LI SHOUJUN (CN)
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LI JIABIAO (CN)
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JIN XIAOBING (CN)
ZHAO DINENG (CN)
ZHOU JIEQIONG (CN)
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浙江英普律师事务所 (CN)
O 2015/003496 权 利 要 求 书 PCT/CN2014/072136 1、 一种基于多来源水深数据融合的海底地形地貌构建方法, 其特征在于, 包括下列步骤: 步骤 1: 海底地形图转换为网格数据 (1) 矢量化原海底地形图: 通过平板式扫描仪扫描纸版海底地形图, 并对 平面地形图进行电子矢量化, 并保留每条等深线的深度属性, 矢量化后的电子地 形图要和平面地形图完全吻合; 矢量化后的电子地形图形成电子地形数据集 = , 每条等深线 tl;由水深集 {χ ,3^·,ζ1 构成, tl; ={x ,j ,Z }; 其 中 i, j为自然数; (2) 添加特征辅助线: 对矢量化后的电子地形图进行检查, 对于存在鞍部地 形和正负极值地形区域的, 则添加辅助线; 添加的辅助线是与电子地形图中的矢 量线趋势一致, 添加后形成数据集 D2 ={t2J, 每条等深线 t2,.由水深集 { 2 ,32 ,22 }构成, = {x2.,j2.,z2.}; (3) 转换地形图为网格: 采用 Kriging网格化方法进行数据转换, 转换后形 成网格数据(^(/ ); (4) 重绘海底地形图: 对于转换后的网格, 按照步骤 (1) 中的平面地形图一样的制图参数重新构 建海底地形图, 形成重绘后的地形数据集 D3 ={t3J, 每条等深线 ^由水深集 {x3 ,j3 ,Z3J构成, t3,. ={x3 ,j3 ,Z3 ; 其中所述的制图参数为投影方式、 坐 标系统和等深线间距; 或, 叠加对比并评估转换精度方法: 通过图层叠加对比的方法, 将步骤(1) 中与步骤 (4) 中所形成的数据集进行对比; (a)逐点计算新旧等深线 = {xlj ,y\j, = {x3., j3., z3. }空间距 : dj =^(xlj -x3j)2 +(ylj -y3jf , (b)计算新旧等深线间的平均距离误差值: =∑ dj , 7=1 (c)当 时, 则返回步骤(2) 重新添加辅助线, 其中 d为预给定的新旧 等深线距离误差值, 当 时, 输出转换后的网格文件 Gto(/,J); 或, 采用同点数据提取并评估转换精度方法: 在网格数据 Gto(/,J)中, 根 据地形数据集 A = {tlj中每条等深线 = {xl,,jl7.,zl.}的坐标 (xl,jl )按照距 离反比加权方法依次提取水深值 z4 , 形成新的数据集 D4 = {t4J, 每个新的水 深数据 M由水深点集合构成, t4 = {x4.,j4.,z4.}; (a)提取水深数据方法:依次读取 tl,. ={xl,jl,Zl },按照坐标 (xl,jl )查 询在网格文件(^(/ )中的位置,并按照最邻近四点的距离反比方法逐点计算每 个点的水深值 ζ4 : x(I )和 为网格数据的坐标值; w(I )为权重值; Gto(/,J)中的水深值; (b)计算新旧等深线间的平均水深误差值: ; (c)当 >Z时, 则返回步骤 (2) 重新添加辅助线, 其中 z为预给定的新旧 等深线水深误差值, 当 ≤z时, 输出转换后的网格文件 GA /,J); 步骤 2: 其他来源水深转换为网格 (1) 再利用多波束方法测定海底水深数据, 采用距离反比加权方法将所测 得的海底水深数据网格化, 形成网格数据 Gm¾(/,J); (2)再利用单波束方法测定海底水深数据,采用 Kriging网格化方法将所测 得的海底水深数据进行网格化, 形成网格数据 G /,J); (3) 再利用卫星测高和全球地形库方法测得的海底水深数据, 采用高斯样 条插值或距离反比的方法将所测得海底水深数据进行网格化, 形成网格数据 Goth I,J 上述不同方法测得的海底水深数据, 以相同参数进行网格化, 包括插值方 法、 插值参数、 坐标、 投影和水深数据测量基准面; 步骤 3: 不同方法测得的海底水深数据进行精度评估, 采用下述步骤进行评 估: (1) 通过图层叠加对比方法,对不同方法测得的海底水深数据进行叠加对比, 通过不同网格在重叠区域水深点的水深差值确定其精度; (2) 若有原始海底水深数据的, 则进行对比, 并按水深精度的高低顺序进行 排序, 保留其中最高精度的水深数据; 若没有原始海底水深数据的, 则以多波束、 或单波束测得海底水深数据为优 先, 其次是历史地形图所体现的海底水深数据、最后是卫星测高或全球地形库数 据得到的海底水深数据; 步骤 4: 多来源水深数据的融合、 裁剪与拼接, 可采用下述步骤: (1) 通过图层叠加对比方法, 在重叠区域, 通过步骤 3中所确定的最高精度 的水深数据作为对其他来源数据的标准, 并通过重叠区水深数据的误差均值 Δ^ 来修正非重叠区的数据; 或, 采用网格方法修正误差水深数据, 即根据步骤 3中所确定的最高精度数 据和其他来源数据在重叠区相同位置的水深差值数据集 DOT = ¾}, 采用样条或 者贝赛尔曲面方法,构建水深误差网格 GOT(/,J),然后使用该误差网格逐点修正 非重叠区的数据; (2) 在重叠区保留最高精度的数据, 裁剪掉其它数据, 分别形成裁剪后的数 据网格^ ^(/,J)、 Gmb(I,J), 4/, 和^«(/, ; 步骤 5: 面向多来源水深的海底地形与网格构建, 通过下述步骤构建海底地 形: (1) 将步骤 4(2)中形成的数据网格^ ^(/,J)、 Gmb(I,J) , Gsb(I,J) Goth (I, J)转换为离散水深数据 Dhis = { }、 Dmb = {ti }、 Dsb = {ti }和 D。th = {ti }; (2) 将步骤 5 (1) 中的离散水深数据采用统一的网格化方法进行海底地形 网格重建, 形成统一的数据网格 GMi(/,J); 或, 读取步骤 4 (2) 中形成的各种水深数据网格, 进行网格合并, 形成统一 的数据网格 GMi(/,J); (3) 基于合成的网格 GMi(/,J)重新绘制海底地形图, 并和步骤 1中的地形 图进行叠加对比, 按照步骤 1 (4) 中的叠加对比并评估转换精度方法、 或数据 提取并评估转换精度方法评估融合后的数据精度 ( |
本发明涉及到海洋测绘、 计算机图形学和海底科学等技术领域。
背景技术
由于多波束勘测的区域性和阶段性, 在成图时经常存在测深数据空白区, 为 了使编制的图件美观, 需要补充其他来源的海底地形数据, 如历史地形图(包括 纸介质和电子地形图)、 全球地形库资料、 卫星测高数据和单波束测深等, 但这 些数据的精度与多波束测深精度相差甚远,如 何有机融合多来源数据是编制海底 地形图中较为棘手的问题。
多波束测深代表了当代最先进的海洋测绘技术 , 是绘制海底地形与地貌图的 首选数据。 单波束测深数据精度较高, 但受调查成本限制, 测线一般较为稀疏, 难以编制高精度的地形图,尤其是具备真实感 的三维海底地形图。 已出版大比例 尺地图或海图矢量化数据的优点是近岸浅水区 数据精度较高,但在深水区多存在 较大的精度问题。 目前使用纸质地图数据的常见做法是直接矢量 化, 由此获取目 标海区线状资料,然后通过手工拼图方式与多 波束勘测区进行拼接,但在成图等 深间距与纸图等深间距差异较大时很难拼接成 图; 其次,在构建等值树实现拓扑 填色或绘制三维海底地形、地貌图时比较困难 。卫星测高和全球地形库水深数据 精度较差,尤其在浅于 200m水深海区与多波束勘测数据相比存在非常 的差异, 甚至出现等深线与岛屿频繁相交情况, 一般在近海区不采用这类数据,仅在远海 深水区作为海底地形、 地貌制图的一种补充资料使用。
从检索的公开资料分析, 目前无成熟的技术方法解决海底地形、 地貌图编制 中多种来源数据的有效拼接问题, 尤其是面对多波束测深、卫星测高、单波束测 深和历史地形图等多种来源数据的无缝拼接与 融合, 无现成技术。
发明内容
本发明针对存在的海底地形成与地貌图中多来 源数据融合问题, 提出一种通 过矢量化海底地形图并添加地形特征线以保留 原图的精细特征,通过多种来源水 深数据网格的叠加、对比、修正和拼接,从而 实现不同来源水深数据的有机融合, 最终实现海底地形的保真重建。
本发明是通过下述技术方案得以实现的: 一种基于多来源水深数据融合的海底地形地貌 构建方法, 包括下列步骤: 步骤 1: 海底地形图转换为网格数据
(1) 矢量化原海底地形图: 通过平板式扫描仪扫描纸版海底地形图, 并对 平面地形图进行电子矢量化, 并保留每条等深线的深度属性, 矢量化后的电子地 形图要和平面地形图完全吻合; 矢量化后的电子地形图形成电子地形数据集 = , 每条等深线 tl ; 由水深集 {χ ,3^·,ζ1 构成, tl ; ={x ,j , Z } ; 其 中 i, j为自然数;
(2) 添加特征辅助线: 对矢量化后的电子地形图进行检查, 对于存在鞍部地 形和正负极值地形区域的, 则添加辅助线; 添加的辅助线是与电子地形图中的矢 量线趋势一致, 添加后形成数据集 D 2 = {t2J, 每条等深线 t2,.由水深集 { 2 ,32 ,22 }构成, = {x2.,j2.,z2.};
(3) 转换地形图为网格: 采用 Kriging网格化方法进行数据转换, 转换后形 成网格数据(^ (/ );
(4) 重绘海底地形图:
对于转换后的网格, 按照步骤 (1) 中的平面地形图一样的制图参数重新构 建海底地形图, 形成重绘后的地形数据集 D 3 = {t3J, 每条等深线 由水深集
{x3 ,j3 , Z 3 构成, A = {x3 ,j3 , Z 3 ; 其中所述的制图参数为投影方式、 坐 标系统和等深线间距;
或, 叠加对比并评估转换精度方法: 通过图层叠加对比的方法, 将步骤(1) 中与步骤 (4) 中所形成的数据集进行对比;
(a)逐点计算新旧等深线 = {x\j ,y\j, = {x3j, y3j, z3 y }空间距 : d j =^(xl j -x3 j ) 2 +(yl j -y3 j f ,
(b)计算新旧等深线间的平均距离误差值: =∑ dj ,
7=1
(c)当 时, 则返回步骤(2) 重新添加辅助线, 其中 d为预给定的新旧 等深线距离误差值, 当 时, 输出转换后的网格文件 G to (/,J) ; 或, 采用同点数据提取并评估转换精度方法: 在网格数据 G to (/,J)中, 按 照地形数据集 A = {tlj中每条等深线 tl,. = {xl,,jl 7 .,zl.}的坐标 (xl,jl 按照距 离反比加权方法依次提取水深值 z4 , 形成新的数据集 D 4 = {t4j, 每个新的水 深数据 M由水深点集合构成, t4 = {x4.,j4.,z4.}。
(a)提取水深数据方法:依次读取 tl,. ={xl,jl, Z l },按照坐标 (xl,jl )查 询在网格文件(^(/ )中的位置,并按照最邻近四点的距离反比方 法逐点计算每 个点的水深值 ζ4 :
χ (Ι ^和 为网格数据的坐标值; 为权重值;
(b)计算新旧等深线间的平均水深误差值: ;
(c)当 > Z 时, 则返回步骤 (2) 重新添加辅助线, 其中 z为预给定的新旧 等深线水深误差值,
当 ≤z时, 输出转换后的网格文件 G A /,J) ;
步骤 2: 其他来源水深转换为网格
(1) 再利用多波束方法测定海底水深数据, 采用距离反比加权方法将所测 得的海底水深数据网格化, 形成网格数据 G m¾ (/,J);
(2)再利用单波束方法测定海底水深数据,采用 Kriging网格化方法将所测 得的海底水深数据进行网格化, 形成网格数据 G /,J);
(3) 再利用卫星测高和全球地形库方法测得的海底 水深数据, 采用高斯样 条插值或距离反比的方法将所测得海底水深数 据进行网格化, 形成网格数据
上述不同方法测得的海底水深数据, 以相同参数进行网格化, 包括插值方 法、 插值参数、 坐标、 投影和水深数据测量基准面;
步骤 3: 不同方法测得的海底水深数据进行精度评估, 采用下述步骤进行评 估:
(1) 通过图层叠加对比方法,对不同方法测得的海 底水深数据进行叠加对比, 通过不同网格在重叠区域水深点的水深差值确 定其精度;
(2) 若有原始海底水深数据的, 则进行对比, 并按水深精度的高低顺序进行 排序, 保留其中最高精度的水深数据;
若没有原始海底水深数据的, 则以多波束、 或单波束测得海底水深数据为优 先, 其次是历史地形图所体现的海底水深数据、最 后是卫星测高或全球地形库数 据得到的海底水深数据;
步骤 4: 多来源水深数据的融合、 裁剪与拼接, 可采用下述步骤:
(1) 通过图层叠加对比方法, 在重叠区域, 通过步骤 3中所确定的最高精度 的水深数据作为对其他来源数据的标准, 并通过重叠区水深数据的误差均值 Δ^ 来修正非重叠区的数据;
或, 采用网格方法修正误差水深数据, 即根据步骤 3中所确定的最高精度数 据和其他来源数据在重叠区相同位置的水深差 值数据集 D OT = ¾}, 采用样条或 者贝赛尔曲面方法,构建水深误差网格 G OT (/,J),然后使用该误差网格逐点修正 非重叠区的数据;
(2) 在重叠区保留最高精度的数据, 裁剪掉其它数据, 分别形成裁剪后的数 据网格^ ^(/,J)、 G mb (I, J) , 4/, 和^«(/, ;
步骤 5: 面向多来源水深的海底地形与网格构建, 通过下述步骤构建海底地 形:
( 1 ) 将步骤 4 (2)中形成的数据网格^ ^(/,J)、 G mb (I,J) , G sb (I, J) G oth {I,J))转换为离散水深数据 D to = }、 D mb = ■}、 D sb = }和 A = }; (2) 将步骤 5 (1) 中的离散水深数据采用统一的网格化方法进行 海底地形 网格重建, 形成统一的数据网格 G Mi (/,J); 或, 读取步骤 4 (2) 中形成的各种水深数据网格, 进行网格合并, 形成统一 的数据网格 G Mi (/,J) ;
(3) 基于合成的网格 G Mi (/,J)重新绘制海底地形图, 并和步骤 1中的地形 图进行叠加对比, 按照步骤 1 (4) 中的叠加对比并评估转换精度方法、 或数据 提取并评估转换精度方法评估融合后的数据精 度。
在本发明的步骤 1: 历史海底地形图转换为网格数据中, (1) 矢量化原海底 地形图, 如果原海底地形图是纸质地形图, 需要采用高精度扫描仪将其转换为电 子版地形图, 然后根据原始图件的相关参数 (图框范围、 坐标系、 投影方式)评 估扫描后的地形图精度,如果发生变形需重新 扫描。对于精度符合要求的地形图, 对其进行电子矢量化, 并保留每条等深线的深度属性。矢量化后的电 子地形图要 和原图完全吻合, 矢量化后形成电子地形数据集!) i = }。
(2) 添加特征辅助线。 对矢量化后的海底地形图进行全面检查, 对于等深 线稀疏、存在鞍部地形和正负极值地形等需要 添加辅助线来刻画原始图,避免后 期网格化发生地形畸变, 添加的辅助线需要有水深属性, 且其水深值是变化的, 这种变化要与已有的等深线或水深值变化趋势 相吻合。添加辅助线的目的在于保 留原图细部特征同时避免地形畸变,尤其在等 深线包围区域内无其他水深信息能 表达其变化趋势时, 必须添加辅助线或水深值。 添加后形成数据集 D 2 = }。
(3) 转换地形图为网格。 一般而言, 海底地形图为了美观可读, 等深线多 较为稀疏、 水深点较少 (如海图), 一般的网格化方法已不能满足转换要求, 可 采用 Kriging网格化方法进行数据转换, Kriging网格化方法在本行业内是一种 常用的方法。 插值计算公式如下: dep = ^ j i dep x i ) - W T D(x) 式中, ^^^为待插深度点; ^^(χ,.)为已知深度点, 由数据集 D 2 = {tj离散 为水深点所得; 为各已知深度点的权值系数,该系数可通过 Kriging公式计算:
式中, 3 χ,.,χ )为各已知深度点间的协方差; j x。,x, 为待插值点与各已知 点间的协方差。
转换后形成网格数据(^ (, ')。
(4) 重绘海底地形图。 对于转换后的网格, 按照和原海底地形图一样的参 数重新构建海底地形图, 要保持新旧地形图等深线间距完全一致。
形成重绘后的地形数据集! ) 3 = { 。
(5) 叠加对比并评估转换精度。 通过图层叠加对比的方法, 评估新、 旧海 底地形图中等深线的差异, 对于等深线存在位移、变形或打结的区域, 需返回到 重新添加地形辅助线, 如此循环, 直至新旧海底地形图完全吻合, 然后才输出转 换后的网格文件, 本发明中的吻合数据可以在系统中事先设定。
可采取两种方法对比转换前后的电子地形:
① 通过图层叠加, 通过人机交互模式初步判断新旧电子地形数据 D B D 3 是否吻合, 包括新旧等深线形态是否一致, 新的等深线是否有打结和畸变现象, 如二者存在较大偏差, 直接返回步骤 (2)。
② 在网格数据 G to (, ')中, 按照地形数据 A = }的坐标依次提取水深值, 从而形成新的数据集 D 4 然后采用统计学的方法依次判断每级等深线的 差 值, 给出水深差值门限值 d, 当 和 D 4 = {tJ中所有水深点差值的均方根 小于 d时, 表示二者吻合, 否则返回步骤 (2)。
步骤 2 : 其他来源水深转换为网格。 对于不同来源水深数据, 其网格化方法 不同。 可采用下述步骤:
( 1)对于全覆盖的多波束水深数据, 因其数据密度高、 数据量大, 可采用距 离反比加权方法快速网格化, 形成网格数据 G m¾ (,_/)。 计算公式如下: dep(x, J
Zi , ^和^^分别为参加网格化水深点的水深值、 计算权重值及与交点的距 离值;
(2)对于单波束测深数据, 因为一般情况下, 数据密度较为稀疏, 可采用 Kriging网格化方法进行网格化,形成网格数据 ', ')。计算公式见步骤 1 ( 1 )。
(3)对于卫星测高和全球地形库水深数据, 可采用高斯样条插值或距离反比 的方法进行网格化, 形成网格数据 G。 iA 。
(4)所有不同来源数据, 均要求按照相同参数进行网格化, 包括插值方法、 插值参数、 坐标、 投影和水深数据测量基准面等。
步骤 3 : 不同来源水深的精度评估。 可采用下述步骤进行评估:
( 1) 通过图层叠加对比方法, 对不同来源水深数据进行叠加对比, 通过不同 网格在重叠区域水深点的水深差值来评估其精 度。
(2) 对于知道原始来源数据精度的水深, 按照水深精度差异进行排序, 保留 最高精度的水深数据。
(3) 对于不知道原始精度的水深数据, 一般而言, 首先以实测数据为准(如, 以多波束和单波束测深数据精度最高), 其次是历史地形图 (如海图和正式出版 的海底地形图)、 最后是卫星测高或全球地形库数据等, 按照数据来源可靠性进 行排序。
步骤 4: 多来源水深数据的融合、 裁剪与拼接。 可采用下述步骤:
( 1) 通过图层叠加对比方法, 在重叠区域, 通过最高精度的水深数据来评价 其他来源数据, 并通过重叠区水深数据的误差均值 Δ^Ζ来修正非重叠区的数据。
也可采用网格方法精确地修正误差水深数据。 具体而言, 根据最高精度数据 和其他来源数据在重叠区相同位置的水深差值 数据集 D OT = , 采用样条或者 贝赛尔曲面方法, 构建完整的水深误差网格^? (, '), 然后使用该误差网格逐点 修正非重叠区的数据。
(2) 在重叠区裁剪掉精度低的数据, 保留最高精度的数据, 保证所有数据子 网格不重叠但能相互衔接, 分别形成裁剪后的数据网格^^(, ')、 G mb (i, j) , G (i, j)禾口 G。 iA (, _/)。 步骤 5: 面向多来源水深的海底地形与网格构建。 可通过下述步骤构建海底 地形:
(1) 将步骤 4 (2)中形成的数据网格 GMS (i, j)、 G MB (i, j)、 G SB (i, j)和 。 ίΑ (, ')转换为离散水深数据 = {"、 D MB = 、 D SB = }和 A = {tj。然 后进入步骤 (2) 或者 (3)。
(2) 将步骤(1) 中的离散水深采用统一的网格化方法进行海底 地形网格 重建, 形成统一的数据网格 G M ', ');
(3) 或者跳过步骤 (2), 直接采用统一的方法或软件, 直接读取步骤 4 (2) 中形成的各种水深网格, 直接进行网格合并, 从而形成统一的数据网格
G f i,j、。
(4) 基于合成的网格 G as (, ')重新绘制海底地形图,并和原始图进行叠加 对比, 如果地形图存在畸变, 返回步骤 4, 重新修正低精度水深数据, 直至满足 有益效果
本发明实现了多种来源水深数据的转换、 评估、 修正、 融合和拼接, 并给 出了详细的技术流程与方法, 在海洋测绘过程中, 能有效利用多种来源数据,从 而实现了海底地形的构建和电子化成图,克服 了传统的历史水深数据难以有效利 用问题, 提升了历史数据质量和多种来源数据的综合利 用效率, 在海洋测绘、计 算机图形学与海底科学研究中具有非常重要的 实际应用价值。
附图说明
图 1本发明的工作流程图
图 2本发明实施例中的历史地形转换
图 3 本发明的实施例中多来源数据的拼接和融合
图 4本发明的实施例中构建海底地形图
具体 式
下面结合本发明的实施作具体说明:
实施例 1
一种基于多来源水深数据融合的海底地形地貌 构建方法,是按照下述步骤建 立的:
完整的工作方法流程如图 1所示。
步骤 1 : 历史海底地形图转换为网格数据
(1) 矢量化原海底地形图。 如果原海底地形图是纸质地形图, 需要采用高 精度扫描仪将其转换为电子版地形图。然后根 据原始图件的相关参数(图框范围、 坐标系、 投影方式)评估扫描后的地形图精度, 如果发生变形需重新扫描。 对于 精度符合要求的地形图, 对其进行电子矢量化, 并保留每条等深线的深度属性。 矢量化后的电子地形图要和原图完全吻合。 矢量化后形成电子地形数据集
D l = {t
(2) 添加特征辅助线。 对矢量化后的海底地形图进行全面检查, 对于等深 线稀疏、存在鞍部地形和正负极值地形等需要 添加辅助线来刻画原始图,避免后 期网格化发生地形畸变, 添加的辅助线需要有水深属性, 且其水深值是变化的, 这种变化要与已有的等深线或水深值变化趋势 相吻合。添加辅助线的目的在于保 留原图细部特征同时避免地形畸变,尤其在等 深线包围区域内无其他水深信息能 表达其变化趋势时, 必须添加辅助线或水深值。 添加后形成数据集 D 2 = }。
(3) 转换地形图为网格。 一般而言, 海底地形图为了美观可读, 等深线多 较为稀疏、 水深点较少 (如海图), 一般的网格化方法已不能满足转换要求, 可 采用 Kriging网格化方法进行数据转换。 计算公式如下: 式中, ^^^为待插深度点; ^^(χ,.)为已知深度点, 由数据集 D 2 = {tJ离散 为水深点所得; 为各已知深度点的权值系数,该系数可通过 Kriging公式计算:
式中, 3 χ,.,χ )为各已知深度点间的协方差; j x。,x, 为待插值点与各已知 点间的协方差。 转换后形成网格数据(^ (, ')。
(4) 重绘海底地形图。 对于转换后的网格, 按照和原海底地形图一样的参 数重新构建海底地形图, 要保持新旧地形图等深线间距完全一致。
形成重绘后的地形数据集 D 3 = { 。
(5) 叠加对比并评估转换精度。 通过图层叠加对比的方法, 评估新、 旧海 底地形图中等深线的差异, 对于等深线存在位移、变形或打结的区域, 需返回步 骤 (2 ) 重新添加地形辅助线, 如此循环, 直至新旧海底地形图完全吻合, 然后 才输出转换后的网格文件。
可采取两种方法对比转换前后的电子地形:
① 通过图层叠加,, 基于人机交互模式初步判断新旧电子地形数据 D^B D 3 是否吻合, 包括新旧等深线形态是否一致, 新的等深线是否有打结和畸变现象, 如二者存在较大偏差, 直接返回步骤 (2)。
② 在网格数据(¾^, 中, 按照地形数据 A = {tj的坐标依次提取水深值, 从而形成新的数据集 D 4 然后采用统计学的方法依次判断每级等深线的 差 值, 给出水深差值门限值 d, 当 和 D 4 = {tJ中所有水深点差值的均方根 小于 d时, 表示二者吻合, 否则返回步骤 (2)。
历史地形图的转换见图 2。
步骤 2 : 其他来源水深转换为网格。 对于不同来源水深数据, 其网格化方法 不同。 可采用下述步骤:
( 1 ) 对于全覆盖的多波束水深数据, 因其数据密度高、 数据量大, 可采用 距离反比加权方法快速网格化, 形成网格数据 G m¾ (,_/)。 计算公式如下: dep(x, J
、 ^和 分别为参加网格化水深点的水深值、 计算权重值及与交点的距 离值;
( 2 ) 对于单波束测深数据, 因为一般情况下, 数据密度较为稀疏, 可采用 Kriging网格化方法进行网格化, 形成网格数据 G ifi (, ')。 (3)对于卫星测高和全球地形库水深数据, 可采用高斯样条插值或距离反比 的方法进行网格化, 形成网格数据 G。 iA (,_/)。 计算公式见步骤 2 (Do
(4) 所有不同来源数据, 均要求按照相同参数进行网格化, 包括插值方法、 插值参数、 坐标、 投影和水深数据测量基准面等。
步骤 3: 不同来源水深的精度评估。 可采用下述步骤进行评估:
(1) 通过图层叠加对比方法, 对不同来源水深数据进行叠加对比, 通过不 同网格在重叠区域水深点的水深差值来评估其 精度。
(2)对于知道原始来源数据精度的水深, 按照水深精度差异进行排序, 保留 最高精度的水深数据。
(3)对于不知道原始精度的水深数据,一般而言 ,首先以实测数据为准(如, 以多波束和单波束测深数据精度最高), 其次是历史地形图 (如海图和正式出版 的海底地形图)、 最后是卫星测高或全球地形库数据等, 按照数据来源可靠性进 行排序。
步骤 4: 多来源水深数据的融合、 裁剪与拼接。 可采用下述步骤:
(1)通过图层叠加对比方法, 在重叠区域, 通过最高精度的水深数据来评价 其他来源数据, 并通过重叠区水深数据的误差均值 Δ^Ζ来修正非重叠区的数据。
也可采用网格方法精确地修正误差水深数据。 具体而言,根据最高精度数据 和其他来源数据在重叠区相同位置的水深差值 数据集 D OT = , 采用样条或者 贝赛尔曲面方法, 构建完整的水深误差网格^? (, '), 然后使用该误差网格逐点 修正非重叠区的数据。
(2) 在重叠区裁剪掉精度低的数据, 保留最高精度的数据, 保证所有数据 子网格不重叠但能相互衔接, 分别形成裁剪后的数据网格 ^(, 、 G mb (i,j), G (i,j)禾口 G。 iA (, _/)。
不同来源数据的裁剪与拼接示意见图 3。
步骤 5: 面向多来源水深的海底地形与网格构建。 可通过下述步骤构建海底 地形:
( 1 )将步骤 4 (2)中形成的数据网格 G his (i, j)、 G mb (i, j)、 G sb (i, j)和 Go (i, j) 转换为离散水深数据 D to = 、 D mb = ¾}、 D sb = {tj和 A = { 。然后进入步 骤 (2) 或者 (3)。
(2) 将步骤 (1) 中的离散水深采用统一的网格化方法进行海底 地形网格重 建, 形成统一的数据网格 G M ', ');
或者跳过步骤 (2), 直接采用统一的方法或软件, 直接读取步骤 4 (2) 中 形成的各种水深网格, 直接进行网格合并, 从而形成统一的数据网格 G Mi (J)。
(3) 基于合成的网格 G Mi (, ')重新绘制海底地形图, 并和原始图进行叠加 对比, 如果地形图存在畸变, 返回步骤 4, 重新修正低精度水深数据, 直至满足 要求。
基于多来源水深数据构建海底地形见图 4。