一种封闭多边形内三角网深度搜索提取中心线算法的制作方法

1.本发明涉及基础测绘技术领域，具体为一种封闭多边形内三角网深度搜索提取中心线算法。


背景技术：

2.基础测绘是指建立全国统一的测绘基准和测绘系统，进行基础航空摄影，获取基础地理信息的遥感资料，测制和更新国家基本比例尺地图、影像图和数字化产品，建立、更新基础地理信息系统，具有公益性和基础性。现有的基础测绘体系基本可概括3s+4d，即全球定位系统gps、地理信息系统gis和遥感rs组成的3s技术架构，数字线划图dlg、数字正射影像dom、数字高程模型dem、数字栅格地图drg组成的4d产品体系。
3.随着经济社会发展，物联网、大数据等技术的不断进步，对基础测绘成果提出了更高的要求。实景三维是对人类生产、生活和生态空间进行真实、立体、时序化反映和表达的数字虚拟空间，是新型基础测绘标准化产品，是国家新型基础设施建设的重要组成部分。高精度dem能精准的表示地球空间连续起伏状态，是地形级实景三维建设的重要数据基础，在新型基础设施建设、资源开发于环境保护、减灾防灾和国防等领域发挥重要作用。
4.目前dem主流的数据获取手段有两类：利用数字摄影测量工作站进行自动化的dem数据采集和利用lidar的dem数据采集方法。为了充分利用已有基础测绘成果，采用第一类方法制作省级大范围、高精度dem。目前国内外数字摄影测量工作站有很多，主要有航天远景mapmatrix、trimble公司的inpho软件、中国测绘科学研究院研发的pixelgrid、武汉大学研发的dpgrid等，虽然各生产软件使用方法不同，大致步骤均可概括为dem数据采集、dem数据预处理、 dem内插。
5.dem数据采集是dem制作中工作量最大的环节，其中数字线划图中的水系要素是重要的数据源之一，直接通过人工采集水系边线耗时耗力，也无法准确保证采集水域从上至下或者从下至上的平缓过渡关系。在实际生产中发现，通过间隔采集河流面上高程点，反射内插至河流边上，能极大地提高生产效率和准确度。为了准确地将采集高程点反射至河流边上，需要在河流面内找出相应的中心线，通过不断研究，发现了封闭多边形内三角网深度搜索提取中心线算法。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种封闭多边形内三角网深度搜索提取中心线算法，能有效的解决背景技术提出的问题。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
8.一种封闭多边形内三角网深度搜索提取中心线算法，包括以下步骤：
9.(1)构建河流面封闭多边形三角形：提取河流封闭多边形数据，根据封闭多边形边上的节点产生一系列相互连接但不重合的三角形，三角形由多边形顶点及多边形边线组成，每个三角形的外切圆内，不包含其它点；
10.(2)提取多边形内部三角形：根据封闭多边形范围，依次剔除封闭多边形外部的三角形；
11.(3)将三角形中点连接成中心线：选择封闭多边形内部的三角形，提取三角形边线的中点，将中点连接成多段线；
12.(4)判断连接成多段线的数量:当连接成为多段线数量＝1时，则此多段线为封闭多边形中心线；当连接成为多段线的数量》1时，需下一步处理；
13.(5)将连接的多条中心线在结点与节点相交处进行打断处理；
14.(6)将多条中心线构建二叉树；
15.(7)使用二叉树深度搜索算法，找出中心线：使用二叉树深度搜索算法，查找二叉树最长路径并对线段进行记录，将多条线段连接成为最终中心线。
16.优选的，步骤(2)中仅选择多边形封闭面内三角形，外部三角形则剔除，外部三角形无法查找多边形中心线。
17.优选的，步骤(3)中循环选取封闭多边形面内各个三角形，查找三角形各条边线是否与封闭多边形边线重合；当三角形边线与封闭多边形边线不重合时，则求出边线的中点，并将中点连接成为多段线，最终完成面内所有三角形中点连接多段线操作。
18.优选的，步骤(4)中当封闭多边形面内多段线仅有一条多段线时，则此条多段线为封闭多边形中心线；当面内有多条多段线时，则进行下一步操作。
19.优选的，步骤(5)中如果封闭多边形面内存在多条多段线，当一条多段线结点与另一条多段线存在相交点，则在此相交点处打断多段线。
20.优选的，步骤(6)中选取封闭多边形面内打断的多段线，建立所有多段线对象，对象包含多段线的长度、顺序号、起始点、尾结点；抽取多段线中的其中一条多段线，作为根结点，此多段线起始点或者尾结点中存在一个结点不与其它多段线结点重合；随后依次查找与根结点起始点或者尾结点重合的下一条多段线，作为根结点的子结点，查找出根结点所有子结点，再次以子结点作为根结点，继续查找此根结点下子结点，直至所有多段线全部查询完毕，则二叉树构建完成。
21.优选的，步骤(7)中从二叉树中筛选出无子结点的所有结点以及根结点，通过筛选的所有结点，查找筛选结点间的距离，并查找出结点间需通过的结点，依次存储在数组中，最终查找出最长距离的结点；根据结点的顺序号依次选择多段线并进行连接，形成封闭多边形中心线。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
23.以上所述的一种封闭多边形内三角网深度搜索提取中心线算法，设计了一种利用已有基础测绘数据，在已有基础测绘数据河流面和河流面内高程点中，提取河流面的中心线算法，让高程点通过中心线反射至河流的两条边线，形成从上而下或者从下而上平缓高程模型(dem)河流面。与以往人工采集河流边线相比，提取时无需人工采集或干预，更好地处理了河流流向问题，获得的高精度数字高程模型，能够满足1：2000dem三级精度指标。本发明一种封闭多边形内三角网深度搜索提取中心线算法应用在了省级实景三维高精度地理场景生产中，大大提高了生产效率，相比其他同类算法，具有效率高、阈值少、人工干预少、通过了大量数据验证等特点，具有较高的生产与应用价值。
附图说明
24.图1为dem生产技术流程图；
25.图2为封闭多边形内三角网深度搜索提取中心线算法技术流程图；
26.图3为封闭多边形内构造的三角形示意图；
27.图4为保留封闭多边形内部三角形示意图；
28.图5为封闭多边形内形成的多段线示意图；
29.图6为多条中心线在结点与节点处打断示意图；
30.图7为打断中心线二叉树构建完成示意图；
31.图8为封闭多边形内最终中心线示意图。
具体实施方式
32.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。
33.一种本发明成果应用在dem制作中，如图2处所示。
34.本实施例中，提供封闭多边形内三角网深度搜索提取中心线算法，包括以下步骤：
35.s1，提取河流封闭多边形数据，根据封闭多边形边上的节点产生一系列相互连接但不重合的三角形，每个三角形的外切圆内，不包含其他的点；
36.s2，根据封闭多边形范围，依次剔除封闭多边形外部的三角形；
37.s3，选择封闭多边形内部的三角形，提取多边形内部边线的中点，将中点连接成多段线；
38.s4，如果连接成为多段线的数量＝1时，则此多段线为封闭多边形中心线；如果连接成为多段线的数量》1时，需下一步处理；
39.s5，将连接的多条中心线在结点相交处进行打断处理；
40.s6，将多条中心线构建二叉树；
41.s7，使用二叉树深度搜索算法，查找二叉树最长路径并对线段进行记录，将多条线段连接成为最终中心线。
42.所述s1-s7基本流程如下所述：
43.步骤(1)构建河流面封闭多边形三角形；
44.步骤(2)提取多边形内部三角形；
45.步骤(3)将三角形中点连接成线；
46.步骤(4)判断连接成多段线的数量；
47.步骤(5)对多条中心线在结点与节点处进行打断；
48.步骤(6)将多条中心线构建二叉树；
49.步骤(7)使用二叉树深度搜索算法，找出中心线。
50.具体的，在步骤(1)之前，应对数据进行格式转换、坐标转换、图幅接边等数据预处理操作，以达到地形特征线提取的标准。在格式转换上，完成mdb、 gdb、shp、csv等格式转换，统一转换为一种格式。坐标转换上，需要将各类已有地形数据统一平面和高程基准，平
面采用2000国家大地坐标系，采用高斯
ꢀ‑
克吕格投影，3
°
分带。高程采用1985国家高程基准。图幅接边中，利用已有 1：2000基础数据生产1：1万图幅的dem，要对1：2000图幅合并，合并前要检查图幅接边情况，有错误时要进行图幅接边处理。
51.具体的，在步骤(1)中，构建多边形河流面三角形时，必须同时满足以下条件：
52.三角形为相互连接但不重合；
53.三角形的外切圆内，不包含其他的点。
54.具体的，在步骤(2)中，必须提取多边形内部的三角形。
55.具体的，在步骤(3)中，将多边形内三角形不与多边形重叠的边，计算中点的连线，如图5所示，连接中心线为5条。
56.具体的，在步骤(5)中，必须在线与线之间的相交处打断线，如图6所示，线与线在圆圈处打断，打断后为9条。
57.具体的，步骤(6)选取封闭多边形面内打断的多段线，建立所有多段线对象，对象包含多段线的长度、顺序号、起始点、尾结点。抽取多段线中的一条多段线，作为根结点，此多段线起始点或者尾结点中任一个结点不与其它任何多段线结点相重合。然后依次查找与根结点起始点或者尾结点重合的下一条多段线，作为根结点的子结点，查找出根结点所有子结点，再次以子结点作为根结点，继续查找此根结点下子结点，直至所有多段线全部查询完毕，则二叉树构建完成，构建二叉树结果如图7所示。
58.具体的，步骤(7)从二叉树中筛选出无子结点的所有结点以及根结点，通过筛选的所有结点，查找筛选结点间的距离，并查找出结点间需通过的结点，依次存储在数组中，最终查找出最长距离的结点，如图7、如图8所示根据构建好的二叉树，查找最终中心线顺序号为1、8、7、6、5。根据结点的顺序号依次选择多段线并进行连接，形成封闭多边形中心线。
59.表1为行业规范规定的dem精度
[0060][0061]
选取实验数据：实验区选在我国湖南省某地区部分河流。目前已采用本发明，利用1：2000航空摄影测量成果，按1：2000比例尺1万高精度数字高程模型的要求处理20多条河流面，形成河流流向自上而下或者自下而上的流域关系，并满足dem精度要求。
[0062]
实验结果如图3所示：使用河流封闭多边形面的节点及边线构造三角形。实验结果如图4所示：保留河流封闭面内三角形的情况。实验结果如图5所示：根据面内三角形形成多条中心线的情况。实验结果如图6所示：多条中心线相交处打断的情况，圆圈为打断处。实验结果如图7所示：中心线构造二叉树的情况。实验结果如图8所示：最终选择出相应中心线的情况。
[0063]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。