申请/专利权人：中国测绘科学研究院

申请日：2017-01-19

公开（公告）日：2021-01-05

公开（公告）号：CN107067446B

主分类号：G06T11/20(20060101)

分类号：G06T11/20(20060101);G06T17/05(20110101)

优先权：

专利状态码：失效-未缴年费专利权终止

法律状态：2024.01.26#未缴年费专利权终止;2017.09.12#实质审查的生效;2017.08.18#公开

摘要：本发明公开了一种等高线邻近关系判断及方向自动调整方法，步骤如下：A、根据地形图中等高线的组织方式，确定等高线的结构特征、拓扑特征及属性特征；B、根据等高线的特征，确定闭合等高线、断裂等高线的邻近关系；C、建立树结构对闭合等高线、断裂等高线的邻近关系进行表达，并对两种树结构进行融合；D、基于融合后的树结构，结合等高线高程信息和方向性质，实现等高线的方向自动调整。本发明对等高线建立一种疏松的空间邻近层次关系，形成对这种关系进行表达的等高线树结构，据此实现等高线方向自动调整，采用本方法进行邻近关系判断和方向调整时，用时较短，工作效率较高，区域内闭合和断裂等高线的方向得到了调整，正确率达到100％。

主权项：1.一种等高线邻近关系判断及方向自动调整方法，其特征在于，具体步骤如下：A、根据地形图中等高线的组织方式，确定等高线的结构特征、拓扑特征及属性特征，等高线的结构特征包括区域独立性、相对闭合性和绝对不相交性，等高线的拓扑特征包括包含关系和相离关系，等高线的属性特征包括方向性和含高程；B、根据等高线的特征，确定闭合等高线、断裂等高线的邻近关系；C、建立树结构对闭合等高线、断裂等高线的邻近关系进行表达，并对两种树结构进行融合，实现邻近关系的一体化表达；D、基于融合后的树结构，结合等高线高程信息和方向性质，实现等高线的方向自动调整；所述自动调整的过程基本原理为：在正向地貌中，高高程等高线形成的逆时针闭合面被低高程等高线形成的逆时针闭合面包含在内部，一条等高线和它的同高程的等高线形成的逆时针闭合面不能相交；等高线方向自动调整模型为：ACDAM＝FAMContour，FContour，NContour，FA指自动调整函数；MContour指最高等高线组，即在图幅区域内高程最高的等高线，它可能是一条等高线，也可能是多条；FContour指前一等高线组，即处理过程中已完成等高线方向调整的那一组等高线；NContour指后一等高线组，即后续进行处理的一组等高线。

全文数据：一种等高线邻近关系判断及方向自动调整方法技术领域[0001]本发明涉及地图综合领域，具体是一种等高线邻近关系判断及方向自动调整方法。背景技术[0002]等高线以成组的方式表达地形，等高线的空间关系在地形图阅读、地图综合等方面发挥着重要作用。就存储和表现形式而言，等高线可分为闭合等高线和断裂等高线两种。闭合等尚线在表达等尚线时更加规范、完整，其空间关系通常包括两种:包含及相邻，表不这两种空间关系常用的工具就是图论中的树结构。目前，许多学者对等高线树进行了研究，多数以所有等尚线都是闭合等尚线或者断裂等尚线已经正确连接闭合为如提，将等尚线尚程属性和空间包含关系结合，使用树结构进行表达，如郭庆胜等人分析了等高线的空间关系规则并建立了树结构模型;乔朝飞等人基于图论建立了等高线空间关系形式化表达树结构;此外，一部分学者研究了在包含断裂等高线的情况下建立等高线树的方法，包括连接闭合法、三角网法、扫描线法、高程比较法等方式。[0003]观察等尚线的应用，断裂等尚线和闭合等尚线有着同样重要的应用比例，且有相当一部分应用借助的不是等高线之间包含关系，而只需它们之间的空间邻近关系即可。如在等高线方向调整过程中，知道某等高线的方向，依据等高线性质即可对与它直接邻接的等高线方向进行正确性判断及处理;在提取地性结构线过程中，特征点的连接也只需在邻近的等尚线进行。[0004]因此本发明提供一种适用范围广、易操作的等高线邻近关系判断方法并在此基础上提出一种具有高准确率的等高线方向自动调整方法。发明内容[0005]本发明的目的在于提供一种等高线邻近关系判断及方向自动调整方法，以解决上述背景技术中提出的问题。[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：[0007]—种等高线邻近关系判断及方向自动调整方法，具体步骤如下：[0008]A、根据地形图中等高线的组织方式，确定等高线的结构特征、拓扑特征及属性特征；[0009]B、根据等尚线的特征，确定闭合等尚线、断裂等尚线的邻近关系；[00Ί0]C、建立树结构对闭合等尚线、断裂等尚线的邻近关系进彳丁表达，并对两种树结构进行融合，实现邻近关系的一体化表达；[0011]D、基于融合后的树结构，结合等高线高程信息和方向性质，实现等高线的方向自动调整。[0012]作为本发明进一步的方案:步骤A中等高线的结构特征包括区域独立性、相对闭合性和绝对不相交性。[0013]作为本发明进一步的方案:步骤A中等高线的拓扑特征包括包含关系和相离关系。[0014]作为本发明进一步的方案:步骤A中等高线的属性特征包括方向性和含高程。[0015]所述步骤A中等高线的结构特征是指：[0016]区域独立性:等高线以成组的方式表达山谷、山脊等地形特征，地形线提取须建立在成组连续、方向一致的等高线上，但是等高线本身是以离散的方式表达连续的地形表面，这种结构特征就表明了对于登高线的表达不能只关注无线空间内的完整性，更多的是要建立区域独立的等高线表达结构。[0017]同时，等尚线的存储形式多为分幅存储，幅面内只能存储一定空间范围内的等尚线数据，这种存储方式也使得应用等高线时更多的要考虑图幅区域内的等高线特征。[0018]相对闭合性:理论上任何一条等高线必定是闭合的。这是指在无限的平面上是这样的，对于幅面有限的地图，部分闭合等高线会被图幅边界线裁开，从而成为断裂的等高线。[0019]绝对不相交性:对于不同高程的等高线，在地形图上是不会出现相交的情况的（陡崖地形除外）。[0020]所述步骤A中等高线的拓扑特征是指：[0021]等高线因其结构特征的不相交性，拓扑特征分类较为简单。若将等高线视为线目标，则等高线拓扑关系只有1种一一相离关系;若将等高线视为面对象，则等高线拓扑关系可分为2种一一包含和相离关系。相离关系可以看作是一种邻近关系。[0022]所述步骤A中等高线的属性特征是指：[0023]方向性:对于一组等高线，等高线沿着前进的方向高程表现为“左高右低”，也就是正向地貌闭合等高线表现为逆时针方向，负向地貌的闭合等高线为顺时针方向。对于断裂等高线也存在类似的规律，不过断裂等高线的闭合面是借助部分图幅边界线形成的。[0024]含高程:等高线是地形图上高程相等的相邻各点所连成的曲线，但海拔高度相同的点不一定位于同一条等高线上。图廓内相邻等高线的高差一般是相同的。[0025]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明提出一种等高线邻近关系判断及方向自动调整方法，在系统分析等高线的结构、拓扑和属性特征的基础上，总结等高线邻近关系判断规则，尝试对等高线（闭合的和断裂的）建立一种疏松的空间邻近层次关系，形成可对这种邻近关系进行表达的融合等高线树结构，并据此实现等高线方向自动调整。采用本发明提供的方法进行邻近关系判断和方向调整时，用时较短，工作效率较高，区域内闭合和断裂等高线的方向得到了调整，且正确率都达到100%，使用效果好。附图说明[0026]图1为本发明实施例提供的等高线邻近关系判断及方向自动调整方法的流程示意图。[0027]图2为本发明闭合、断裂等高线相邻关系示意图，其中，图2a为闭合等高线相邻关系示意图，图2b为断裂等高线相邻示意图。[0028]图3为本发明表示等高线相邻关系的树结构示意图，其中，图3a为图2a所示闭合等高线相邻关系的树结构，图3b为图2b所示断裂等高线邻近关系的树结构。[0029]图4为本发明等高线邻近关系树结构融合示意图。[0030]图5为本发明断裂等高线的“伪封闭等高线”示意图。[0031]图6为本发明等高线方向调整前后提取的山谷点对比示意图，其中，图6a为未作方向调整提取的山谷点，6b为方向调整后提取的山谷点，图6c为根据b生成的山谷线。具体实施方式[0032]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。[0033]请参阅图2-4,如图2a所示，对于封闭等高线，其邻近关系可分为三种：[0034]1内相邻:若等尚线Ll形成的闭合面被等尚线L2形成的闭合面包含，称等尚线Ll内相邻于等尚线L2。[0035]2外相邻:等尚线Ll形成的闭合面包含了等尚线L2形成的闭合面，称等尚线Ll外相邻于等尚线L2。[0036]3并列相邻:等高线Ll与等高线L2被同一个等高线的闭合面包含，称等高线Ll、L2并列相邻。[0037]在图2a中，等高线Ll内相邻于L2,同时又外相邻于等高线L3。等高线L4与等高线Ll同样位于等高线L2的闭合面内，它们之间是并列相邻的关系。[0038]图2b为断裂等高线相邻示意图。[0039]等高线邻近关系判断的前提是等高线已形成封闭面，因此，需要对因为分幅或其他因素导致的断裂登高线进行“闭合处理”，形成“伪封闭等高线”。依据“断裂等高线，必定和图幅边界有两个交点”的特性，本发明对断裂等高线作如下规定，并据此设计“图幅边界交点法”进行邻近关系判定：[0040]规定1:断裂等高线与图幅的两个交点将图幅边界分为两部分，如果其中一个部分图幅边界上不存在其他等高线的交点，称这两个交点是“相邻”的；[0041]规定2:如果等高线和图幅边界的两个交点是相邻的，则认为这个断裂等高线是最小的，称为“种子等高线”；[0042]规定3:将不存在其他等高线交点的那个部分图幅边界称为它的“有向辅助图幅边界；[0043]规定4:“有向辅助图幅边界”按照整个图幅边界进行逆时针方向环绕，它的起始结点为“种子等高线”的“起始交点”，它的终止结点为“种子等高线”的“终止交点”。[0044]如图2b所示，等高线L1-L6为断裂等高线。其中LI，L3，L4，L5就是“种子等高线”。[0045]断裂等高线之间也存在三种相邻关系：[0046]1内相邻:如果LI的起始交点或者终止交点与L2的起始交点或者终止交点相邻，或者Ll的某并列相邻等高线的起始交点或者终止交点与L2的起始交点或者终止交点相邻，同时等高线Ll的辅助图幅边界是等高线L2的辅助图幅边界的一部分，则称等高线Ll内相邻于L2。[0047]⑵外相邻:与内相邻对应的情况，称L2外相邻于Ll。[0048]3并列相邻:断裂等高线的并列相邻关系可以分为两种:如果L2的起点与Ll的起点（或者终点）相邻，或者L2的终点和LI的终点（或者起点）相邻，同时辅助图幅边界不会有重叠的部分，称等高线LI，L2直接并列相邻。如果L2与Ll直接并列相邻，Ll和L3直接并列相邻，称等高线Ll和L3间接并列相邻。[0049]如图2b所示，等高线Ll内相邻于L2;等高线L3，L4，L5之间是并列相邻的，L6外相邻于它们。[0050]图3为本发明表不等尚线相邻关系的树结构不意图。[0051]等高线邻近关系树由节点和连接节点的边组成。其中节点表示等高线，边表示等尚线之间的邻近关系。树有唯一的根节点Rootnode代表整个图幅；其余每个节点代表一条等尚线：叶节点表不没有内相邻等尚线的等尚线；中间节点表不存在内外相邻等尚线的等尚线;节点之间的关系隐含等尚线的相邻关系:父子节点间的边表不内外相邻关系，即父节点Parentnode等高线外邻近于子节点Childrennode等高线;具有同一父节点的各个兄弟节点（Siblingnode表示等高线之间具有并列邻近关系。[0052]图3a、（b分别为图2a、（b等高线邻近关系的树结构表达示意图。图中的每一个节点代表一条等高线，该树结构中节点之间只有邻近关系，不表达传统等高线树结构中所包含的“层”（代表高程及“路径”（代表包含关系）的概念。如图3a中，等高线Ll作为子节点，内相邻于L2;作为父节点，外相邻于L3;作为兄弟节点，与L4并列相邻。[0053]图4为本发明等高线邻近关系树结构融合示意图。[0054]为实现整幅图中所有等高线之间的空间邻近关系的表达，需要把闭合等高线树和断裂等高线树结合起来。由于闭合等高线内部不可能存在断裂等高线，因此采用将闭合等高线树的分支插入到断裂等高线树的方式完成树结构融合，插入的位置由等高线形成的闭合面是否有包含关系来决定。[0055]假设闭合等高线树的子结点是N1，N2…，Nm}。断裂等高线的子结点是M1，M2，…，Mn}，要判断NjPM1的包含关系，首先对断裂等高线进行辅助闭合，形成“伪封闭等高线”，过程如下:对每一个节点M1i=l，2,...，η，取它代表的断裂等高线，从等高线与图幅边界的起始交点沿着等高线到终止交点，再沿着图幅边界到起始节点形成的顺时针闭合曲线称为“伪封闭曲线”，包围形成的闭合面称为“伪封闭闭合面”，以识，如图5中DLlED围成的闭合面pi，BL2CB围成的闭合面ρ2等。[0056]融合过程为：[0057]步骤1:取闭合等高线最大子节点Nj根节点的子节点）形成的闭合面仏；取各1表示的断裂等高线，计算其“伪闭合曲线”形成的闭合面P1。首次判断时M1为断裂等高线树最大子节点根节点的子节点）。[0058]步骤2:判断是否存在闭合面P1包含闭合面Qj。[0059]步骤3:如果不存在，则把节点％作为姐的兄弟节点插入到断裂等高线树中；[0060]步骤4:如果存在一个节点Mk，它的伪闭合曲线”的封闭面包含Qj，则取Mk的所有子节点，返回步骤1。[0061]步骤5:当所有的节点Njj=l...m都插入到断裂等高线树中时，融合过程结束。[0062]图4为等尚线邻近关系树结构融合不意图，融合后的等尚线邻近关系树中，根节点表示整个图幅，不代表任何等高线。叶节点表示的是断裂的“最小等高线”或者最内层的闭合等尚线。不同于传统的等尚线树节点关系，在等尚线邻近关系树中，节点之间表不的是等高线之间的空间直接邻近关系，相邻关系存在于每一个节点和与它直接关联的父子节点和兄弟节点之间。[0063]在实际生产过程中，等高线数据多数是由栅格图像数字化生成的，并不能保证等高线方向的一致性，而等高线的方向对于特征线提取、等高线综合又具有十分重要的意义。借助表示等高线邻近关系的树结构，结合等高线的高程信息和方向性质，可以快速、准确的实现等高线的方向自动化调整。[0064]等尚线方向调整的基本原理是：在正向地貌中，尚尚程等尚线形成的逆时针闭合面伪封闭面被低高程等高线形成的逆时针闭合面伪封闭面包含在内部，一条等高线和它的同高程的等高线形成的逆时针闭合面伪封闭面不能相交。为此，设计等高线方向自动调整模型（ACDAM，AutomaticContourDirectionAdjustmentModel，如下式所不：[0065]ACDAM=FaMe—?Fcontour?Ncontour[0066]式中，Fa指自动调整函数FunctionAdjustment指最高等高线组，即在图幅区域内1¾程最1¾的等1¾线，它可能是一条等1¾线，也可能是多条;Fcontour指肖LI一等1¾线组，即处理过程中已完成等高线方向调整的那一组等高线;Nccintciur指后一等高线组，即后续进行处理的一组等1¾线D[0067]由等1¾线的特性可知，某一等1¾线的Ncontour包含二种情况：（1低1¾程相邻等1¾线组，N_tour〈Fc〇ntour，即比其1¾程低、且没有处理标记的等1¾线，使用Lcontour来标识；⑵同1¾程相邻等高线组，N_t。ur=Fc。nt。ur，即高程与其相同、且没有处理标记的等高线，使用Ec。nt。ur来标识；⑶1¾1¾程相邻等1¾线组，Nc〇ntour〉Fc〇ntour，即1¾程比其1¾、且没有处理标记的等1¾线，使用Rcontour标识。[0068]等高线方向调整是一个不断迭代的过程，调整顺序按照高程从高到低进行，首先处理高程最高的等高线，当处理过程中仏^^汗^切^时^安照高程从低到高的顺序进行逆向处理，直至为空，循环处理结束。等高线方向调整包括以下五个部分：[0069]100:等高线封闭面[0070]对于闭合等高线而言，它所包围形成的面即为等高线的封闭面，而断裂等高线需要借助图幅边界形成“伪封闭等高线”才能形成封闭面，情况如下：[0071]单根断裂等高线:顺着等高线的方向连接部分图幅边界，形成逆时针的“伪封闭等尚线。[0072]多根断裂等高线：（1求出每一条等高线与边界的两个交点；（2计算交点到边界左下角点的距离，进行升序排列，得到等高线的顺序；（3如果排序后第一个点和第二个点属于同一条等高线，则从这条等高线开始依次进行连接;如果第一个点和第二个点不属于同一条等高线，则从第二条等高线开始进行连接。两条等高线之间借用边界线段进行封闭，即形成逆时针方向的“伪封闭等高线”。[0073]如图4所示，等高线L1，L2，L3与边界的交点分别是D、E，B、C和A、F。从L2开始，L2和LI、L1和L3、L3和L2之间分别用线段CD、EF、AB连接，这样就形成了封闭的曲线ABL2CEL1EFL3，形成图中深色部分所示面。[0074]200:最高等高线组Mcontcmr的处理[0075]如果只有一条等高线，则：⑴该线是闭合等高线，判断其是否是逆时针顺序，如是则不处理，否则调整其方向使其呈逆时针；（2该线是断裂等高线，明显的，该线肯定是“最小等高线”，调整其“伪封闭等高线”形成逆时针闭合面。[0076]如果有若干条等高线，则：⑴如果只有闭合等高线，处理情况同上;2如果既有闭合等高线，又有断裂等高线，先处理闭合等高线为逆时针方向，进而根据邻近关系树，判断同1¾程等1¾线形成的闭合面之间的关系，确定等1¾线的走向；（3如果都是断裂等1¾线，其中必有至少一条“最小等高线”，根据最高等高线只有一条断裂等高线的规则确定它的正确方向，剩余的最1¾1¾程断裂等1¾线根据同1¾程等1¾线形成闭合面之间的关系确定D[0077]最1¾1¾程等1¾线方向确定后，根据邻近关系树，得到它的邻近等1¾线，分为与它1¾程相同的Eccmtcmr和高程比它低的Lcontour两种。[0078]300:邻近的同高程等高线EccintCiur的处理[0079]如果Ec。nt。ur中的每一个等高线都是闭合的，则保证闭合方向为逆时针;如果等高线是断裂的，形成逆时针“伪封闭面”，当逆时针“伪封闭面”和匕_^形成的面相交时，等高线的方向需要进行反转调整，否则不调整。[0080]400:邻近的高高程等高线Rccintciur的处理[0081]对于Rccintciur中的每一条等高线，如果是闭合的情况，保证方向为逆时针即可;如果Rc。nt。ur是断裂的，计算形成的逆时针“伪封闭面”，当Ec。nt。ur按照正确方向形成的逆时针闭合面包含R_tour的逆时针“伪封闭面”时，Rrantour的方向不需要调整，否则要进行反转调整。[0082]500:邻近的低高程等高线Lccintciur的处理[0083]对Lccintciur中的闭合等高线，保证方向为逆时针的。对Lccintciur中的断裂等高线，对其中的每一条，计算形成的逆时针“伪封闭面”，当它和Frantciur按照正确方向形成的逆时针“伪封闭面”有相交时，等高线的走向不需要调整，否则对!^^^等高线进行反转调整。[0084]实施例[0085]本发明以陕西省安康市部分地区的等高线为例，全部区域范围约15605平方公里，比例尺为1:25万、等高距为100m，区域内包含具有山顶、洼地、鞍部等地貌形态，依托中国测绘科学研究院研制的NewMap软件平台WJ-III地图工作站，嵌入本发明提出的等高线邻近关系判断规则与方向自动调整模型。[0086]为了保证数据样本的丰富性和实验的可靠性，从整体区域内裁取了5组数据。这些数据混合了闭合等高线和断裂等高线，并包含了典型的地貌特征，数据处理情况和消耗时间如表1所示。不难看出，整个自动化处理用时较短，效率较高，区域内闭合和断裂等高线的方向得到了调整，且正确率都达到1〇〇%。[0087]表1实验数据统计表[0088][0089][0090]图6a、（b分别表示对数据1中等高线进行方向调整前、后计算得到的山谷点集合，图6c为图6b中山谷点连接形成的山谷线。从图中可以看出而方向调整前提取出的山谷点比较杂乱，存在明显的错误，也无法得到正确的地形线;方向调整后得到的山谷点是正确、有效的，能够生成明显的地形特征线。由于显示范围所限，这里仅显示了数据1的结果，在实验中其他组数据也显示了同样的结果。[0091]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。

权利要求：1.一种等高线邻近关系判断及方向自动调整方法，其特征在于，具体步骤如下：A、根据地形图中等高线的组织方式，确定等高线的结构特征、拓扑特征及属性特征；B、根据等尚线的特征，确定闭合等尚线、断裂等尚线的邻近关系；C、建立树结构对闭合等高线、断裂等高线的邻近关系进行表达，并对两种树结构进行融合，实现邻近关系的一体化表达；D、基于融合后的树结构，结合等尚线尚程彳目息和方向性质，实现等尚线的方向自动调整。2.根据权利要求1所述的等高线邻近关系判断及方向自动调整方法，其特征在于，所述步骤A中等高线的结构特征包括区域独立性、相对闭合性和绝对不相交性。3.根据权利要求1或2所述的等高线邻近关系判断及方向自动调整方法，其特征在于，所述步骤A中等高线的拓扑特征包括包含关系和相离关系。4.根据权利要求1所述的等高线邻近关系判断及方向自动调整方法，其特征在于，所述步骤A中等高线的属性特征包括方向性和含高程。

百度查询： 中国测绘科学研究院 一种等高线邻近关系判断及方向自动调整方法

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