海底地貌数据综合方法研究课件

1、海底地貌数据综合方法研究任务与背景01总结与展望03海底地貌数据综合方法0201任务与背景研究背景海底是不可视的海底观测密度是多变的海底观测数据尺度是不同的尺度不同、表现力也不相同海底地貌变形和异化任务与背景01激光测深多波束单波束卫星测高生活海图多源多尺度研究背景数据很多！满足需求很少！数据一致性问题是主要原因之一多源海底地貌的综合侧重于解决数据尺度的一致性问题激光测深多波束单波束卫星测高生活海图多源多尺度01任务与背景约束条件例如：水深综合是要解决抽稀（选取）后的水深与复杂的海底地形之间的矛盾，实现海图体现海底地形的详细性与整体图面清晰性的对立统一。海底地貌的综合是有一些特殊的综合要求的遵

2、循“取浅舍深”的重要基本原则正确显示航道的“深浅兼顾”重要原则正确表达海底地形特征的原则尽量保持菱形分布的原则水深综合原则01任务与背景海底地貌数据的自动综合不同区域因约束不同，采用不同的选取策略航行危险区孤立浅点复杂海区暗礁区深水浅滩重要航道平缓海区凸部凹部谷线脊线其他海区航行需求密度地貌结构约束菱形拓扑关系采用严格控浅算法，水深密度大选取反映航道通航能力的水深注记，菱形布设菱形布网搜索选取地貌特征注记，再选取其他注记研究方案任务与背景水 深 点 选 取01凸部凹部谷底结构指标度量语义分析航行需求地貌特征综合操作选取夸大删除合并化简删除位移合并等深线综合操作夸大光滑具体操作执行等深线综合算子

3、库表达清晰性要求地貌综合规则库海底地貌数据的自动综合等 深 线 化 简研究方案任务与背景01任务与背景01总结与展望0302海底地貌数据综合方法02等深线合并与化简海底地貌数据综合方法4、多段Bezier曲线拟合的等深线光滑2、尺度驱动的基于弯曲的等深线化简方法3、最大曲率约束的等深线化简方法1、等深线自动合并方法等深线合并021、等深线自动合并方法待合并等深线探测合并条件邻近且间距较小深度值相同等深线表示凸地貌特征Delaunay三角网基于面域图进行判断面域的深度范围的最小值与待判断等深线的深度值相等A(240,300)2402403003001801801243海底地貌数据综合方法等深线合

4、并02待合并等深线探测三角形筛选桥接区域提取合并案例提取深度值相等邻近间距小于阈值表示凸地貌邻近的三角形划分为一组，构成桥接区域提取属于同一个合并案例的等深线和桥接区域1、等深线自动合并方法海底地貌数据综合方法等深线合并02等深线合并方法桥接区域扩展“孔”填充弯曲化简合并光滑1、等深线自动合并方法海底地貌数据综合方法等深线合并02合并结果在形态特征表达方面清晰、光滑避免了小“孔”等深线的产生合并结果能满足“扩浅缩深”的等深线综合原则合并效果对比图海底地貌数据综合方法等深线化简022、尺度驱动的基于弯曲的等深线化简方法当前化简方法的不足：化简不彻底，缺乏对深水侧弯曲、瓶颈区域的处理需要化简弯曲的

5、探测不准确AB海底地貌数据综合方法等深线化简02需要化简弯曲探测：微小次要弯曲识别视觉冲突区域识别Delaunay三角网结构化视觉冲突弯曲瓶颈区域海底地貌数据综合方法等深线化简02化简手段： 弯曲删除弯曲凸壳化夸大分裂海底地貌数据综合方法等深线化简02多尺度化简结果1:30万深浅1:40万深浅1:20万深浅1:10万浅深海底地貌数据综合方法等深线化简02建立了与尺度的明确关系化简结果满足扩浅缩深的原则化简结果清晰保持等深线的主要弯曲特征，可避免自相交但暂未考虑邻近等深线的影响等深线集化简海底地貌数据综合方法等深线化简023、最大曲率约束的等深线化简方法Delaunay三角网化简方法仍旧没有彻底

6、解决的问题：弯曲夸大问题识别与人视觉感知的弯曲不一致，导致局部化简结果不协调光滑性不够最大曲率约束下的等深线化简方法海底地貌数据综合方法等深线化简023、最大曲率约束的等深线化简方法基本原理：比例尺缩小，曲率逐渐增大曲率超出某一临界值时，弯曲特征将无法清晰表达以最大曲率作为等深线局部化简与否的判断标准海底地貌数据综合方法等深线化简023、最大曲率约束的等深线化简方法曲率计算凹弯曲收缩变形凹弯曲化简凹弯曲节点加密依次判断每个节点是否需要位移进行位移操作是否所有节点满足最大曲率约束弯曲高是否小于线宽删除中间节点是否是结束否 凹弯曲变形实现流程海底地貌数据综合方法等深线化简02(a)(b)(c)(d

7、)(e)(f)(g)(h)凹弯曲化简过程海底地貌数据综合方法等深线化简02凸弯曲变形凸弯曲化简凸弯曲化简凸弯曲节点位移方式ABCCCABAC(a)(b)(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)ABCDEFGABCDC1EFGE1AGC1E1DA1G1C1E1DA1G1C1E1DPMP1凸弯曲化简过程海底地貌数据综合方法等深线化简021:10万1:20万1:30万1:40万本方法的化简海底地貌数据综合方法等深线化简02对比之 双缓冲区化简1:10万1:20万1:30万1:40万形态特征表达光滑清晰，能有效压缩节点数量是一种尺度驱动的化简算法避免了参数阈值设置的问题适合海图没有固定比例尺的

8、特点海底地貌数据综合方法等深线光滑024、多段Bezier曲线拟合的等深线光滑Bezier曲线位于控制多边形的凸包内，对等深线光滑过程中确保航行安全要求具有重要作用凸弯曲指等深线凸向深水区的曲线弯曲。从航行安全的角度来说，在光滑过程中等深线要向深水一侧偏移。即光滑结果要有保凸性。凸弯曲单元光滑Bezier曲线控制点的确定海底地貌数据综合方法凸凹连接处的光滑有着承载凸凹弯曲平滑过渡的特殊性，需专门处理以实现相邻凸凹弯曲单元的平滑自然过渡。等深线光滑02凹弯曲指等深线凹向浅水区的曲线弯曲。凹弯曲单元光滑分段Bezier曲线拟合Bezier曲线控制点的确定弯曲间连接处光滑处理连接处光滑处理光滑后海底

9、地貌数据综合方法等深线光滑02 、 是该方法中的两个重要参数,对光滑效果具有重要影响。 、 的取值空间为(0.4,0.6)时光滑的效果较好。形状参数 、 的影响分析海底地貌数据综合方法等深线光滑02确保等深线光滑结果始终向深水一侧位移, 能够保证航行安全保证光滑曲线与原有折线的形态相似性海底地貌数据综合方法02多约束水深的自动选取1、基于海图数据的水深注记选取2、基于多波束数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法水深注记选取02水深注记选取航行安全约束地形表达精度约束水深菱形分布特征约束选取约束条件P点坡度坡向计算长短对角线长度计算菱形边长计算菱形搜索模型A1A2A3A4xyB1B2B3B4P海

10、底地貌数据综合方法水深注记选取021、基于海图数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法TIN化简在水深注记选取中的应用优势： 实现离散水深注记的结构化表达，有利于进行地形分析；建立了水深注记间的邻近关系；水深注记选取的实质是对地貌的综合，TIN化简是进行高精度地貌综合的重要技术。不足：水深注记分布不均匀平坦区域空白复杂区域拥挤邻近间距不均匀海图水深注记表达要求水深注记选取021、基于海图数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法解决措施：以邻近水深注记的标准间距为基础构建“选取线”对每条“选取线”上的水深注记按规定间隔进行顺序选取水深注记选取021、基于海图数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法选取

11、过程是通过节点删除实现的，水深注记可被删除条件为：条件1：不漏浅条件2：邻近间距约束判断准则：删除该注记后新形成的三角形内都不存在浅于三角形最浅顶点的水深注记。与特定水深注记的邻近距离小于规定间距范围的最小值，且删除该注记后不会导致水深注记间邻近间距大于规定间距的最大值水深注记选取021、基于海图数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法局部水深注记调整：间距过小水深注记删除特征深点遗漏检查地形误差约束加密空白区域加密水深注记选取021、基于海图数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法实验过程：水深注记选取021、基于海图数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法实验结果：本文方法“影响圈”算法水深注记

12、选取021、基于海图数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法实验评价：地貌表达精度统计参数绝对误差（单位：米）相对误差中误差平均误差变浅均值中误差平均误差变浅均值本文算法3.051.762.970.220.0860.12影响圈3.512.043.320.250.1040.14水深注记选取021、基于海图数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法分布模式125364实验评价：水深注记选取022、基于多波束数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法当前常用的预设菱形网的方法存在不足存在漏浅情况没有顾忌地形复杂度间距不能随深度变化菱形特征没有顾忌到坡度坡向变化解决方案提取地形特征点：山脊点、山谷点地形变化点建

13、立顾及坡度坡向的菱形搜索模型水深注记选取022、基于多波束数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法提取地形特征点特征点提取深度距离深度基准面山脊点、山谷点的提取地形变化剧烈水深点提取水深注记选取022、基于多波束数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法顾及坡度坡向的菱形搜索模型菱形边长设置为规定的水深间距比例尺分母相邻等深点的平均距离/cm小于10万0.8(0m-2m), 1.0(2m-5m), 1.2(5m-10m), 1.4(10m-20m), 1.5(20m-30m), 2.0(30m)10万0.8(0m-2m), 1.0(2m-5m), 1.2(5m-10m), 1.4(10m-20m),

14、 1.5(20m-30m), 2.5(30m-100m), 3.0(100m)20万或25万0.8(0m-5m), 1.0(5m-10m), 1.2(10m-20m), 1.4(20m-30m), 1.5(30m-100m), 2.5(100m-200m), 3.0(200m)50万或100万0.8(0m-10m), 1.0(10m-20m), 1.2(20m-30m), 1.4(30m-100m), 1.5(100m-200m), 2.5(200m-500m), 3.0(500m)水深注记选取022、基于多波束数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法选取实现提取地形特征点集菱形搜索点集初始选取

15、结果基于TIN的水深注记抽稀局部空白加密航行安全约束选取结果水深注记选取022、基于多波束数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法实验数据1104深度值123465水深注记选取022、基于多波束数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法1:50001:75001:10000实验数据水深注记选取022、基于多波束数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法实验结果分析确保航行安全方面不存在漏浅情况，任一三角形内不存在浅于其最浅顶点的水深注记比例尺AveDAveRDMaxDRmaxD1:50000.10.33%1.291.52%1:75000.150.57%2.022.45%1:100000.130.46%1

16、.962.02%水深注记选取022、基于多波束数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法实验结果分析地貌表达精度比例尺绝对误差相对误差平均误差中误差变浅均值平均误差中误差变浅误差1:50000.080.150.110.26%0.49%0.33%1:75000.120.230.150.4%0.66%0.39%1:100000.140.260.180.43%0.75%0.45%水深注记选取022、基于多波束数据的水深注记选取海底地貌数据综合方法实验结果分析分布模式区域编号深度范围/m平均间距/cm最大间距/cm最小间距/cm50007500100005000750010000500075001000011.65.51.041.061.121.221.251.270.710.760.7327.114.81.361.331.311.431.481.381.051.141.29321.733.31.811.871.962.12.072.151.411.631.72434.758.32.042.022.072.182.112.281.761.811.87520.633.41.471.421.452.032.051.990.920.940.78668.492.11.691.661.722.142.082.210.90.810.76:密度特征水深注记选