一种电子海图面要素标识的方法、装置、介质及设备

1.本发明涉及电子海图技术领域，特别涉及一种电子海图面要素标识的方法、装置、介质及设备。


背景技术：

2.电子海图显示与信息系统(ecdis)是现代化船桥系统中强制要求安装的重要导航设备，可以为智能避碰系统提供丰富和精确的环境信息，理想的智能航行环境模型应与电子海图中的数据结构相适应。ecdis中符合s-57标准和s-101标准要求的空间矢量数据均采用点、线、面的形式表达。这些环境信息形状通常极其复杂，各自特征属性不同，船舶在受限水域中自主航行时必须考虑不同信息要素的不同属性，建立合适的环境模型进行自主避碰和路径规划。
3.研究s101标准中关于电子海图绘制相关symbol绘制的内容时，标准中规定了areasymbolplacement(9-12.3.1.4)。这个值定义了标识在面要素追踪的显示方式，而这个属性可以设置为两个值：visibleparts和geographic。当areasymbolplacement被设置为visibleparts时表示特征标识应该在每个表面的可见部分的代表性位置。但是由于电子海图中存在多种多样的面图形，例如岛屿周围的水域，是一个环形图的形状。现有技术中对于这类环形图像在进行标识时如何避免标识在环形内部不属于该对象的区域是本领域技术人员需要解决的问题。
4.综上，本发明的目的在于提供一种方法实施电子海图标识标准使其适用于如环形图等对象。


技术实现要素：

5.为解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种电子海图面要素标识的方法，包括以下步骤：
6.s10：提供待标识对象数据，检测所述对象数据中是否包括内环，所述对象数据包括所述待标识对象的多边形外轮廓，所述内环位于所述多边形外轮廓范围之内；
7.s20：若检测到内环则根据所述内环和所述多边形外轮廓将所述对象数据划分为至少两多边形的组合；
8.s30：检测所述多边形中是否存在内环，若存在内环则返回步骤s20；若不存在内环则将所述多边形输入多边形集合；
9.s40：提取位于每一所述多边形内部的若干预标识点，所述预标识点作为所述待标识对象放置标识的待选择点。
10.在一实施例中，所述多边形外轮廓和所述内环分别通过位于各自之上的若干顶点进行标识存储，存储方法包括：
11.s1＝{(x11,y11)，(x12,y12)
…
(x1m,y1m)，2《m《∞}，其中s1表示所述多边形外轮廓，所述多边形外轮廓s1的存储顺序为若干所述顶点的顺时针排列；
12.s2＝{(x21,y21)，(x22,y22)
…
(x2n,y2n)，2《n《∞}，其中s2表示所述内环，所述内环s2的存储顺序为若干所述顶点的逆时针排列。
13.在一实施例中，步骤s20中根据所述内环和所述外轮廓将所述对象数据划分为至少两多边形的组合的方法包括以下步骤：
14.s21：确定所述内环的中心点c(x0,y0)，其中
15.x0＝(x21+x22+
…
+x2n)/n，y0＝(y21+y22+
…
+y2n)/n；
16.s22：以所述中心点为基准，选取各自位于所述中心点c两侧的第一点对(p，q)和第二点对(p`，q`)，其中点p和点p`均属于所述多边形外轮廓s1，点q和点q`均属于所述内环s2；
17.s23：以所述第一点对(p，q)和所述第二点对(p`，q`)各自的连线为界限，将所述待标识对象分割为第一多边形和第二多边形。
18.在一实施例中，步骤s22包括：
19.以穿过所述中心点c的第一直线将所述多边形外轮廓s1上的点划分为各自位于所述第一直线两侧的第一点集t11和第二点集t12，将所述内环s2上的点划分为各自位于所述第一直线两侧的第三点集t21和第四点集t22；
20.取过所述中心点c的第二直线，所述第二直线与所述第一直线相垂直，计算所述第一点集t11、所述第二点集t12、所述第三点集t21、所述第四点集t22中各点到所述第二直线的距离；
21.取所述第一点集t11中距离所述第二直线最近的点为所述点p，取所述第二点集t12中距离所述第二直线最近的点为所述点p`，取所述第三点集t21中距离所述第二直线最近的点为所述点q，去所述第四点集t22中距离所述第二直线最近的点为所述点q`。
22.在一实施例中，步骤s23包括：
23.以所述点p为起点，沿所述多边形外轮廓s1按照其存储顺序查找，查找到所述点p`时跳转到所述点q`，沿所述内环s2按照其存储顺序查找，查找到所述点q时跳转到所述点p，获得所述第一多边形；
24.以所述点p`为起点，沿所述多边形外轮廓s1按照其存储顺序查找，查找到所述点p时跳转到所述点q，沿所述内环s2按照其存储顺序查找，查找到所述点q`时跳转到所述点p`，获得所述第二多边形。
25.在一实施例中，步骤s40中所述预标识点提取方法包括：
26.提取所述多边形的骨架线，以所述骨架线中的交点作为所述预标识点。
27.在一实施例中，所述骨架线的提取方法包括基于voronoi图的多边形骨架提取算法。
28.本发明还提供一种电子海图面要素标识装置，包括：
29.内环检测模块，用于提供待标识对象数据，检测所述对象数据中是否包括内环，所述对象数据包括所述待标识对象的多边形外轮廓，所述内环包括位于所述外轮廓范围之内；
30.多边形划分模块，用于对检测到的内环根据所述内环和所述外轮廓将所述对象数据划分为至少两多边形的组合；
31.内环复检模块，用于检测所述多边形中是否存在内环，若存在内环则返回多边形
划分模块；若不存在内环则将所述多边形输入多边形集合；
32.标识模块，用于对所述多边形提取代表性位置，在所述代表性位置上进行标识。
33.本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机被处理器执行时实现如上任一项所述的一种电子海图面要素标识的方法。
34.本发明还提供一种计算机设备，包括至少一个处理器、及与所述处理器通信连接的存储器，其中所述存储器存储可被至少一个处理器执行的指令，所述指令被至少一个处理器执行，以使所述处理器执行如上任一项所述的一种电子海图面要素标识的方法。
35.基于上述，与现有技术相比，本发明提供的电子海图面要素标识的方法，首先检测待标识对象的多边形外轮廓的内部是否有内环，当检测到内环时将内环和多边形外轮廓之间的环形区域的待标识对象划分为至少两多边形的组合，然后进一步检测形成的多边形内部是否存在内环，若存在内环则重复上一步的划分步骤将待标识对象划分成若干个没有内环的多边形，然后取位于每一所述多边形内部的若干预标识点，所述预标识点作为所述待标识对象放置标识的待选择点。本发明通过将具有环形区域的待标识对象分割为若干无环的多边形的组合进行多边形的内部点的提取，避免了对于环形区域内部点提取时可能导致预标识点落入环内不属于待标识对象的区域，降低了有环区域标识点的提取难度。
36.本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示中组件绘示的方向为基准。
38.图1为本发明提供的电子海图面要素标识的方法流程示意图；
39.图2为本发明实施例待标识对象示意图；
40.图3为本发明实施例内环中心点示意图；
41.图4为本发明实施例第一点对和第二点对示意图；
42.图5为本发明实施例第一多边形和第二多边形分割示意图。
具体实施方式
43.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本发明不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，皆为“至少包含”的意思。
45.这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
46.为达优点至少其中之一或其他优点，如图1所示，本发明提供一种电子海图面要素标识的方法，包括以下步骤：
47.s10：提供待标识对象数据，检测对象数据中是否包括内环，对象数据包括待标识对象的多边形外轮廓，内环位于多边形外轮廓范围之内；
48.s20：若检测到内环则根据内环和多边形外轮廓将对象数据划分为至少两多边形的组合；
49.s30：检测多边形中是否存在内环，若存在内环则返回步骤s20；若不存在内环则将多边形输入多边形集合；
50.s40：提取位于每一多边形内部的若干预标识点，预标识点作为待标识对象放置标识的待选择点。
51.具体地，在一些实施例中，多边形外轮廓和内环分别通过位于各自之上的若干顶点进行标识存储，存储方法包括：
52.s1＝{(x11,y11)，(x12,y12)
…
(x1m,y1m)，2《m《∞}，其中s1表示多边形外轮廓，多边形外轮廓s1的存储顺序为若干顶点的顺时针排列；
53.s2＝{(x21,y21)，(x22,y22)
…
(x2n,y2n)，2《n《∞}，其中s2表示内环，内环s2的存储顺序为若干顶点的逆时针排列。
54.然后，步骤s20中根据内环和外轮廓将对象数据划分为至少两多边形的组合的方法包括以下步骤：
55.s21：确定内环的中心点c(x0,y0)，其中
56.x0＝(x21+x22+
…
+x2n)/n，y0＝(y21+y22+
…
+y2n)/n；
57.s22：以中心点为基准，选取各自位于中心点c两侧的第一点对(p，q)和第二点对(p`，q`)，其中点p和点p`均属于多边形外轮廓s1，点q和点q`均属于内环s2；
58.s23：以第一点对(p，q)和第二点对(p`，q`)各自的连线为界限，将待标识对象分割为第一多边形和第二多边形。
59.优选地，步骤s22包括：
60.以穿过中心点c的第一直线将多边形外轮廓s1上的点划分为各自位于第一直线两
侧的第一点集t11和第二点集t12，将内环s2上的点划分为各自位于第一直线两侧的第三点集t21和第四点集t22；
61.取过中心点c的第二直线，第二直线与第一直线相垂直，计算第一点集t11、第二点集t12、第三点集t21、第四点集t22中各点到第二直线的距离；
62.取第一点集t11中距离第二直线最近的点为点p，取第二点集t12中距离第二直线最近的点为点p`，取第三点集t21中距离第二直线最近的点为点q，去第四点集t22中距离第二直线最近的点为点q`。
63.通过上述方法取得的第一点对(p，q)和第二点对(p`，q`)各自形成的连线不会穿过内环s2的内部，便于后续对于待标识对象的多边形分割
64.较佳地，在一些实施例中，第一直线和第二直线可以分别取用穿过c点的水平直线和竖直直线，则对于中心点c(x0,y0)，第一点集t11中的各点(x,y)满足y-y0》0即可，第二点集t12中的各点(x,y)满足y-y0《0即可。同理可得属于第三点集t21和第四点集t22中各点的划分。
65.接着，步骤s23包括：
66.以点p为起点，沿多边形外轮廓s1按照其存储顺序查找，查找到点p`时跳转到点q`，沿内环s2按照其存储顺序查找，查找到点q时跳转到点p，获得第一多边形；
67.以点p`为起点，沿多边形外轮廓s1按照其存储顺序查找，查找到点p时跳转到点q，沿内环s2按照其存储顺序查找，查找到点q`时跳转到点p`，获得第二多边形。
68.然后通过步骤s30可针对第一多边形和第二多边形进行处理，若第一多边形或第二多边形中依然存在内环则按照上述步骤继续分割，直到形成若干无内环的多边形并输入多边形集合。
69.对于上述过程，本发明通过以下实施例进行实例说明。
70.如图2所示某待标识对象有多边形外轮廓s1和内环s2两组边，其中多边形外轮廓s1包括{p10,p11，p12，p13，p14，p15，p16，p17}，存储顺序为顺时针存储；内环s2包括{q20，q21，q22，q23}，存储顺序为逆时针存储。
71.如图3所示，根据内环s2各点坐标计算内环中心点c(x,y)，则x＝(x
q20
+x
q21
+x
q22
+x
q23
)/4；y＝(y
q20
+y
q21
+y
q22
+y
q23
)/4。
72.如图4所示，根据内环中心点c(x,y)的纵坐标yc和水平的第一直线将s1和s2分别划分为两个点集形成四个点集，第一点集t11和第三点集t21根据规则δy》0(δy＝y-yc，y为点集中各点纵坐标)划分，故t11为{p10，p11，p12，p17}，t21为{q20，q21}；第二点集t12和第四点集t22根据规则δy《0划分，故t12为{p13，p14，p15，p16}，t22为{q22，q23}。
73.第二直线为竖直穿过内环中心点c的线，则可根据min(|δx|)(δx＝x-xc，x为点集中各点横坐标)的规则在四个点集中取得各自距离第二直线最近的四个点。如图4所示，t11中点p10为点p；t12中点p15为p`；t21中点q21为q点；t22中点q22为q`点。得到第一点对(p，q)，第二点对(p`,q`)两组点。
74.接着，如图5所示，由p(p10)点出发，按照存储顺序进行遍历，经过p11，p12，p13，p14到p15(p`)点，p`点跳转到q`(q22)，q22按照存储顺序继续经过q23，q20，到q(q21)点，q点跳转到p(p10)点，这样组成了闭合区域path1{p10，p11，p12，p13，p14，p15，q22，q23，q20，q21}；由p`(p15)点出发，按照存储顺序遍历经过p16，p17，到达点p(p10)点，从p点跳转到q
(q21)点，按照存储顺序遍历，到q22(q`)点，从q`点跳转到p`(p15)点，组成闭合区域path2{p15，p16，p17，p10，q21，q22}。这样原有的环形区域就自然的划分成了分别由path1围成的第一多边和path2围成的第二多边形两个多边形无内环的区域。
75.然后，在一实施例中，骤s40中所述预标识点提取方法包括：提取所述多边形的骨架线，以所述骨架线中的交点作为所述预标识点。其中骨架线的提取方法包括但不限于基于voronoi图的多边形骨架提取算法。骨架(skeleton)又称中轴(medial axis)，骨架有着与原物体相同的拓扑和形状信息，是一种性能优良的几何特征，能够有效的描述物体。因此本发明通过骨架线上的交点骨架点作为预标识点，可以保证其落入待标识对象的区域内，以满足电子海图标识标准的要求。
76.在多边形骨架提取算法中，一个多边形的骨架，可以看作是由无数点对之间的骨架点组成的。两点间的骨架(等同于对中轴的求取)是到两点距离相等的点的轨迹，它是两点连线的垂直平分线，每一点所邻接的半平面是到其距离最小的点集相应地可扩展为离散点集的中轴定义。它是下列性质点的轨迹：其上任一点到最近两离散点距离相等，相应地也产生各点到其距离最小的点集；两线间的中轴是到两线距离相等的点的轨迹，它在两线相交时为角平分线——两线平行时为到两线距离——的平行线，每一线所邻接并以中轴为界的区域是到其距离最小的点集。一线和一点间的中轴是到该点(线距离相等的点的轨迹,它是以该点为焦点、该线为准线的抛物线。该点或线所邻接并以中轴为界的区域是到其距离最小的点集。
77.为阐述方便，引入以下概念：(1)多边形起始中轴线段：过一多边形的每一个凸的顶点都可作顶点角(小于等于180度)的角平分线，它终止于与其角两边线段中短边的垂线交点或相邻凸顶点的角平分线交点。(2)对岸线,点：上述射线两侧的边、点或与之正向(与射线同向)顺序邻接的边、点互称岸线及对岸线、点。有时，对岸线、点一方不仅有一方对应，而有两方或多方对应，运算中有多方的动态相对关系。(3)线段耗光：该岸线线段的全部有序点集均找到相应对岸线的有序点集或节点作为对称，耗光过程中产生的中轴线段为前述基本概念中三类基本线段的某个有序组合。(4)顶点耗光：多边形的每一凹的顶点的顶点角(大于180度)的各方向线上均找到其对称的对岸线有序点集或节点，耗光过程中产生的中轴线段为前述基本概念中三类基本线段的某个有序组合。
78.进而多边形骨架线可通过如下过程获得，首先，数字化轮廓点，顺序组织全部轮廓点为一个顺序的环；然后，把轮廓点按delaunay原则三角化，去除不在连通域内的各三角形；接下来，从一个始节点开始，根据一条中轴线算法，按顺序动态地组织环上两旁的边运算，直至产生的一条中轴到达另一个始节点，或遇上另一条中轴，抹去该1个或2个始节点；最后，依次对未抹去的始节点按上一步实施，直至抹去所有始节点。
79.应当理解的是，本发明对于预标识点的提取并不限于通过提取多边形骨架线的方式实现。其他方法例如可通过将分割得到的凹多边形进一步划分为若干凸多边形的组合，然后计算每一凸多边形的重心作为预标识点等方式。本发明对此不做特殊限定。
80.本发明还提供一种电子海图面要素标识装置，包括：
81.内环检测模块，用于提供待标识对象数据，检测对象数据中是否包括内环，对象数据包括待标识对象的多边形外轮廓，内环包括位于外轮廓范围之内；
82.多边形划分模块，用于对检测到的内环根据内环和外轮廓将对象数据划分为至少
两多边形的组合；
83.内环复检模块，用于检测多边形中是否存在内环，若存在内环则返回多边形划分模块；若不存在内环则将多边形输入多边形集合；
84.标识模块，用于对多边形提取代表性位置，在代表性位置上进行标识。
85.本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机被处理器执行时实现如上任一项的一种电子海图面要素标识的方法。
86.本发明还提供一种计算机设备，包括至少一个处理器、及与处理器通信连接的存储器，其中存储器存储可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使处理器执行如上任一项的一种电子海图面要素标识的方法。
87.基于上述，与现有技术相比，本发明提供的电子海图面要素标识的方法，首先检测待标识对象的多边形外轮廓的内部是否有内环，当检测到内环时将内环和多边形外轮廓之间的环形区域的待标识对象划分为至少两多边形的组合，然后进一步检测形成的多边形内部是否存在内环，若存在内环则重复上一步的划分步骤将待标识对象划分成若干个没有内环的多边形，然后取位于每一多边形内部的若干预标识点，预标识点作为待标识对象放置标识的待选择点。本发明通过将具有环形区域的待标识对象分割为若干无环的多边形的组合进行多边形的内部点的提取，避免了对于环形区域内部点提取时可能导致预标识点落入环内不属于待标识对象的区域，降低了有环区域标识点的提取难度。
88.另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。
89.尽管本文中较多的使用了诸如待标识对象、预标识点、多边形外轮廓、内环或骨架点等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
90.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。