专利名称：一种顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法
技术领域：
本发明涉及一种溺谷海岸线化简方法，尤其是涉及一种顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法。
背景技术：
作为海图、岛礁地图上重要要素的海岸线，其正确表达及其在地图综合尺度变换中的有效化简，对于航海安全、海岸带环境分析、军事战略分析具有重要意义。在“数字海洋”信息技术体系建立中，往往需要对海岸要素实施多比例尺、多分辨率表达，满足跨比例尺海岛礁数据集成和自适应可视化需求，该技术的实现也需要海岸线自动化化简方法的支持。最早有关岸线化简方法可回溯至Perkal (1966)提出的滚圆法(又称 ε -generalization法)，该方法主要考虑岸线几何形态特征对地图尺度变换的影响，其基本思路为定义一直径为ε的圆，沿岸线两侧滚动，当岸线两侧曲线重合时表示其重合的岸线段为凸ε集(即曲线上每一点的曲率半径都不小于ε值)，无需处理；反之若两侧曲线不重合代表对应的岸线段为非凸ε集，非凸ε集内的岸线弯曲可以舍弃。 Christensen (1999, 2000)使用水涯线-中轴线变换算法(ffaterlining And Medial-Axis Transformation)在计算机环境下实现了 Perkal滚圆法思想。自Perkal的滚圆法之后，出现了很多关于海岸线化简的方法。其中一类方法试图通过几何特征点的选取达到岸线化简的目标，如间隔取点法(nth point)、Lang方法、Reumann-Witkam方法、Jenks法、光栅法、 Dauglas-Peucker法以及基于遗传算法的化简方法等。Dauglas-Peucker法是其中的典型算法，该算法基于Attneave (1954)提出的图形特征点理论(即认为曲线信息主要集中在曲线特征点上)，通过比较首末点连线与当前点距离获取曲线特征点，具有平移、旋转的不变性等优点。Dauglas-Peucker法因此得到广泛应用，成为事实上的线(也包括岸线)化简的标准算法。单纯从几何角度考虑岸线的特征点的保持是不够的，海岸线具有明显地理含义， 其蕴含的地理特征信息主要通过弯曲形式表现。对岸线弯曲进行识别、分析、操作是实现岸线尺度变化的另一类方法。Visvalingam和Whyatt (1993)首先提出基于图形弯曲分析的岸线化简思路当前点Pi与其相邻两点Pm、Pi+1构成弯曲单元，弯曲单元的重要性由Pi和相邻边PiPi-P PiPw构成的三角形的面积确定，通过弯曲单元识别、删除实现岸线化简。Wang 和Muller (1998)在弯曲形状的分析基础上将岸线化简操作细化为删除、合并、夸大几类。 艾廷华(2000)应用计算几何中的Delaunay三角网模型识别曲线弯曲，建立了建立弯曲群的二叉树结构。Poorten和Jones(2002)利用Delaunay三角网提取了曲线所处空间骨架线网络，通过骨架分支的剪枝和骨架线网络的动态更新逐步删除曲线弯曲逼近变化后的曲线图形。Wang和Muller (1993)针对复杂海岸线地理特征，建立了河流支流的层次结构，通过支流选等步骤取实现海岸线化简。第三类岸线化简方法主要考虑综合前后分形维数保持，如定长取点法
5(Walker-Divider法)和王桥、毋河海(1998)提出的顾及分维数保持的Dauglas-Peucker算法。海岸线化简受到其所处的制图区域地理特点的约束。例如，综合以正向地貌形态为主的堆积海岸线(如淤泥质海岸线、沙质海岸线等)和以负向地貌为主的侵蚀型海岸线 (如溺谷海岸线、師湾海岸线等)时，应采用不同的化简原则和方法。已有方法将海岸线看作是纯几何要素，以几何特征(如特征点或主体趋势等)的保持为目标，忽略了对隐含在几何特征背后的地理含义的分析和处理，无法正确反映岸线所处制图区域的地理特征。海岸线有明确的地理含义，具有自然性、自相性、多样性等特征。海岸线化简不是一个简单的几何变换过程，而是在分析海岸带空间地理现象规律性基础上的通过调用底层的几何操作算法实现空间信息概括的过程，综合目标在于保持区域的地理规律性特征。海平面上升后海水淹没河道，河道尾部沉溺于海面下，河道受波浪改造后，仍保持河道基本轮廓，这类海岸称为溺谷海岸。作为表达溺谷海岸地貌的重要地图要素，溺谷海岸线以几何形态的方式表达海岸地貌形态结构。溺谷海岸线最大的几何特征是河口层次化组织的树枝状。多条河口间存在明显分枝关系，主河口分枝为次级河口，次级河口分枝为下一级河口，直至不可再分枝的河口。附图
I是溺谷海岸线示例。溺谷海岸线化简过程是删除次要细节形态特征、保持岸线主体形态特征的过程， 综合结果要反应区域地理规律。河口是溺谷海岸线所表达的重要地理单元。一方面，尺度变换后由于人眼视觉分辨率的限制，次要河口不再可分辨，另一方面合理地删除次要河口后溺谷海岸线的树枝状主体形态特征仍可得到保持。因此，次要河口的删除是面向地理特征的溺谷海岸线化简操作。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种能有效保持溺谷海岸线的树状结构、河口层次结构和河口个体宽度渐变等重要地理特征，还能保证化简结果的拓扑一致性和航海安全性的顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1，建立溺谷海岸线河口层次关系步骤以Deluanay三角网为工具，探测源头、分叉和入海口，并在探测出的源头、分叉和入海口的基础上提取河口骨架线网络，应用主流识别准则探测出各级河口骨架线并建立其间层次关系，根据河口骨架线与河口弯曲间对应关系，反算各级河口弯曲间层次树结构，以此建立海岸线河口层次关系；步骤2，次要河口的删除步骤在建立海岸线河口层次关系基础上，将次要河口删除，使用分形的方法确定河口选取数目，即以分维数不变为约束条件确定综合后曲线长度， 根据综合后曲线长度反推河口选取数目。在上述的一种顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法，所述的步骤I的具体操作步骤如下步骤I. 1，以Deluanay三角网为工具，并以海岸线对应的原始曲线为约束条件，建立约束Delaunay三角网，并对约束Delaunay三角网中的三角形分类,探测出源头、分叉和入海口 ；
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步骤I. 2，在步骤I. I探测出的源头、分叉、入海口等地理单元基础上，将源头、分叉、入海口单元作为河口骨架线网络的网络节点，提取河口骨架线网络；步骤I. 3，针对步骤1.2的河口骨架线网络，建立河口层次关系结构，并计算河口长度与河口宽度。在上述的一种顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法，所述的步骤I. I包括如下步骤步骤I. 11，以Deluanay三角网为工具，并以海岸线对应的原始曲线为约束条件， 建立约束Delaunay三角网以海岸线对应的原始曲线为约束条件即采用边界内插约束 Delaunay三角网，其中约束即以地物多边形边界为约束条件Delaunay三角网，即多边形边界必须为三角形的边，边界内插是对边界弧段的加密，即定义目标边界点为{PJ，间距平均宽度设为经验值W，当PiPw > 时，加密点{QJ由如下公式确定
权利要求
1.一种顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1，建立溺谷海岸线河口层次关系步骤=WDeluanay三角网为工具，探测源头、分叉和入海口，并在探测出的源头、分叉和入海口的基础上提取河口骨架线网络，应用主流识别准则探测出各级河口骨架线并建立其间层次关系，根据河口骨架线与河口弯曲间对应关系，反算各级河口弯曲间层次树结构，以此建立海岸线河口层次关系；步骤2，次要河口的删除步骤在建立海岸线河口层次关系基础上，将次要河口删除， 使用分形的方法确定河口选取数目，即以分维数不变为约束条件确定综合后曲线长度，根据综合后曲线长度反推河口选取数目。
2.根据权利要求I所述的一种顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法，其特征在于，所述的步骤I的具体操作步骤如下步骤I. I，以DeIuanay三角网为工具，并以海岸线对应的原始曲线为约束条件，建立约束Delaunay三角网，并对约束Delaunay三角网中的三角形分类,探测出源头、分叉和入海 Π ；步骤I. 2，在步骤I. I探测出的源头、分叉、入海口等地理单元基础上，将源头、分叉、入海口单元作为河口骨架线网络的网络节点，提取河口骨架线网络；步骤I. 3，针对步骤I. 2的河口骨架线网络，建立河口层次关系结构，并计算河口长度与河口宽度。
3.根据权利要求2所述的一种顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法，其特征在于，所述的步骤I. I包括如下步骤步骤I. 11，以Deluanay三角网为工具，并以海岸线对应的原始曲线为约束条件，建立约束Delaunay三角网以海岸线对应的原始曲线为约束条件即采用边界内插约束 Delaunay三角网，其中约束即以地物多边形边界为约束条件Delaunay三角网，即多边形边界必须为三角形的边，边界内插是对边界弧段的加密，即定义目标边界点为{PJ，间距平均宽度设为经验值W，当PiPw > 时，加密点{QJ由如下公式确定
4.根据权利要求2所述的一种顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法，其特征在于，所述步骤I. 2的具体操作时在步骤I. I探测出源头、分叉、入海口等地理单元基础上，将源头、分叉、入海口单元作为河口骨架线网络的网络节点，骨架段连接不同的网络结点，骨架段的搜索过程即骨架线网络的构建过程，首先根据三角形间相邻关系搜索连接相邻网络结点的三角形路径，在建立相邻结点的三角形路径基础上，利用骨架线变化提取骨架线段， 按照相邻结点的不同，区分三类骨架线段，即入海口-分叉口间、分叉口-分叉口间、分叉口-源头骨架线段，在遍历全部网络相邻结点对后，完成骨架线建立。
5.根据权利要求2所述的一种顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法，其特征在于，所述的步骤I. 3中，建立河口层次关系结构包括建立河口骨架线树步骤和建立河口弯曲多叉树步骤所述建立河口骨架线树包括步骤A，以骨架线网络根结点为起点，根据网络连接关系求出与根结点具有连接关系的多个源头点，计算源头点与根结点间路径长度，取路径最长者为一级河口骨架线；步骤B，以一级河口骨架线内包含的河口分叉点为起点，探测二级河口骨架线，以此类推，直至所有的骨架线段都被搜索过一遍；步骤C，以河口骨架线为结点，河口骨架线间的汇合关系为边，建立河口骨架线树结构；所述建立河口弯曲多叉树包括探测河口骨架线对应的河口弯曲，计算河口骨架线根结点对应的河口分叉三角形，由骨架线与三角形的相交关系确定剖分边，剖分边划分的曲线段即对应河口弯曲；而后，将河口弯曲定义为结点，将河口弯曲间的直接包含关系定义为边，建立河口弯曲多叉树结构。
6.根据权利要求2所述的一种顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法，其特征在于，步骤I. 3中，计算河口长度与河口宽度包括步骤I. 31，计算河口长度定义任一河口 r，其对应的河口主干骨架线记为 skeleton(r)，将河口长度定义为其主干骨架线长度，则河口长度Ien(r)计算公式为
7.根据权利要求I所述的一种顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法，其特征在于，所述步骤2中，定义河口重要性指标为河口主干面积及各级支流面积之和，对于河口 r，其各级子河口为Childi (r),则河口重要性指标Complex_Area为以河口 r为主干的河口河系面积，即 然后确定河口选取数量包括步骤2. 1，以分维数不变为条件确定综合后岸线曲线长度定义综合前后比例尺分母分别为Ma、Mf，综合前后曲线长度分别为k、Lmf,曲线分维数D，综合后曲线长度Lmf使用如下公式确定
全文摘要
本发明涉及一种溺谷海岸线化简方法，尤其是涉及一种顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法。(1)基于约束Delaunay三角网建立溺谷海岸线的河口层次关系，计算河口长度与河口宽度，(2)在此基础上设计河口重要性指标，根据保持海岸线分维数不变推导选取河口的数量，采用定额法对河口进行选取，通过河口选取实现海岸线化简。本发明能有效保持溺谷海岸线的树状结构、河口层次结构和河口个体宽度渐变等重要地理特征，还能保证化简结果的拓扑一致性和航海安全性。
文档编号G06T3/00GK102609898SQ201210028170
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月9日 优先权日2012年2月9日
发明者张翔, 李精忠, 杨敏, 田晶, 艾廷华 申请人:武汉大学