CN115329622A - 基于水道地形测深点构建网格生成等值线的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水道地形测深点构建网格生成等值线的方法，包括以下步骤：在水道的多个横断面上按预定间隔布设水道地形的测深点，测得水道地形表面的若干个测深点数据；采用四边形单元对步骤一测得的测深点数据构建网格，但当某四边形单元存在两个对角的角度之和大于预设角度时，则对该四边形单元的四个角点通过三角形单元构建网格；对四边形单元和三角形单元的各边上采用内插法寻找等值点，联结各等值点，得到等值线。本发明可以快速模拟人工勾绘水下地形等值线，生成的等值线更加符合实际地形情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于水道地形测深点构建网格生成等值线的方法，属于水文测量技术领域。
背景技术
水道水下地形成图的关键是等值线的勾绘，等值线是地图是广泛使用的表示方法之一，等值线是联结具有相同的量指标的空间分布记录于二维平面上的图形，不同数值的等值线组成的图形可以精确的表示自然现象的垂直变化和水平方向的强弱差异。在传统成图过程中，等值线图形通常利用监测得到的数据在室内内插勾绘，其结果能够符合地形的实际情况，但这一切都要手工作业，所以人工勾绘等值线是一项十分费时的工作。
随着计算机的技术飞速发展，计算机辅助成图使得地形成图逐渐摆脱手工作业，但针对各自专业特点要求及等值线图在绘制中受到的许多因素影响，不同专业、不同制图对象、数据来源及结构的不同，采用的数学方法和算法也不同。
目前水道地形等值线的绘制基本上还是采用三角形构建网格法查找等值点生成等值线，然后通过人工检查确认等值线是否合理，在等值线不合理时删除多余的节点，但该方法的后期人工编辑量非常大，不利于快速成图。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种无需人工过多干预、能够快速模拟人工勾绘水下地形等值线的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种基于水道地形测深点构建网格生成等值线的方法，包括如下步骤：
步骤一、数据测量
在水道的多个横断面上按预定间隔布设水道地形的测深点，测得水道地形表面的若干个测深点数据；
步骤二、对测深点数据构建网格
采用四边形单元对步骤一测得的测深点数据构建网格，但当某四边形单元存在两个对角的角度之和大于预设角度时，则对该四边形单元的四个角点通过三角形单元构建网格；
步骤三、生成等值线
对四边形单元和三角形单元的各边上采用内插法寻找等值点，联结各等值点，得到等值线。
与现有技术相比，本发明的显著优势在于：
1）在水道水下地形成图中，测量的数据是以断面线方式排列，通常断面间距及测深点间距是均匀分布的，此时采用四边形单元构建网格具有节点少的优势，但根据行业标准，由于地形变化及测量方法不同等原因，断面间距及测深点间距存在着不均匀分布（比如在横断面的特征转折点及近岸处等会增加测深点作为特征点）。基于以上原因，无法完全按照四边形单元构建网格来生成等值线，因为在这些不均匀分布的测深点位置，采用四边形单元构网有可能会出现与实际地形不相符的情况，所以现有技术中通常采用三角形单元构建网格。
但是采用三角形单元构建网格生成的节点太多，后续的绘图速度会很慢，而且采用三角形单元构建网格在生成等值线时会增加等值点，导致在顺直地形处等值线产生波浪形扭曲，需要后续人工进行编辑，增加了人工编辑量。
本发明采用三角形单元与四边形单元结合进行构建网格，克服了上述缺点，在等值点的查找上摸拟了人工插值节点的思路，主要通过四边形单元构网，尽量减少等值点数量，而且在顺直地形处不会像三角形单元构网那样增加节点，避免了等值线的波浪形扭曲，成图效率及精度都有了大幅提高。而在不适合四边形单元构网的特定范围，采用三角形单元构网，解决了横断面上因特征点增加的测深点导致不均匀分布时，无法满足构建四边形原则的情况，因此本发明生成的等值线更加符合实际地形情况。其原理在具体实施方式部分进行进一步说明。
2）本发明采用三角形单元与四边形单元结合构建网格的方式，有模拟人工勾绘水下地形等值线的优点，生成的等值线满足中华人民共和国水利行业标准《水道观测规范》（SL 257-2017）的要求，成图效率及精度都有明显提高，基本上不需要人工干预，摆脱了手工作业。
附图说明
图1是采用四边形单元构建网格时生成等值线的示意图。
图2是采用三角形单元构建网格时生成等值线的示意图。
图3是顺直地形采用三角形单元和四边形单元构建网格时的对比示意图。
图4是选择三角形单元或四边形单元的原理示意图。
图5是图4（a）采用三角形单元构建网格的示意图。
图6是特殊情况时选择三角形单元构建网格的示意图。
图7是生成的等值线部分示意图。
图8是对图7光顺后的部分示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例涉及一种基于水道地形测深点构建网格生成等值线的方法，包括如下步骤：
步骤一、数据测量
在长江下游某河段1:2000的水下地形的横断面上按预定间隔布设水道地形的测深点，测得水道地形表面的若干个测深点数据。
测深点数据的采集不是本实施例关注的重点，可参考相关规范实施。根据《水道观测规范》，水道地形的测深点通常采用横断面法布设，横断面一般与岸线或水流方向基本垂直。相邻横断面的间距根据不用用途及要求通常为20~50m，本次测量横断面间距为50m，偏航距一般应小于2.0m；而横断面上测深点的间距通常应小于20m，并在横断面的特征转折点及近岸处根据《水道观测规范》适当加密测深点。
优选的，通过测船施测水道地形的测深点数据，在施测过程中，测船偏离横断面的距离小于预设距离。本实施例在实际施测水深施测过程中，测船应尽量在横断面的断面线上，因断面上水深变化，当两个相邻测深点间的水深变化超过等高距（相邻等值线之间的间距），则该相邻测深点之间就需要增加该特征水深点，这样施测的测深点在横断面上的点距就呈现为不均匀分布，这就是断面间距及测深点间距存在着不均匀分布。步骤二、对测深点数据构建网格
采用四边形单元对步骤一测得的测深点数据构建网格，但当某四边形单元存在两个对角的角度之和大于预设角度（申请人经验表明，预设角度可设置为185-187度，本实施例中取预设角度取186度）时，当不满足四边形构网时才对该四边形单元的四个角点通过三角形单元构建网格。
采用四边形单元构建网格，其优点是等值线节点少，有模拟人工勾绘等优势。由于地形变化及测量方法不同等原因，横断面间距及测深点的间距存在着不均匀分布，这些测深点呈不规则分布。
在河道规范要求中，若横断面与测深点所构成的四边形单元为矩形，其宽与比为一般2.5：1，此时在勾绘等值线时，可以不考虑四边形内对角线的等值点。以上情况通常发生在顺直地形处，但在崩岸、陡岸、深河口、深槽处，采用四边形单元构建网格，会产生不规则四边形单元，而要将非规则四边形单元转成规则四边形单元，过程比较复杂，而且精度会相应降低。因此本实施例对四边形单元进行了挑选，在不满足四边形单元构网的非规则四边形单元处（即存在两个对角的角度之和大于预设角度的四边形单元）则采用三角形单元构建网格，处理比较方便快捷，这样才能确保等值线走向的合理性。
申请人试验表明，当四边形单元存在两个对角的角度之和大于186度时，另外两个对角的角度之和就小于174度，若采用四边形单元构建网格会使后续勾绘的等值线不符合河道地形实际情况。而此时采用三角形单元构建网格，相比较四边形单元，通过增加等值点，使得勾绘的等值线符合河道地形实际情况，确保等值线走向的合理性，达到模拟人工勾绘水下地形等值线的效果。
如图4（b）、图4（c）所示，四边形单元的对角之和均小于186度，此时两种联结等值线的方式可以采用；但如图4（a）所示，左上角和右下角的对角之和大于186度，此时就不能采用四边形单元构建网格，而如图5所示，采用三角形单元构建网格，能够符合河道地形的实际情况，。
步骤三、生成等值线
对四边形单元和三角形单元的各边上采用内插法寻找等值点，联结各等值点，得到等值线。
图1所示为四边形单元构建网格的三种等值线联结方式，图2所示采用三角形单元构建网格的几种等值线联结方式。本实施例中，如图1所示，四边形单元中等值线进出在四边形单元内部没有插值点，这种方法在四边形单元平行于水道走势时比较合理，有摸拟人工勾线的优点，生成节点少，等值线走向非常合理，如图3（c）所示。平行于水道走势时通常为顺直地形，此时若采用三角形单元构建网格，如图3（a）、图3（b）所示，则会增加大量的等值点，不但增加了计算量，而且增加的等值点可能会导致顺直地形处的等值线产生扭曲。如图3（a）所示，虚线为采用四边形单元构建网格生成的等值线，实线为采用三角形单元构建网格生成的等值线，虽然两者比较接近，但采用三角形单元构建网格会生成更多的等值点，增加了计算量。如图3（b）所示，虚线为采用四边形单元构建网格生成的等值线，实线为采用三角形单元构建网格生成的等值线，采用三角形单元构建网格不但会增加等值点，而且会产生波浪形扭曲，不符合河道地形的实际情况，后期人工编辑量会很大。
本实施例还可以作以下改进：
1）在实施时，可能会出现测深点因现场监测的相邻间隔及点距等问题导致不能自动建立成四边形单元的状况，此时，需要采用三角形单元进行构建网格来追踪等值点，如图6所示。
2）对步骤三生成的等值线进行光顺处理。光顺处理为现有技术，比如可采用样条曲线等进行光顺，可参考相关文献，不再赘述。
申请人采用本实施例方法对长江下游某河段进行了试验，通过采用三角形单元和四边形单元混合构建网格追踪等值点来模拟人工勾绘水下地形等值线，图7即为生成的等值线示意图，图8为对图7进行光顺后的示意图。由图7和图8可以看出，生产的等值线能够满足中华人民共和国水利行业标准水道观测规范《水道观测规范》（SL 257-2017）的要求，生产效率及精度都有明显提高。
Claims (6)
1. 一种基于水道地形测深点构建网格生成等值线的方法，包括如下步骤：
步骤一、数据测量
在水道的多个横断面上按预定间隔布设水道地形的测深点，测得水道地形表面的若干个测深点数据；
步骤二、对测深点数据构建网格
采用四边形单元对步骤一测得的测深点数据构建网格，但当某四边形单元存在两个对角的角度之和大于预设角度时，则对该四边形单元对应的四个角点通过三角形单元构建网格；
步骤三、生成等值线
对四边形单元和三角形单元的各边上采用内插法寻找等值点，联结各等值点，得到等值线。
2.根据权利要求1所述的基于水道地形测深点构建网格生成等值线的方法，其特征在于：步骤四中，对生成的等值线进行光顺处理。
3.根据权利要求1所述的基于水道地形测深点构建网格生成等值线的方法，其特征在于：所述横断面与岸线或水流方向基本垂直。
4.根据权利要求1所述的基于水道地形测深点构建网格生成等值线的方法，其特征在于：步骤一中，通过测船施测水道地形的测深点数据，在施测过程中，测船偏离横断面的距离小于预设距离。
5.根据权利要求1-4之任一项所述的基于水道地形测深点构建网格生成等值线的方法，其特征在于：步骤二中，对于无法采用四边形单元完成构建网格的测深点数据，采用三角形单元构建网格。
6.根据权利要求1-4之任一项所述的基于水道地形测深点构建网格生成等值线的方法，其特征在于：步骤二中，所述预设角度为185-187度。
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