基于八點(diǎn)法的等值線追蹤算法
【專利摘要】本發(fā)明公開的是一種基于八點(diǎn)法的等值線追蹤算法，其融入了現(xiàn)實(shí)中的地貌特征影響因素，在等值線遇到出口選擇情況時(shí)，進(jìn)行了八點(diǎn)法擴(kuò)張判斷，在判斷出當(dāng)前區(qū)域地貌特征后，再進(jìn)行追蹤的出口取舍，從而避免了等值線追蹤到錯(cuò)誤出口，使得等值線不割裂大地貌，不在山谷、山脊地區(qū)出現(xiàn)錯(cuò)誤小圓，最終等值線可還原真實(shí)地貌特征，繪制的等值線圖更利于簡單而直觀地進(jìn)行綜合分析。在水文模型的建立、地形模擬、公路鐵路勘測和規(guī)劃、自然資源管理等等地學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而且顯示出了許多優(yōu)越性，本算法簡單明了，便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，能夠很容易的計(jì)算等高線，坡向坡度，自動(dòng)提取地形。
【專利說明】基于八點(diǎn)法的等值線追蹤算法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種地貌特征綜合分析的計(jì)算方法，具體涉及的是一種分析地貌特征基于八點(diǎn)法的等值線追蹤算法。

【背景技術(shù)】
[0002]等值線的追蹤是對離散數(shù)據(jù)用數(shù)學(xué)方法插值，將具有相同量值的點(diǎn)變換成圖的過程。它將三維信息顯示于二維平面，是進(jìn)行地理要素空間特征分析的強(qiáng)大工具，通過繪制相應(yīng)的等值線圖簡單而直觀地進(jìn)行綜合分析。但是現(xiàn)有的等值線追蹤算法在進(jìn)行出口判斷時(shí)，會(huì)依據(jù)最近原則進(jìn)行出口選擇，該原則既能保證追蹤算法的順利運(yùn)行又能保證算法效率最優(yōu)，但是此原則應(yīng)用在山谷與山脊地貌時(shí)會(huì)出現(xiàn)與真實(shí)地貌嚴(yán)重不符的大地貌割裂錯(cuò)誤現(xiàn)象。尤其是在地勢凹凸走向非常明顯，或者插值網(wǎng)格較粗且取值間距較大的情況下，更容易導(dǎo)致異常凸起或凹陷等值線小圓的出現(xiàn)。
[0003]例如，現(xiàn)有的從插值格網(wǎng)中提取等值線的方法可以分為兩類,格網(wǎng)線性內(nèi)插法和高次曲面內(nèi)插法。其中，格網(wǎng)線性內(nèi)插法，主要原理是直接在格網(wǎng)邊上做線性內(nèi)插得到等值點(diǎn)，再按照一定的規(guī)則追蹤一條等值線的全部等值點(diǎn)，依據(jù)精度需要選擇合適的曲線光滑算法完成等值線的繪制。這種方法程序設(shè)計(jì)比較簡單，隨著格網(wǎng)單元數(shù)的增多，占用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存也增多，不過，目前計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展水平己完全滿足算法對內(nèi)存的要求；格網(wǎng)單元尺寸的大小，會(huì)造成一幅圖的輸出結(jié)果有些微小的差別，主要原因是選擇網(wǎng)格尺寸過大，會(huì)忽略一些微小的變化區(qū)域；有時(shí)格網(wǎng)單元尺寸選擇過大，在對曲線進(jìn)行光滑時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)曲線相交現(xiàn)象。
[0004]高次曲面內(nèi)插法主要原理是在選定范圍內(nèi)的格網(wǎng)點(diǎn)上進(jìn)行擬合曲面，這個(gè)曲面一般有一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)學(xué)表達(dá)式，依據(jù)一定的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)行等值線的追蹤，繪制等值線圖，根據(jù)利用的格網(wǎng)點(diǎn)數(shù)可以分為整體曲面和局部曲面內(nèi)插。這種方法由于空間變量的復(fù)雜性和隨機(jī)性，在實(shí)際研究過程中，空間變量坐標(biāo)值很難滿足某一數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式，所以在編程時(shí)程序一般較為復(fù)雜，曲面一般很難擬合己知空間變量。但這種方法也有一定的優(yōu)點(diǎn)，即曲線追蹤非常容易，并且一般不會(huì)出現(xiàn)曲線相交的現(xiàn)象。
[0005]格網(wǎng)線性內(nèi)插法和高次曲面內(nèi)插法都是在格網(wǎng)建好后，在格網(wǎng)邊上內(nèi)插等值點(diǎn)進(jìn)行等值線追蹤，但是當(dāng)四條邊都存在等值點(diǎn)的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)追蹤出口的二義性問題，此時(shí)如何確定等值線的走向，是等值線追蹤與生成的根本難點(diǎn)所在，也是決定了等值線能否正確反映真是地形地貌的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。
[0006]此外，現(xiàn)有的三角網(wǎng)格插值的主要缺點(diǎn)為:
?可以用內(nèi)插生成規(guī)則格網(wǎng)，也可以建立連續(xù)表面，適合于小范圍大比例尺高精度的地形建模，但是大范圍不適用。
[0007]?外推能力差，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于規(guī)范化管理，難以與柵格和矢量數(shù)據(jù)聯(lián)合分析，算法實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜和困難；
矩形網(wǎng)格的主要缺點(diǎn)為: ?格網(wǎng)點(diǎn)高程內(nèi)插會(huì)損失精度；
?網(wǎng)格過大會(huì)損失地形的關(guān)鍵特征；
?不改變網(wǎng)格的大小就不能適用于起伏程度不同的地區(qū)；
?地形簡單地區(qū)存在冗余數(shù)據(jù)；
除了以上缺陷外，在格網(wǎng)建好后，在格網(wǎng)邊上進(jìn)行的等值線追蹤會(huì)有四條邊都存在等值點(diǎn)的情況，而現(xiàn)有的追蹤算法都無法正確尋找到出口。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供一種基于八點(diǎn)法的等值線追蹤算法，通過外向擴(kuò)張來探索整體地勢的走向，由此選擇出正確的等值線追蹤出口，避免了大地貌割裂的錯(cuò)誤現(xiàn)象，最終使得等值線可以符合并還原原始真實(shí)地貌。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
一種基于八點(diǎn)法的等值線追蹤算法，其方法步驟如下:
首先獲得待測地貌數(shù)據(jù)，通過獲取的地貌數(shù)據(jù)輸入至在計(jì)算的制圖區(qū)域內(nèi)，然后在制圖區(qū)域內(nèi)確定等值點(diǎn)的起點(diǎn)與終點(diǎn)；
設(shè)制圖區(qū)域的底部、上部、左部、右部為制圖區(qū)域的南、北、西、東四邊，對于等值線分開曲線和等值線閉合曲線的等值點(diǎn)的起點(diǎn)與終點(diǎn)確定方法如下:
(I)對于等值線分開曲線起點(diǎn)線頭的確定方法為:
從制圖區(qū)域的南、西、北、東四條邊上依次尋找，在制圖區(qū)域矩形網(wǎng)格里進(jìn)行等值線的追蹤，從縱軸i=l開始，即從第一行開始；若南邊存在有等值線，則為起始線頭；
算法程序從橫軸j=l即第一列開始掃描，一旦捕捉到某等值線的值即設(shè)為起點(diǎn)線頭，并開始追蹤；
等值點(diǎn)的終點(diǎn)的確定方法如下:
對于a3 (要追蹤的下一等值點(diǎn))到邊界為止的判別式是:南邊邊界要滿足YA3=dy (YA3表示等值點(diǎn)a3的Y坐標(biāo)，dy表示單元網(wǎng)格縱向邊長)；西邊滿足XA3=dx (XA3表示等值點(diǎn)a3的X坐標(biāo)，dx表示單元網(wǎng)格橫向邊長);北邊滿足Ya3=M (M表示區(qū)域縱向總網(wǎng)格點(diǎn)數(shù))；東邊滿足Xa3=N (N表示區(qū)域橫向總網(wǎng)格點(diǎn)數(shù))；
只要滿足上述任一個(gè)條件時(shí)，等值線即停止追蹤，終點(diǎn)確定；
對于等值線閉合曲線，等值線始起點(diǎn)在圖幅內(nèi)追蹤，且在制圖區(qū)域的矩形內(nèi)部網(wǎng)格任意邊上的等值點(diǎn)數(shù)都可作為起始點(diǎn)；
等值線閉合曲線的等值點(diǎn)的終點(diǎn)確定方法為:
等值線選入起點(diǎn)后，然后從制圖區(qū)域的矩形網(wǎng)格一邊進(jìn)入后，計(jì)算機(jī)程序追蹤起始點(diǎn)所在矩形網(wǎng)格的中心格四角上的點(diǎn)稱為內(nèi)四點(diǎn)，并追蹤以中心格為中心的與內(nèi)四點(diǎn)水平以及垂直方向相對應(yīng)的外八點(diǎn)，該等值線的終點(diǎn)算法流程如下:
設(shè)等值線從中心格左邊進(jìn)入，Hi, j表不i行j列點(diǎn)的聞程，聞?dòng)诋?dāng)如聞程的點(diǎn)稱為聞程點(diǎn)，低于當(dāng)前高程的稱為低程點(diǎn)
當(dāng)外八點(diǎn)的平均高程大于內(nèi)四點(diǎn)中高程點(diǎn)的平均值時(shí)，即 H8夕卜> (I/2) (Hr, c+Hr+1, c+1)，則判斷為被測地貌為山谷；
當(dāng)外八點(diǎn)的平均高程小于內(nèi)四點(diǎn)中低程點(diǎn)平均值時(shí)，即 H8,h<(l/2) (Hr+1,c+Hr,c+1)時(shí)，則判斷為被測地貌是山脊；按照等值線不穿過山谷、山脊規(guī)則即可判斷出口 ；其中r為行序數(shù)，c為列序數(shù),且r>l, c r>l。
[0010]當(dāng)外八點(diǎn)的平均高程大于內(nèi)四點(diǎn)中低程點(diǎn)平均值，即介于二者之間時(shí)，中心格中的等值線為雙曲拋物面，類似馬鞍面；則用前高程值與中心格的中心點(diǎn)值Ht心相比較，判斷等值線的走向，若當(dāng)前高程>H巾心,應(yīng)向左轉(zhuǎn)；若當(dāng)前高程〈H巾心,應(yīng)向右轉(zhuǎn)。
[0011]上述中心格的中心點(diǎn)值11+心的技術(shù)方法如下:
用待定系數(shù)法，可知中心點(diǎn)表達(dá)式為:
H 中心=A* (Hr，c+Hr+1，c+1 +Hr+1，c+Hr，c+1)/4+B*H外①
3、要滿足紅字所示條件，仔細(xì)觀察上圖，可知必有當(dāng) H外= (1/2) (Hr，c+Hr+1，c+1)時(shí)，H中心=(Hr+1’c+Hr’c+1)/2②
當(dāng) H外= (1/2) (Hr+1’c+Hr’c+1)時(shí)，H中心=(Hr，c+Hr+1，c+1)/2③
將②和③代入①得A=2，B=-1
代入①得 H 中心=2* (Hr’c+Hr+1’c+1 +Hr+1，c+Hr，c+1)/4 — H外=2H 內(nèi)-H 外上式中，H@表示內(nèi)四點(diǎn)的平均高程。
[0012]5、求出H中心后，可與當(dāng)前高程比較，若當(dāng)前高程>H中心，應(yīng)向左轉(zhuǎn)；若當(dāng)前高程〈H中心，應(yīng)向右轉(zhuǎn)。
[0013]本發(fā)明融入了現(xiàn)實(shí)中的地貌特征影響因素，在等值線遇到出口選擇情況時(shí)，進(jìn)行了八點(diǎn)法擴(kuò)張判斷，在判斷出當(dāng)前區(qū)域地貌特征后，再進(jìn)行追蹤的出口取舍。從而避免了等值線追蹤到錯(cuò)誤出口，使得等值線不割裂大地貌，不在山谷、山脊地區(qū)出現(xiàn)錯(cuò)誤小圓，最終等值線可還原真實(shí)地貌特征，繪制的等值線圖更利于簡單而直觀地進(jìn)行綜合分析。在水文模型的建立、地形模擬、公路鐵路勘測和規(guī)劃、自然資源管理等等地學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而且顯示出了許多優(yōu)越性，本算法簡單明了，便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，能夠很容易的計(jì)算等高線，坡向坡度，自動(dòng)提取地形。
[0014]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】來詳細(xì)說明本發(fā)明；
圖1為等值線出現(xiàn)交叉和不確定情況的示意圖。
[0016]圖2為現(xiàn)有的解決方案示意圖；
圖3為考慮地形走向的等值線的示意圖；
圖4為本發(fā)明的八點(diǎn)法擴(kuò)展判斷等值線的示意圖；
圖5為采用本發(fā)明進(jìn)行追蹤的等值線勾勒出原始地貌的等高線示意圖；
圖6為依據(jù)本發(fā)明進(jìn)行繪制的雨量等值線圖。
[0017]

【具體實(shí)施方式】
為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0018]本實(shí)施例是融入了現(xiàn)實(shí)中的地貌特征影響因素，在等值線遇到出口選擇情況時(shí)，進(jìn)行了八點(diǎn)法擴(kuò)張判斷，在判斷出當(dāng)前區(qū)域地貌特征后，再進(jìn)行追蹤的出口取舍，從而避免了等值線以最近原則尋找出口，使得等值線按照真實(shí)大地貌走向進(jìn)行勾勒。
[0019]本實(shí)施例中，等值線:制圖對象某一數(shù)量指標(biāo)值相等的各點(diǎn)連成的平滑曲線，由地圖上標(biāo)出的表示制圖對象數(shù)量的各點(diǎn)，采用內(nèi)插法找出各整數(shù)點(diǎn)繪制而成的。常見有等溫線，等壓線，等高線，等勢線等。
[0020]等值點(diǎn)的追蹤:是指在計(jì)算出全部等值點(diǎn)以后，依照一定規(guī)則一定順序把他們逐點(diǎn)連成等值線。為追蹤到等值點(diǎn)，其要解決這個(gè)問題，分下列幾個(gè)方面進(jìn)行:
(I)等值點(diǎn)的起點(diǎn)與終點(diǎn)；
追蹤一條等值線首要條件是確定等值線的起點(diǎn)。等值線分開曲線和閉合曲線兩種，在尋找等值線頭的方法是不相同的。開曲等值線特點(diǎn)是從制圖區(qū)域網(wǎng)格邊界開始又終止于網(wǎng)格邊界的等值線；從圖幅內(nèi)部開始又在任意一點(diǎn)結(jié)束于該點(diǎn)的等值線算為閉合等值線。一般情況開曲等值線的線頭從制圖區(qū)域的南、西、北、東四條邊上去找，而閉曲線的線頭只能以在制圖區(qū)域的內(nèi)部網(wǎng)格上找。
[0021]開曲線起始點(diǎn)、終點(diǎn)的確定:
在矩形網(wǎng)格里進(jìn)行等值線的追蹤一般是從縱軸i=i開始，即從第一行(底邊找稱南邊)開始。如果南邊存在有等值線，必定是線頭。但線頭究竟在南邊哪個(gè)位置上取決于橫方向網(wǎng)格序號的變化。算法設(shè)計(jì)時(shí)讓它從縱軸j=l (第一列)開始掃描，一旦捕捉到某等值線的值即找到線頭，并開始追蹤。
[0022]線頭在南邊上的等值線分布有四種可能:1、從南邊開始西邊終止；2、從南邊開始又回到南邊；3、南邊開始北邊結(jié)束；4、南邊開始東邊結(jié)束。如果在南邊從j=l 一直掃描到N-1還沒有發(fā)現(xiàn)線頭，算法會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)西邊界去找線頭。其過程是:當(dāng)i=2時(shí)，尋找線頭必從j=l開始，若一直到N-1還沒有發(fā)現(xiàn)，即進(jìn)入i=3，j=l開始，為此推進(jìn)，就可以把西邊界上的等值線線頭找出來。線頭在西邊界上的等值線分布也有四種情況。線頭在北邊界的條件是i=M, j=l, 2,..., N-1o 線頭在東邊界的條件是 j=n, i=2, 3，…，(m_l)。
[0023]以上四種情況的等值線分布情況的總結(jié)，實(shí)際追蹤而成的等值線形態(tài)各異，但都不會(huì)超出這四種形態(tài)。對于a3到邊界為止的判別式是:南邊要滿足YA3=dy ;西邊滿足XA3=dx ;北邊滿足JA3=M ;東邊滿足J A3=N0只要滿足上述任一個(gè)條件時(shí),等值線即停止追蹤，終點(diǎn)也就確定下來。
[0024]對于閉合等值線起始點(diǎn)的確定:
對于閉合等值線始起點(diǎn)必須在圖幅內(nèi)尋找，并且只要是在矩形內(nèi)部網(wǎng)格任意邊上的等值點(diǎn)數(shù)都可作為起始點(diǎn)。具體方案是:從j=2到η-1和i=2到m-Ι各條縱邊逐次找出等值點(diǎn)。當(dāng)0〈DV(i，j)〈l，i=2，3，…，(m-1) j=2,3,……，(n_l)時(shí)即有等值點(diǎn)的在此，并令該點(diǎn)為a2, Jal=O,即可采用JA1〈JA2的條件，由西向東追蹤a3等值點(diǎn)。
[0025]當(dāng)?shù)玫絘2，a3點(diǎn)后，經(jīng)過上推和改變下標(biāo)變量，即可采用上述的四種追蹤條件，直到追蹤到起始點(diǎn)本身。
[0026](2)等值線出網(wǎng)格走向；
等值線進(jìn)入網(wǎng)格后，只能往網(wǎng)格的另外三個(gè)邊方向出去。如果不在算法上給予處理，就會(huì)出現(xiàn)等值線的交叉和不確定現(xiàn)象，如圖1所示:
現(xiàn)有的技術(shù)或文獻(xiàn)中的解決方案為:假設(shè)前一等值點(diǎn)為％，當(dāng)前等值點(diǎn)為&2，要追蹤的下一等值點(diǎn)為a3，顯然可能出現(xiàn)三種情況(a31，a32，a33)，而實(shí)際追蹤時(shí)只能選擇一個(gè)。則選擇的次序?yàn)? a.當(dāng)a31，a33都存在時(shí)，選擇靠近網(wǎng)格左側(cè)邊者為a3;
b.當(dāng)a31，a33靠近左側(cè)邊距離相等時(shí)，則選擇與a2距離近者為a3;
c.當(dāng)a31，a33只有一個(gè)存在時(shí)，存在點(diǎn)作為a3;
d.當(dāng)a31，a33都不存在時(shí)，對邊必存在a32作為a3。
[0027]通過圖3可以證明該方法的錯(cuò)誤。
[0028]根據(jù)最近法則，等值線必然將跨越山脊、山谷線，將導(dǎo)致地貌特征線割裂現(xiàn)象，等值線繪制結(jié)果不符合地貌特征。
[0029](3)基于八點(diǎn)法的等值線追蹤算法
如圖4所示，以從左邊進(jìn)入為例，且等值線的方向按約定，中心格的角上的點(diǎn)稱為內(nèi)四點(diǎn)，?表示高于當(dāng)前高程稱為高程點(diǎn)，〇表示低于當(dāng)前高程稱為低程點(diǎn)，圖形上面c~l, C，c+1, c+2 是列號，左面 t~1, r, r+1, r+2 是彳丁號。
[0030]除中心格四個(gè)頂點(diǎn)外，還應(yīng)該考慮虛線圓標(biāo)出的八個(gè)點(diǎn)(外八點(diǎn))，判斷屬于哪種情況。算法流程如下:
用Hi, j當(dāng)表示i行j列點(diǎn)的高程。
[0031]1、當(dāng)外八點(diǎn)的平均高程大于中心格四角中的黑點(diǎn)即高程點(diǎn)平均值時(shí)，即>(1/2) (1。+民+1，。+1)，應(yīng)認(rèn)為是山谷。當(dāng)外八點(diǎn)的平均高程小于白點(diǎn)即中心格四角中的低程點(diǎn)平均值時(shí)，即H#〈(l/2) (Hr+1,c+Hr,c+1)時(shí)，應(yīng)認(rèn)為是山脊。按照等值線不穿過山谷、山脊規(guī)則即可判斷出口。
[0032]2、當(dāng)H外介于二者之間時(shí)，S卩外八點(diǎn)的平均高程大于內(nèi)四點(diǎn)中低程點(diǎn)平均值，且小于內(nèi)四點(diǎn)中高程點(diǎn)的平均值時(shí)，可認(rèn)為中心格類似馬鞍面。仍然用前高程值與中心點(diǎn)比較的方法，用待定系數(shù)法，可知中心點(diǎn)表達(dá)式為:
H 中心=A* (Hr，c+Hr+1，c+1 +Hr+1，c+Hr，c+1)/4+B*H外①
3、要滿足兩高程點(diǎn)連接的對角線所示條件，參見圖4，可知必有
當(dāng) H外= (1/2) (Hr，c+Hr+1，c+1)時(shí)，H中心=(Hr+1，c+Hr，c+1)/2②
當(dāng) H外= (1/2) (Hr+1，c+Hr，c+1)時(shí)，H中心=(Hr，c+Hr+1，c+1)/2③
4、將②和③代入①得A=2，B=-1
代入①得 H 中心=2* (Hr’c+Hr+1’c+1 +Hr+1’c+Hr’c+1)/4 — H外=2H 內(nèi)-H外上式中，H@表示內(nèi)四點(diǎn)的平均高程。
[0033]5、求出H中心后，可與當(dāng)前高程比較，若當(dāng)前高程>H中心，應(yīng)向左轉(zhuǎn)；若當(dāng)前高程〈H中心，應(yīng)向右轉(zhuǎn)。
[0034]應(yīng)用實(shí)例:如圖5所示，選用了山谷地勢走向明顯的地區(qū)，依據(jù)本發(fā)明進(jìn)行追蹤的等值線可以勾勒出原始地貌(灰色底圖)，不破壞、不跨域山谷、山脊特征線。如圖6所示，選用了四川地區(qū)2013年6月22日降雨測值，經(jīng)過網(wǎng)格插值、等值線追蹤、填充最終展現(xiàn)了依據(jù)本發(fā)明進(jìn)行繪制的雨量等值線圖。
[0035]本發(fā)明融入了現(xiàn)實(shí)中的地貌特征影響因素，在等值線遇到出口選擇情況時(shí)，進(jìn)行了八點(diǎn)法擴(kuò)張判斷，在判斷出當(dāng)前區(qū)域地貌特征后，再進(jìn)行追蹤的出口取舍。從而避免了等值線追蹤到錯(cuò)誤出口，使得等值線不割裂大地貌，不在山谷、山脊地區(qū)出現(xiàn)錯(cuò)誤小圓，最終等值線可還原真實(shí)地貌特征，繪制的等值線圖更利于簡單而直觀地進(jìn)行綜合分析。在水文模型的建立、地形模擬、公路鐵路勘測和規(guī)劃、自然資源管理等等地學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而且顯示出了許多優(yōu)越性，本算法簡單明了，便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，能夠很容易的計(jì)算等高線，坡向坡度，自動(dòng)提取地形。
[0036]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于八點(diǎn)法的等值線追蹤算法，其特征在于，其方法步驟如下: 首先獲得待測地貌數(shù)據(jù)，通過獲取的地貌數(shù)據(jù)輸入至在計(jì)算的制圖區(qū)域內(nèi)，然后在制圖區(qū)域內(nèi)確定等值點(diǎn)的起點(diǎn)與終點(diǎn)； 設(shè)制圖區(qū)域的底部、上部、左部、右部為制圖區(qū)域的南、北、西、東四邊，對于等值線分開曲線和等值線閉合曲線的等值點(diǎn)的起點(diǎn)與終點(diǎn)確定方法如下: 對于等值線分開曲線起點(diǎn)線頭的確定方法為: 從制圖區(qū)域的南、西、北、東四條邊上依次尋找，在制圖區(qū)域矩形網(wǎng)格里進(jìn)行等值線的追蹤，從縱軸i=l開始，即從第一行開始；若南邊存在有等值線，則為起始線頭； 算法程序從橫軸j=l即第一列開始掃描，一旦捕捉到某等值線的值即設(shè)為起點(diǎn)線頭，并開始追蹤； 對于等值線開曲線，等值點(diǎn)的終點(diǎn)的確定方法如下: 設(shè)前一等值點(diǎn)為a1;當(dāng)前等值點(diǎn)為a2，要追蹤的下一等值點(diǎn)為a3;對于等值點(diǎn)a3到邊界為止的判別式是:南邊邊界要滿足YA3=dy, Ya3表示等值點(diǎn)a3的Y坐標(biāo)，dy表示單元網(wǎng)格縱向邊長；西邊滿足XA3=dx, Xa3表示等值點(diǎn)a3的X坐標(biāo)，dx表示單元網(wǎng)格橫向邊長，；北邊滿足Ya3=M, M表示區(qū)域縱向總網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)，；東邊滿足X A3=N, N表示區(qū)域橫向總網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)； 只要滿足上述任一個(gè)條件時(shí)，等值線即停止追蹤，終點(diǎn)確定； 對于等值線閉合曲線，等值線始起點(diǎn)在圖幅內(nèi)追蹤，且在制圖區(qū)域的矩形內(nèi)部網(wǎng)格任意邊上的等值點(diǎn)數(shù)都可作為起始點(diǎn)； 等值線選入起點(diǎn)后，然后從制圖區(qū)域的矩形網(wǎng)格一邊進(jìn)入后，在等值線遇到出口選擇情況時(shí)，計(jì)算機(jī)程序追蹤起始點(diǎn)所在矩形網(wǎng)格的中心格四角上的點(diǎn)稱為內(nèi)四點(diǎn)，并追蹤以中心格為中心的與內(nèi)四點(diǎn)水平以及垂直方向相對應(yīng)的外八點(diǎn)，通過八點(diǎn)法擴(kuò)張來判斷當(dāng)前區(qū)域被測地貌特征，在判斷出當(dāng)前區(qū)域地貌特征后，再進(jìn)行追蹤的出口取舍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于八點(diǎn)法的等值線追蹤算法，其特征在于，上述八點(diǎn)法擴(kuò)張的判斷方法如下: 設(shè)等值線從中心格左邊進(jìn)入，Hi, j表不i行j列點(diǎn)的聞程，聞?dòng)诋?dāng)如聞程的點(diǎn)稱為聞程點(diǎn)，低于當(dāng)前高程的稱為低程點(diǎn)； 當(dāng)外八點(diǎn)的平均高程H#大于內(nèi)四點(diǎn)中高程點(diǎn)的平均值時(shí)，則判斷為被測地貌為山谷；當(dāng)外八點(diǎn)的平均高程小于內(nèi)四點(diǎn)中低程點(diǎn)平均值時(shí)，，則判斷為被測地貌是山脊；按照等值線不穿過山谷、山脊規(guī)則即可判斷出口 ； 當(dāng)外八點(diǎn)的平均高程大于內(nèi)四點(diǎn)中低程點(diǎn)平均值，且小于內(nèi)四點(diǎn)中高程點(diǎn)的平均值時(shí)，即H-介于二者之間時(shí)，中心格中的等值線為雙曲拋物面，類似馬鞍面；則用前高程值與中心格的中心點(diǎn)值Hcf5心相比較,判斷等值線的走向,若當(dāng)前高程>Η+心,應(yīng)向左轉(zhuǎn)；若當(dāng)前高程〈H巾心，應(yīng)向右轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于八點(diǎn)法的等值線追蹤算法，其特征在于，對于等值線閉合曲線的等值線始起點(diǎn)確定的具體方法為:從j=2到η-l和i=2到m-Ι各條縱邊逐次找出等值點(diǎn)； 當(dāng)0〈DV(i，j)〈l，i=2，3，…，(m-l)，j=2，3，……，(n_l)時(shí)即有等值點(diǎn)，同時(shí)，并設(shè)當(dāng)前等值點(diǎn)為a2，Jal=O,即可采用Jal〈Ja2的條件，由西向東追蹤等值點(diǎn)a3 ； 當(dāng)?shù)玫絘2，a3點(diǎn)后，經(jīng)過上推和改變下標(biāo)變量，即可采用上述的四種追蹤條件，直到追蹤到起始點(diǎn)本身； 對于一個(gè)由m*n個(gè)網(wǎng)格組成的區(qū)域,有(m-l)*n條縱邊和(n_l) 條橫邊,任意一邊上等值點(diǎn)的位置DVij (i=l, 2，…(m-1) ; j=l, 2，3，..., η)表示位于縱邊上等值點(diǎn)； 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于八點(diǎn)法的等值線追蹤算法，其特征在于，上述中心格的中心點(diǎn)值H +心通過設(shè)定待定系數(shù)法計(jì)算，其計(jì)算如下: 設(shè)待定系數(shù)為Α、B: H 中心=A* (Hr，c+Hr+1，c+1 +Hr+1，c+Hr，c+1)/4+B*H外① 當(dāng) H外= (1/2) (Hr，c+Hr+1，c+1)時(shí)，H中心=(Hr+1，c+Hr，c+1)/2② 當(dāng) H外= (1/2) (Hr+1，c+Hr，c+1)時(shí)，H中心=(Hr，c+Hr+1，c+1)/2③ 將②和③代入①得A=2，B=-1
代入①得 H 中心=2* (Hr’c+Hr+1’c+1 +Hr+1，c+Hr，c+1)/4 — H外=2H 內(nèi)-H 外 上式中，表示內(nèi)四點(diǎn)的平均高程，r為行序數(shù)，c為列序數(shù)，且r>l，c r>l。
【文檔編號】G06F17/10GK104331389SQ201410675549
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】姚馳, 鄭健兵, 高磊, 花勝強(qiáng) 申請人:南京南瑞集團(tuán)公司, 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院