海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法研究課件

1、海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法研究任務(wù)與背景01總結(jié)與展望03海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法0201任務(wù)與背景研究背景海底是不可視的海底觀測密度是多變的海底觀測數(shù)據(jù)尺度是不同的尺度不同、表現(xiàn)力也不相同海底地貌變形和異化任務(wù)與背景01激光測深多波束單波束衛(wèi)星測高生活海圖多源多尺度研究背景數(shù)據(jù)很多！滿足需求很少！數(shù)據(jù)一致性問題是主要原因之一多源海底地貌的綜合側(cè)重于解決數(shù)據(jù)尺度的一致性問題激光測深多波束單波束衛(wèi)星測高生活海圖多源多尺度01任務(wù)與背景約束條件例如：水深綜合是要解決抽稀（選?。┖蟮乃钆c復(fù)雜的海底地形之間的矛盾，實現(xiàn)海圖體現(xiàn)海底地形的詳細(xì)性與整體圖面清晰性的對立統(tǒng)一。海底地貌的綜合是有一些特殊的綜合要求的遵

2、循“取淺舍深”的重要基本原則正確顯示航道的“深淺兼顧”重要原則正確表達(dá)海底地形特征的原則盡量保持菱形分布的原則水深綜合原則01任務(wù)與背景海底地貌數(shù)據(jù)的自動綜合不同區(qū)域因約束不同，采用不同的選取策略航行危險區(qū)孤立淺點復(fù)雜海區(qū)暗礁區(qū)深水淺灘重要航道平緩海區(qū)凸部凹部谷線脊線其他海區(qū)航行需求密度地貌結(jié)構(gòu)約束菱形拓?fù)潢P(guān)系采用嚴(yán)格控淺算法，水深密度大選取反映航道通航能力的水深注記，菱形布設(shè)菱形布網(wǎng)搜索選取地貌特征注記，再選取其他注記研究方案任務(wù)與背景水 深 點 選 取01凸部凹部谷底結(jié)構(gòu)指標(biāo)度量語義分析航行需求地貌特征綜合操作選取夸大刪除合并化簡刪除位移合并等深線綜合操作夸大光滑具體操作執(zhí)行等深線綜合算子

3、庫表達(dá)清晰性要求地貌綜合規(guī)則庫海底地貌數(shù)據(jù)的自動綜合等 深 線 化 簡研究方案任務(wù)與背景01任務(wù)與背景01總結(jié)與展望0302海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法02等深線合并與化簡海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法4、多段Bezier曲線擬合的等深線光滑2、尺度驅(qū)動的基于彎曲的等深線化簡方法3、最大曲率約束的等深線化簡方法1、等深線自動合并方法等深線合并021、等深線自動合并方法待合并等深線探測合并條件鄰近且間距較小深度值相同等深線表示凸地貌特征Delaunay三角網(wǎng)基于面域圖進(jìn)行判斷面域的深度范圍的最小值與待判斷等深線的深度值相等A(240,300)2402403003001801801243海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線合

4、并02待合并等深線探測三角形篩選橋接區(qū)域提取合并案例提取深度值相等鄰近間距小于閾值表示凸地貌鄰近的三角形劃分為一組，構(gòu)成橋接區(qū)域提取屬于同一個合并案例的等深線和橋接區(qū)域1、等深線自動合并方法海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線合并02等深線合并方法橋接區(qū)域擴(kuò)展“孔”填充彎曲化簡合并光滑1、等深線自動合并方法海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線合并02合并結(jié)果在形態(tài)特征表達(dá)方面清晰、光滑避免了小“孔”等深線的產(chǎn)生合并結(jié)果能滿足“擴(kuò)淺縮深”的等深線綜合原則合并效果對比圖海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線化簡022、尺度驅(qū)動的基于彎曲的等深線化簡方法當(dāng)前化簡方法的不足：化簡不徹底，缺乏對深水側(cè)彎曲、瓶頸區(qū)域的處理需要化簡彎曲的

5、探測不準(zhǔn)確AB海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線化簡02需要化簡彎曲探測：微小次要彎曲識別視覺沖突區(qū)域識別Delaunay三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)化視覺沖突彎曲瓶頸區(qū)域海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線化簡02化簡手段： 彎曲刪除彎曲凸殼化夸大分裂海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線化簡02多尺度化簡結(jié)果1:30萬深淺1:40萬深淺1:20萬深淺1:10萬淺深海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線化簡02建立了與尺度的明確關(guān)系化簡結(jié)果滿足擴(kuò)淺縮深的原則化簡結(jié)果清晰保持等深線的主要彎曲特征，可避免自相交但暫未考慮鄰近等深線的影響等深線集化簡海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線化簡023、最大曲率約束的等深線化簡方法Delaunay三角網(wǎng)化簡方法仍舊沒有徹底

6、解決的問題：彎曲夸大問題識別與人視覺感知的彎曲不一致，導(dǎo)致局部化簡結(jié)果不協(xié)調(diào)光滑性不夠最大曲率約束下的等深線化簡方法海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線化簡023、最大曲率約束的等深線化簡方法基本原理：比例尺縮小，曲率逐漸增大曲率超出某一臨界值時，彎曲特征將無法清晰表達(dá)以最大曲率作為等深線局部化簡與否的判斷標(biāo)準(zhǔn)海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線化簡023、最大曲率約束的等深線化簡方法曲率計算凹彎曲收縮變形凹彎曲化簡凹彎曲節(jié)點加密依次判斷每個節(jié)點是否需要位移進(jìn)行位移操作是否所有節(jié)點滿足最大曲率約束彎曲高是否小于線寬刪除中間節(jié)點是否是結(jié)束否 凹彎曲變形實現(xiàn)流程海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線化簡02(a)(b)(c)(d

7、)(e)(f)(g)(h)凹彎曲化簡過程海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線化簡02凸彎曲變形凸彎曲化簡凸彎曲化簡凸彎曲節(jié)點位移方式ABCCCABAC(a)(b)(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)ABCDEFGABCDC1EFGE1AGC1E1DA1G1C1E1DA1G1C1E1DPMP1凸彎曲化簡過程海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線化簡021:10萬1:20萬1:30萬1:40萬本方法的化簡海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線化簡02對比之 雙緩沖區(qū)化簡1:10萬1:20萬1:30萬1:40萬形態(tài)特征表達(dá)光滑清晰，能有效壓縮節(jié)點數(shù)量是一種尺度驅(qū)動的化簡算法避免了參數(shù)閾值設(shè)置的問題適合海圖沒有固定比例尺的

8、特點海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線光滑024、多段Bezier曲線擬合的等深線光滑Bezier曲線位于控制多邊形的凸包內(nèi)，對等深線光滑過程中確保航行安全要求具有重要作用凸彎曲指等深線凸向深水區(qū)的曲線彎曲。從航行安全的角度來說，在光滑過程中等深線要向深水一側(cè)偏移。即光滑結(jié)果要有保凸性。凸彎曲單元光滑Bezier曲線控制點的確定海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法凸凹連接處的光滑有著承載凸凹彎曲平滑過渡的特殊性，需專門處理以實現(xiàn)相鄰?fù)拱紡澢鷨卧钠交匀贿^渡。等深線光滑02凹彎曲指等深線凹向淺水區(qū)的曲線彎曲。凹彎曲單元光滑分段Bezier曲線擬合Bezier曲線控制點的確定彎曲間連接處光滑處理連接處光滑處理光滑后海底

9、地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線光滑02 、 是該方法中的兩個重要參數(shù),對光滑效果具有重要影響。 、 的取值空間為(0.4,0.6)時光滑的效果較好。形狀參數(shù) 、 的影響分析海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法等深線光滑02確保等深線光滑結(jié)果始終向深水一側(cè)位移, 能夠保證航行安全保證光滑曲線與原有折線的形態(tài)相似性海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法02多約束水深的自動選取1、基于海圖數(shù)據(jù)的水深注記選取2、基于多波束數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法水深注記選取02水深注記選取航行安全約束地形表達(dá)精度約束水深菱形分布特征約束選取約束條件P點坡度坡向計算長短對角線長度計算菱形邊長計算菱形搜索模型A1A2A3A4xyB1B2B3B4P海

10、底地貌數(shù)據(jù)綜合方法水深注記選取021、基于海圖數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法TIN化簡在水深注記選取中的應(yīng)用優(yōu)勢： 實現(xiàn)離散水深注記的結(jié)構(gòu)化表達(dá)，有利于進(jìn)行地形分析；建立了水深注記間的鄰近關(guān)系；水深注記選取的實質(zhì)是對地貌的綜合，TIN化簡是進(jìn)行高精度地貌綜合的重要技術(shù)。不足：水深注記分布不均勻平坦區(qū)域空白復(fù)雜區(qū)域擁擠鄰近間距不均勻海圖水深注記表達(dá)要求水深注記選取021、基于海圖數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法解決措施：以鄰近水深注記的標(biāo)準(zhǔn)間距為基礎(chǔ)構(gòu)建“選取線”對每條“選取線”上的水深注記按規(guī)定間隔進(jìn)行順序選取水深注記選取021、基于海圖數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法選取

11、過程是通過節(jié)點刪除實現(xiàn)的，水深注記可被刪除條件為：條件1：不漏淺條件2：鄰近間距約束判斷準(zhǔn)則：刪除該注記后新形成的三角形內(nèi)都不存在淺于三角形最淺頂點的水深注記。與特定水深注記的鄰近距離小于規(guī)定間距范圍的最小值，且刪除該注記后不會導(dǎo)致水深注記間鄰近間距大于規(guī)定間距的最大值水深注記選取021、基于海圖數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法局部水深注記調(diào)整：間距過小水深注記刪除特征深點遺漏檢查地形誤差約束加密空白區(qū)域加密水深注記選取021、基于海圖數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法實驗過程：水深注記選取021、基于海圖數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法實驗結(jié)果：本文方法“影響圈”算法水深注記

12、選取021、基于海圖數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法實驗評價：地貌表達(dá)精度統(tǒng)計參數(shù)絕對誤差（單位：米）相對誤差中誤差平均誤差變淺均值中誤差平均誤差變淺均值本文算法3.051.762.970.220.0860.12影響圈3.512.043.320.250.1040.14水深注記選取021、基于海圖數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法分布模式125364實驗評價：水深注記選取022、基于多波束數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法當(dāng)前常用的預(yù)設(shè)菱形網(wǎng)的方法存在不足存在漏淺情況沒有顧忌地形復(fù)雜度間距不能隨深度變化菱形特征沒有顧忌到坡度坡向變化解決方案提取地形特征點：山脊點、山谷點地形變化點建

13、立顧及坡度坡向的菱形搜索模型水深注記選取022、基于多波束數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法提取地形特征點特征點提取深度距離深度基準(zhǔn)面山脊點、山谷點的提取地形變化劇烈水深點提取水深注記選取022、基于多波束數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法顧及坡度坡向的菱形搜索模型菱形邊長設(shè)置為規(guī)定的水深間距比例尺分母相鄰等深點的平均距離/cm小于10萬0.8(0m-2m), 1.0(2m-5m), 1.2(5m-10m), 1.4(10m-20m), 1.5(20m-30m), 2.0(30m)10萬0.8(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)20萬或25萬0.8(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)50萬或100萬0.8(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)水深注記選取022、基于多波束數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法選取實現(xiàn)提取地形特征點集菱形搜索點集初始選取

15、結(jié)果基于TIN的水深注記抽稀局部空白加密航行安全約束選取結(jié)果水深注記選取022、基于多波束數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法實驗數(shù)據(jù)1104深度值123465水深注記選取022、基于多波束數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法1:50001:75001:10000實驗數(shù)據(jù)水深注記選取022、基于多波束數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法實驗結(jié)果分析確保航行安全方面不存在漏淺情況，任一三角形內(nèi)不存在淺于其最淺頂點的水深注記比例尺AveDAveRDMaxDRmaxD1:50000.10.33%1.291.52%1:75000.150.57%2.022.45%1:100000.130.46%1

16、.962.02%水深注記選取022、基于多波束數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法實驗結(jié)果分析地貌表達(dá)精度比例尺絕對誤差相對誤差平均誤差中誤差變淺均值平均誤差中誤差變淺誤差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%水深注記選取022、基于多波束數(shù)據(jù)的水深注記選取海底地貌數(shù)據(jù)綜合方法實驗結(jié)果分析分布模式區(qū)域編號深度范圍/m平均間距/cm最大間距/cm最小間距/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:密度特征水深注記選