预先提供的、但在图中未表示的按钮，对水量自动地进行计算。
此外，尽管在第三地形图8上河床由等高线6显示，特别是在山区中从高地向下指向洼地(如公路)的河流，然而如果连接跨过河流设置的两(2)点，由横断面的轮廓而且由直线能计算出蓄水量，如以前计算出水坝的蓄水量时解释的那样。并且，如果进行如下操作在河流两侧设置两(2)点、在其之间的任意距离处的河床周围集中(center)、覆盖河流整个区域，以便整理关于横断面的区域的数据，则可以得到灾害防止地图或损害地图，用来预报当降大雨时在河流上将出现溢流的部分。
另一方面，作为在以前提到的地图元素，如公路、河流、铁路、主要(mane)地方等，这里使用由日本地理测绘学院预先生成的数据库，然而，地图元素由于自然现象和/或人为环境的改变，每时每刻都在变化；然而，就存储在数据库内的常规地图元素而论，难以处理这些变化；如由于在山区降大雨产生滑坡、新公路或铁路的建造、由山区和森林开发为农田等。
为了对此进行改进的目的，系统被这样建造，从而用户能独立地存储由用户生成的用户地图元素，作为存储到数据库12中的附加信息，以便根据需要从该数据库提取它们。因而，能显示由附加信息和位置提取的用户需要的附加信息、或可选择的用户地图元素，放在第三地形图8的顶部；因此，可以容易地得到与用户使用目的相对应的地形图。
通过提取预先在数据库12中存储的、以便由CPU 10用数学方法计算的等高线数据，能实现上述那些各种类型的功能，然而由于在数据库12内存储的等高线数据通过如在每根等高线6之间内插数据生成，所以可以借助于使用该内插的等高线数据，以任意距离，如10m、20m等，显示在等高线6之间的距离，并且特别是在其中地形复杂的地方，如悬崖等处，可以通过使在等高线6之间的距离变窄，更详细地显示其地形。
由于通过自然资源勘测得到的数据被存储到数据库14中，所以也可以获得其使用，例如，把它们置于其上显示等高线6的待输出地形图上等。
尽管在上述实施例中，根据日本地理测绘学院发行的数字地形图得到的数字数据生成其上表示详细等高线的数字地形图，然而当然，也可以应用其它地形图，只要其等高线被数字化。
工业应用性如上所述，根据按照本发明的数字生成方法，可以在短时间内容易地得到其上等高线用平滑曲线表示的数字地形图，并且与用手工处理大量测量数据的情形相比，较少出现人为错误，由此得到地形图的显著改进，特别是在精度和可靠性方面。
并且，也可以容易地以层结构把地图元素置于其上显示等高线的第二地形图上，以显示在显示装置上，或者可选择地，容易地进行把它/它们输出到纸等上面作为地形图的操作，并且可以依据其必要性仅把地图元素的一部分置于第二地形图上；因此，能进一步改进地形图的可用性或便利性。
此外，可以由任意颜色染色每个海拔高度，因此借助于用绿色加色平地，而按照海拔高度的增加，依次从绿色到棕色分别染色能容易地得到彩色地形图，以及，特别是例如在平地的地形图的情况下，通过精细地指示等高线的染色区域，得到其上用颜色精细进行区分的第三地形图。
而且，通过参照横断面视图指示钢塔的高度和/或对用来建立钢塔的位置进行研究，同时在显示装置的一部分中显示由直线或曲线切开的第三地形图的横断面视图，可以确定用来建立钢塔的位置、用来建立用于高压电缆的钢塔的位置和/或用来铺设高压电缆的路线，而不必对实际建造地点或建造场地进行测量。并且，通过在显示装置上显示的第三地形图上在相同海拔高度的等高线上设置任意两(2)个点，以便以跨过河流的方式用直线连接这两(2)个点，能由等高线、该直线及其横断面视图计算出该直线上游侧的蓄水量；因此，当沿在第三地形图上显示的河流在哪个位置处建造水坝时，可以立即计算出能得到多大的蓄水量。
权利要求
1.一种用来生成数字地形图的方法，包括如下步骤以预定距离把通过UTM画图方法生成的基本地图划分成栅格状区域，并且进一步把得到的区域划分成更小的区域，由此生成小区域，同时在各个区域之间和在区域的每一个内内插缺少的间断数据；根据具有合理性的算法，通过使得到的小区域的x、y坐标和通过测量得到的海拔高度相关而生成数字数据，并且把其海拔高度相同的小区域用直线连接，由此生成第一地形图，在第一地形图上等高线用线段形成；及用数学方法对所述第一地形图的等高线进行平滑处理，由此生成第二地形图，在第二地形图上等高线用曲线形成，比用线段形成的所述第一地形图的等高线平滑。
2.根据权利要求1所述的用来生成数字地形图的方法，其中用来由其生成所述第二地形图的数字数据与地图元素数据一起被存储在记录装置中，并且这些数据被显示在显示装置上，构成其单个或层结构，或者能作为地形图在纸等上面输出。
3.根据权利要求1或2所述的用来生成数字地形图的方法，其中提供一个检查功能，该检查功能用来检查是否适当地进行数学处理，从而当生成所述第一地形图时，通过顺序连接具有相同海拔高度的所述小区域，使线段彼此相交。
4.根据权利要求1至3之一所述的用来生成数字地形图的方法，其中根据基本地图和地图元素通过所述UTM画图方法生成的不规则四边形用数学方法修正和内插，以成为直角四边形，由此生成第三地形图。
5.根据权利要求1所述的用来生成数字地形图的方法，其中由用户独立生成的用户地图元素被存储到所述记录装置中作为数据库，并且这些用户地图元素和所述第三地形图被显示在所述显示装置上，构成其单个或层结构，或者能作为地形图在纸等上面输出。
6.一种用来生成数字地形图的方法，包括如下步骤以预定距离把通过UTM画图方法生成的基本地图划分成栅格状区域，并且进一步把得到的区域划分成更小的区域，由此生成小区域，同时在各个区域之间和在区域的每一个内内插缺少的间断数据；根据具有合理性的算法，通过使得到的小区域的x、y坐标和通过测量得到的海拔高度相关而生成数字数据，并且把其海拔高度相同的小区域用直线连接，由此生成第一地形图，在第一地形图上等高线用线段形成；用数学方法对所述第一地形图的等高线进行平滑处理，由此生成第二地形图，在第二地形图上等高线用曲线形成，比用线段形成的所述第一地形图的等高线平滑；用数学方法修正和内插根据通过所述UTM画图方法得到的基本地图和地图元素而生成的不规则四边形，以成为直角四边形，由此由所述第二地形图生成第三地形图；及把用来生成所述第三地形图的数字数据和地图元素数据一起存储到记录装置中，并由此把这些数据显示在显示装置上，构成其单个或层结构，或者作为地形图在纸等上面输出。
7.根据权利要求6所述的用来生成数字地形图的方法，其中在被显示在所述显示装置上的第三地形图上，显示根据海拔高度用颜色划分的颜色刻度、和具有可沿所述颜色刻度自由运动的滑动条的对话框，由此对于海拔高度的每一个通过沿所述颜色刻度运动所述滑动条，能用任意颜色给所述第三地形图加色。
8.根据权利要求6所述的用来生成数字地形图的方法，其中在被显示在所述显示装置上的所述第三地形图上，显示用来指示其中任意等高线的海拔高度的海拔高度显示栏、和带有用来设计要加色的等高线的颜色的调色板的对话框，由此对于其海拔高度的每一个通过把要加色的等高线的海拔高度输入到所述海拔高度显示栏中和输入经所述调色板的颜色，能用任意颜色给所述第三地形图的等高线加色。
9.根据权利要求6至8任一项所述的用来生成数字地形图的方法，其中在其上显示所述第三地形图的所述显示装置上显示子屏幕，并且在所述子屏幕上，由地图号码和/或地图名称显示与在所述显示装置上显示的任意地方的第三地形图相连续的周缘上的第三地形图。
10.根据权利要求6至9任一项所述的用来生成数字地形图的方法，其中在所述显示装置上，与以十字相交的X轴光标和Y轴光标一起显示所述第三地形图，由此通过把所述X轴光标和Y轴光标运动到任意方向上，以便把相交点拟合在所述第三地形图上的任意地方处，在所述显示装置的一部分中显示所述相交点的显示纬度和高度。
11.根据权利要求6至10任一项所述的用来生成数字地形图的方法，其中在所述显示装置上显示的所述第三地形图上建立多个点，并且这些多个点由直线或平滑的曲线连接，由此在所述显示装置的一部分中显示由所述直线或所述曲线切开的所述第三地形图的横断面。
12.根据权利要求6至11任一项所述的用来生成数字地形图的方法，其中在所述显示装置上显示的所述第三地形图上具有相同海拔高度、由此与河流相交的等高线上建立任意两(2)个点，并且这两(2)个点用直线连接，由此在所述显示装置的一部分中显示由所述直线切开的河流的横断面，并且也由所述等高线、及所述直线和所述横断面，计算出在所述直线上游侧的蓄水量。
13.根据权利要求6至12任一项所述的用来生成数字地形图的方法，其中在所述显示装置上显示的所述第三地形图上具有相同海拔高度、围绕湖泊或沼泽、由此与湖泊或沼泽相交的等高线上建立任意两(2)个点，并且这两(2)个点用直线连接，由此在所述显示装置的一部分中显示由所述直线切开的湖泊或沼泽的横断面，并且也由所述等高线和所述横断面，计算出所述湖泊或沼泽的蓄水量。
14.根据权利要求6至13任一项所述的用来生成数字地形图的方法，其中在所述显示装置上显示的所述第三地形图上，显示指示地形倾斜的方向和/或数值的箭头。
15.一种用来生成数字地形图的设备，包括装置，用来以预定距离把通过UTM画图方法生成的基本地图划分成栅格状区域，并且进一步把得到的区域划分成更小的区域，由此生成小区域，同时在各个区域之间和在区域的每一个内内插缺少的间断数据，并且由数字地形图的数字数据读出海拔高度以便在成块的平面上对准，由此生成网格状数据，并且进一步把它们存储为其中的向量数据；装置，用来通过读出在所述存储装置中存储的用于每一个小区域的向量数据，生成第一地形图，以便根据具有合理性的算法，当从对海拔高度的限定公差的数据判断海洋是相同的时在选择其附近的测量点的同时，进行把每个小区域用直线连接的处理，而在这些线段上不彼此相交；装置，用来通过用数学方法对穿过在所述处理中得到的所述第一地形图的线段接触点的、且具有连续差分系数的曲线进行平滑处理，而生成第二地形图，由此生成第二地形图，在第二地形图上等高线用一组曲线形成；用来用数学方法把根据通过所述UTM画图方法生成的所述基本地图和地图元素生成的不规则四边形，修正和内插成直角四边形，而由第二地形图生成第三地形图的装置；记录装置，用来把用来生成所述第三地形图的数字数据和地图元素数据一起存储到其中；及显示装置，用来把存储在所述记录装置中的数字数据构成单个或层结构，以便在显示装置上显示。
全文摘要
一种生成数字地图的方法，该方法包括步骤以预定间隔把由UTM投影生成的基本图划分成如此创建的方块，通过内插在方块之间缺少的数据和在每个方块中的间断数据进一步把方块划分成小方块(4)；创建数字数据步骤，同时使小方块(4)的x、y坐标和通过勘测得到的高度相关，把在相同高度下的小方块(4)用直线一个一个地连接，以画出其中等高线(6)由线段序列形成的第一高度图(5)；及通过用数学方法使第一高度图(5)的等高线(6)平滑，画出第二高度图(7)，其中等高线(6)用比线段序列形成的等高线(6)平滑的曲线形成。因而，能在短时间内画出其中等高线(6)由平滑曲线表示的数字高度图。
文档编号G06T17/05GK1647138SQ0380888
公开日2005年7月27日 申请日期2003年4月21日 优先权日2002年4月22日
发明者岩田完成, 维桑·丹尼尔, 弗洛林·皮克 申请人:Dgs计算机株式会社