海图等深线自动合并方法研究

提出了一种Delaunay三角网支持下的等深线自动合并方法。首先提出一种避免进行地形特征分析的待合并等深线探测方法，用于自动探测待合并的等深线；其次，通过三角形筛选构建桥接区域，并对桥接区域进行扩展、填"孔"操作；接着，利用Delaunay三角网在曲线弯曲识别方面的优势，提取待综合的弯曲区域；然后，合并待综合弯曲区域和桥接区域得到待综合部分，利用图形对称差分运算得到合并结果；最后对合并结果进行光滑处理。实验表明，该方法能够自动正确地对待合并等深线进行探测，合并结果不仅能够满足航行安全，而且图形形态清晰、光滑。     

一种河口湾海岸线渐进化简方法

形态复杂的河口湾海岸线自动化简是当前线要素化简研究的难点之一。在现有研究基础上,结合地理特征影响下河口湾海岸线形态特点及海图综合约束,提出一种河口湾海岸线渐进化简方法。该方法以约束Delaunay三角网为支撑构建河口湾骨架线二叉树模型,结构化表达河口湾海岸线形态特征;基于此模型,通过叶子流路渐进取舍、"退化"充分化简细小弯曲或弯曲细小部分,通过局部夸大消除河口湾内视觉冲突等,实现河口湾海岸线化简。试验结果表明,该方法充分化简目标尺度下不可视的局部细节,顾及河口湾海岸线整体形态特征保持,在几何层次、地理层次上都具有一定优越性,适于多种形态河口湾海岸线化简应用。     

更充分利用独立弯曲结构的线状要素Morphing变换方法

本文提出了充分利用独立弯曲结构的线状要素Morphing变换方法。该方法首先对不同比例尺表达的对应线状要素分别构建约束Delaunay三角网并建立弯曲森林,然后进行弯曲匹配以获得对应弯曲。鉴于对应弯曲“背面”的独立弯曲结构隐藏于更高层次的大弯曲中,对对应弯曲重新构建约束Delaunay三角网进而建立其“背面”的弯曲森林并进行弯曲匹配得到新的对应弯曲,依此递归充分挖掘对应弯曲结构。在此基础上,将所有对应弯曲的对应始点和对应终点都作为断点切割原线状要素,获得对应线段。最后,采用线性插值算法建立各对应线段之间的对应点关系并以对应点间的直线作为移位路径进行Morphing变换。通过实例分析,验证了本文充分利用独立弯曲结构的方法能够提高对应弯曲特征点的识别能力,从而能够更好地保持弯曲特征点并改善Morphing变换效果。     

顾及线状要素综合要求的Morphing算法

提出了一种基于弯曲结构匹配的线状要素Morphing方法。针对不同尺度下的线状要素,通过建立约束Delaunay三角网,根据三角形的不同特征构建能够表达弯曲特征层次性的多叉树。基于多叉树结构进行匹配得到对应弯曲,对对应弯曲进行重要性评价,以尺度为依据舍去次要弯曲,从而得到任意尺度下的中间图形。实验结果表明,所提出的利用弯曲结构匹配的线状要素Morphing方法满足线状要素的综合要求,能保持线状要素上的曲折系数和弯曲个数对比,实现光滑渐变的连续综合效果。     

曲线弯曲深度层次结构的二叉树表达

地图综合要顾及目标的几何特征、语义特征和拓扑特征，其中地理意义是控制综合算子系统、参量调整的决定性因素。就线状要素而言，单从角度、距离、矢高等几何特征出发设计的曲线化简算法只能算作对曲线坐标串的几何压缩，不是真正意义上的地图综合。由于曲线的弯曲特征在表达线状地物地理特征上具有重要意义，对弯曲特征的识别、结构描述及操作分析成为目前线要素制图综合的研究热点。本文基于约束Delaunay三角网模型提出一种方法描述曲线弯曲特征在深度上的层次结构，对曲线上的矢量点构建三角网，在三角网覆盖区域里，由外向内进行三角形的“剥皮”操作，根据“剥皮”操作，根据“剥皮”进行过程中遇到的特征三角形构建二叉树，实现大弯曲套小弯曲层次结构的表达。该方法基于Gestalt对称性、连续性原则、对二叉树结点进行考察，可提取认知意义上的真正弯曲。本文同时给出了弯曲特征二叉树在多边形（闭合曲线）综合化简中的算法设计及实验结果。     

Delaunay三角网中任意约束线段嵌入算法研究

约束Delaunay三角网在地理信息系统、地学分析、表面对象重建、数字城市、虚拟现实等领域有着广泛的应用。约束线段嵌入是解决由Delaunay三角网转变为约束Delaunay三角网的一种有效的方法。本文重点研究约束线段嵌入Delaunay三角网的问题,通过分析约束线段与原三角网之间的关系,给出各种情况的约束线段的预处理方法,以迭代算法为基础,描述了任意约束线段嵌入Delaunay三角网的过程。     

曲线形态的结构化表达

以弯曲作为曲线形态的基本结构单元,分析曲线形态的空间结构特征,提出一种曲线形态的结构化方法,即利用约束Delaunay三角网模型,结合格式塔原则,对曲线形态进行结构划分,将曲线弯曲划分为基本弯曲和复合弯曲,并对弯曲特征进行识别,给出弯曲间空间结构关系的探测方法,并利用面向对象模型对曲线形态的结构化知识进行表示.实验结果证明,与曲线弯曲深度层次二又树模型相比,本文提出的曲线形态结构化方法在弯曲划分的视觉感受、曲线形态结构化知识表达的完备性、用于曲线化简的实际效果更优.     

Delaunay三角网中任意约束线段嵌入算法研究

约束Delaunay三角网在地理信息系统、地学分析、表面对象重建、数字城市、虚拟现实等领域有着广泛的应用.约束线段嵌入是解决由Delaunay三角网转变为约束Delaunay三角网的一种有效的方法.本文重点研究约束线段嵌入Delaunay三角网的问题,通过分析约束线段与原三角网之间的关系,给出各种情况的约束线段的预处理方法,以迭代算法为基础,描述了任意约束线段嵌入Delaunay三角网的过程.     

Delaunay三角网的鄱阳湖水陆地形数据整合研究

针对如何提高水域的综合开发管理能力,实现水陆一体化地形整合的问题,该文在原有DEM格网数据整合的基础上,提出利用基于约束边Delaunay三角网方法进行水陆地形数据整合的方法,即利用迭代交换法实现约束线的嵌入,从而构建约束Delaunay三角网。以鄱阳湖为研究区域,以DEM格网数据和鄱阳湖岸线矢量数据为数据源,利用约束Delaunay三角网方法,创建基于岸线的Delaunay三角网,实现水陆地形无缝整合。实验结果表明,与利用DEM规则格网数据拼接方法进行比较分析,得出在岸线约束条件下构建的Delaunay三角网能更好地表达边缘处地形数据的整合,平滑效果较好。     

一种改进的海图等深线更新方法

针对当前等深线更新方法在等深点生成环节未能充分顾及航行安全的问题,结合可能最浅水深概念和抛物线插值法,提出一种顾及航行安全"扩浅缩深"原则的等深点生成算法,并据此算法实现等深线更新.首先根据海图水深点构建并优化Delaunay三角网;其次采用一种顾及"扩浅"原则的等深点插值算法确定等深点的位置;最后在等深线追踪完成后,采用顾及航行安全的光滑算法绘制出形状平滑的等深线,实现等深线自动更新.实验结果表明,该方法更新的等深线能够正确表达海底地形,符合海图等深线绘制的航行安全原则,满足海图等深线要素的更新要求.     

以弯曲骨架线为化简指标的海岸线综合方法

针对海岸线综合中以弯曲高度和弯曲深度为化简指标的不足,提出了以弯曲骨架线为指标的综合方法。在基于曲线单调段的弯曲识别的基础上,通过弯曲部位三角网的构建提取了弯曲骨架线。结合＂扩陆缩海＂原则进行了海岸线综合实验,验证了该方法在保持海岸线形态特征方面的有效性与可行性。     

Contour line simplification method based on the two‐level Bellman–Ford algorithm

The contour line is one of the basic elements of a topographic map. Existing contour line simplification methods are generally applied to maps without topological errors. However, contour lines acquired from a digital elevation model (DEM) may contain topological errors before simplification. Targeted at contour lines with topological errors, a progressive simplification method based on the two‐level Bellman–Ford algorithm is proposed in this study. Simplified contour lines and elevation error bands were extracted from the DEM. The contour lines of the elevation error bands were initially simplified with the Bellman–Ford (BF) algorithm. The contour lines were then segmented using the vertices of the initial simplification result and connected curves with the same bending direction were merged into a new curve. Subsequently, various directed graphs of the merged curves were constructed and a second simplification was made using the BF algorithm. Finally, the simplification result was selected based on the similarity between several simplification results and adjacent contour lines. The experimental results indicate that the main shapes of the contour groups can be maintained with this method and original topological errors are resolved.     

基于三角网渐进式简化的等高线多尺度综合

提出了一种基于三角网渐进式简化的等高线多尺度综合方法,实验结果表明,其不仅可以较好地保留地形特征,而且可以完全避免等高线相交现象的产生.     

等高线的空间关系规则和渐进式图形简化方法

详细讨论了等高线表达地形的规则和以此为基础自动建立等高线关系的方法,对地形特征点、线的提取改进了已有较成熟的方法,建立了一套实用的等高线图形简化的渐进式方法,并对其特殊情况的处理提 出了具体的算法。这种方法把不同比例尺跨度的等高线图形综合融为一体,易于实现,等高线图形简化时的等高线相交可在综合过程中控制。     

航海图等深线化简质量的定量评估指标与方法

针对当前对航海图等深线化简的质量评估仅能靠经验定性分析、无法进行定量评估这一局限,从航海安全性、航行资源表达和平滑性准则出发,分别定义了扩深长度、平均扩深距离、缩深面积、等深线的弯曲度与光滑离差等质量评估指标,提出了相应的评估方法,并推导出了相关的计算公式。实验结果表明,定义的指标能分别从航海安全性、航行资源表达和平滑性3个方面较为明确合理地反映航海图等深线化简的质量;所提评估方法能定量评估等深线化简的质量,克服了传统经验方法只能定性分析的不足。     

Morphing Linear Features Based on Their Entire Structures

In this article, a new morphing method is proposed for two linear features at different scales, based on their entire structures (MLBES in abbreviation). First, the bend structures of the linear features are identified by using a constrained Delaunay triangulation (CDT in abbreviation) model and represented by binary bend‐structure trees. By matching the independent bends represented by the bend‐structure trees, corresponding independent bends are obtained. These corresponding independent bends are further used to match their child bends based on hierarchical bend structures so that corresponding bends are obtained. On this basis, the two linear features are split into pairs of corresponding subpolylines by the start and end points of the corresponding bends. Second, structures of the corresponding subpolylines are identified by the Douglas‐Peucker algorithm and represented by binary line generalization trees (BLG‐trees in abbreviation). The corresponding subpolylines are split into smaller corresponding subpolylines by matching the nodes of the BLG‐trees. Third, the corresponding points are identified by using the linear interpolation algorithm for every pair of corresponding subpolylines. Finally, straight‐line trajectories are employed to generate a family of intermediate‐scale linear features. By comparison with other methods, it is found that MLBES is accurate and efficient.     

曲线弯曲识别与等高线簇结构化方法

提出基于曲线弯曲识别的等高线簇结构化方法,实现等高线簇中所蕴含的地形结构的提取。首先对基于Delau-nay三角网的曲线弯曲识别方法进行改进,包括伪弯曲的合并、弯曲基点的调整及小弯曲的删除方法;基于此,建立弯曲间的层次嵌套关系及平行相邻关系,实现曲线弯曲的识别方法;然后,根据单条等高线间的空间关系,对弯曲类型进行判断;结合曲线间的空间邻近度计算方法,将等高线簇中的成组弯曲进行提取;最后完成了地形结构的识别,实现了等高线簇的结构化。该方法不仅对地形中的山谷进行提取,并且提取出了其对称结构即山脊。试验结果与水系叠置显示,所提取出的地形结构基本合理,证明了该方法的有效性。     

An ontology-driven multi-agent system for nautical chart generalization

ABSTRACT

On nautical charts, undersea features are portrayed by sets of soundings (depth points) and isobaths (depth contours) from which map readers can interpret undersea features. Different techniques were developed for automatic sounding selection and isobath generalization. These methods are mainly used to generate a new chart from the bathymetric database or from a larger scale chart through selection and simplification. However, a part of the process consists in selecting and emphasizing undersea features formed by groups of soundings and isobaths on the chart according to their relevance to maritime navigation. Hence, automation of the process requires classification of features and their generalization through the application of a set of operators according not only to geometric constraints but also to their meaning.

The objective of this work is to conceive a multi-agent system (MAS) for nautical chart generalization that is driven by the knowledge on the generalization process and the undersea features and their relationships. First, this work provides a feature-centered ontology modeling of the generalization process. Then, the MAS structure is introduced where agents access cartographic knowledge stored in the ontology. The MAS makes use of measure algorithms to evaluate constraint violations on the chart in order to decide which generalization operators to apply. The whole model has been implemented to provide generalization plans on a real case study.