顾及特征水深点距离重分配的反距离加权插值算法

水深是反映海底地形地貌的最基础要素,对缺失的水深点进行准确的插值能帮助有效地表达海底地形地貌起伏形态。针对海底地形变化复杂的区域,传统的反距离加权插值法存在只考虑样本水深点与待插值水深点之间的距离,而忽略了样本水深点之间的空间相关性的问题。本文提出了一种顾及特征水深点距离重分配的反距离加权插值算法。该算法首先对离散的水深点构建特征水深线,在特征水深线的基础上,提取特征水深线上的特征点作为特征水深点;然后在所有样本水深点到待插值水深点距离之和不变的约束下,提出距离重分配的量化指标;最后构造出一个顾及特征水深点距离重分配的IDW插值算法模型。实验结果表明,在海底地形变化复杂的区域,顾及特征水深点距离重分配的反距离加权插值算法与传统的IDW、自然邻域插值、样条函数插值算法等相比,能有效提高水深点的插值精准度。     

基于三角网构建海底DEM的抽稀算法

为压缩海量水深数据,实现在高分辨率下快速、完整和准确地表示海底地形,提出了一种基于三角网拓扑结构的数据抽稀方法。该方法利用Delaunay三角网的模型优势,快速寻找与水深点相关的区域。根据水深点对区域贡献度大小决定取舍。实验表明,该方法充分顾及海底地形变化趋势,能有效识别海底地形特征点,并且抽稀速度快、失真小、精度高。     

变异函数在水深场空间结构分析中的应用

引进了地统计学中的变异函数,通过对我国多幅航海图和港湾图水深数据的计算分析,初步揭示了水深场的空间变异特征.结果表明:水深点的空间相关性与相互间的距离和所表征的海底地形有关;在不同的尺度下水深场的空间变异特征不同;水深场的空间变异存在各向异性.     

基于BP神经网络的海底地形复杂度自动分类方法研究

针对海底地形复杂程度分类问题,在考虑传统水深均值的基础上引入坡度和起伏度两个地形因子作为表征海底地形复杂程度的分类指标并进行量化,对水深数据空间分辨率进行统一,建立包含18种典型海底特征的海底地形复杂度分类库,利用BP神经网络对建立的分类库进行训练学习。为验证该方法的有效性和适用性,选取地形复杂度不同的4块实验区分别采用统计学方法和BP神经网络算法进行海底地形复杂度进行分类,对比发现该方法可以实现海区海底平坦、一般、复杂三种地形的自动识别与分类,并保留实验区海底地形复杂度细节信息。     

海底地形水深三角网重采样技术研究

主要进行海底地形水深三角网重网格化技术研究,通过调整水深数据密度来解决水深点过采样或不足采样的问题,最终实现对水深三角网模型的曲面重构优化。实验证明,本方法在保留海底地形地貌特征的基础上明显改善了水深三角网的质量。     

基于多源水深数据融合的海底高精度地形重建

本文在研究多源水深数据构建技术的基础上,分析了张力样条插值算法和“移去-恢复”法的多源水深数据融合处理技术,基于该方法选取实验区,利用多波束、单波束、历史海图等多源水深数据进行高精度海底地形融合试验,并针对多源水深融合技术缺少误差评估的现状,利用split-sample方法对融合结果进行水深不确定性评估,形成融合结果的可靠性空间分布。结果表明该方法无论是在数据稀疏区还是高密度区都达到了较好的融合效果,既保留了高分辨率水深数据的细节信息,又较真实的反映了研究区海底地形特征,且构建的海底地形精度可靠,误差百分比集中在0.5%。本文整套数据融合和结果评估方法可为多源水深数据融合的海底高精度地形构建提供借鉴和参考。     

顾及海底地形变化的狄洛尼三角网构建

数字水深模型是对海底表面形态的数字化表达,传统的网格数字水深模型存在不能根据海区水深变化情况自动调节内插水深间隔的不足,提出了以深度极限误差作为判断标准,顾及海底地形变化的补深补浅方法,并在此基础上构建了相应的狄洛尼三角网。 实验证明:与传统的最浅点抽稀规则格网方法相比,所提方法更能合理的反映出海底地形的实际变化情况,并明显改善 DDM 精度。     

南极中山站海湾地形特征研究

1999年完成的中山锚地高精度水深地形勘测,测量了锚地,调查了部分周边水深地形,取得较完整的测深数据,据此编绘了勘测锚地水深地形图。利用测区外的部分测绘资料使我们有机会可以审视和概略研究中山站附近的海底地形特征。继之对中山站附近的海底地形特征进行了研究,并在区内选取了有代表性的1条剖面进行了剖析。分析研究表明：中山站海湾地形复杂,地形类型多样：台地、水下山丘、峡谷,从陆向海倾斜。受冰体运动的影响,发育了SN向沟谷,自大陆向海中发散;海底地形陡峭,峡谷上穿切冰盖外沿,下达深海,其峡谷内在平坦的背景上仍然发育有水下低丘。     

利用地貌形态相似性评估外版海图水深质量

为检验评估外版海图水深表达海底地形的准确性,利用外版海图和参照数据的水深分别构建Delaunay三角网,对海底特征地貌形态进行提取,设计了位置、表面积、体积相似度指标,对外版海图和参照数据表达同一处特征地貌的相似程度进行了量化。实验结果表明:所提方法可以有效提取海底地形中的特征地貌,所提相似度指标可以较为合理地反映外版海图和参照数据表达同一处特征地貌的相似程度,可为把握外版海图水深表达海底地貌的准确性、进而定量评估其质量提供参考依据,克服了传统经验方法只能进行定性评估分析的不足。     

海底沙波特征线的最优方向剖面自动识别方法

海底沙波是发育在近海陆架上的一种常见海底地貌类型,海底沙波特征与运动规律的研究具有重要的科学意义与工程应用价值,沙波脊线与谷线是表征海底沙波的最基本特征,也是精确描述沙波运动的基本参量。本文提出了一种基于复合数字水深模型的沙波特征线自动识别方法——最优方向剖面法,基于水深曲面归算得到最优剖面方向,再依据最优剖面方向求导并判定极值,自动提取沙波形态特征点,最终形成沙波脊线和谷线。以台湾浅滩复合型沙波为例进行对比实验研究,结果表明,该方法能基于不同分辨率的数字水深模型自动准确地提取海底沙波脊线与谷线,勿需设置阈值,地形自动化识别程度得到进一步提升,具有重要的实际应用价值。     

Automatic Sounding Generalization in Nautical Chart Considering Bathymetry Complexity Variations

Sounding acts as the main feature in a digital nautical chart as it describes the concerned marine topography for the safety of navigation. Unlike the geometry-oriented selection of point feature, the generalization of soundings for chart compiling is expected to be context-oriented, which means bathymetry complexity variations across the study region should be preserved in the sounding selection process. However, such variations are not explicitly accessible to automated systems. This paper proposes an approach that effectively analyzes and measures bathymetry complexity from sounding data, with a focus on topography variations among different regions. The presented approach first divides the exploring region into several subregions, by adopting techniques of computational geometry and graph theory. Then, the approach quantitatively measures the bathymetry complexity of the subregions from grid-based digital terrain model. Finally, a composite bathymetry complexity index integrating aspects of steepness and depth variation is developed to guide the operation of sounding selection in different subregions. Generally, when seafloor is rugged with steep slopes, the number of soundings is high. While in flatter areas, a smaller amount of soundings is retained. The potential of our approach is demonstrated by an application to a real data set.     

数字海图中助航设备的自动综合探讨

助航设备是海图上一种重要的点状要素,其自动综合是海图自动综合的重要研究内容.以数字海图数据为基础,深入探讨了数字海图中助航设备的自动综合问题,重点研究了助航设备的自动选取.基于助航设备分布和分级的规律性,提出了一种助航设备自动综合方法.初步实验表明,该方法在实现助航设备自动综合时效果较好.     

一种基于数据层次性分析的水深综合研究

在分析和借鉴传统的水深综合理论和方法的基础上,开展水深数据的层次性分析,对水深数据进行分类、定级和聚合等处理方法研究。在满足制图综合规范的基础上,按照水深分类数据的重要性和特征性排序,重组综合方法使用顺序和结构,从而构建层次水深综合模型。该模型能够实现水深综合的流程控制,兼顾水深综合的质量要求,为进一步开展水深自动综合的实用性研究提供了理论和技术支持,具有一定实用价值。     

测线间非采样点水深值的平滑效应研究

为了表述和评价水深原图及海图水深数据对海底地形的表征能力,引入了水深插值平滑效应新概念,分析了航海图海道测量及海图编辑综合的水深数据选取特性,给出了测线间水深插值平滑效应的评价指标和方法,并进行了实例统计计算,计算结果表明了方法的可行性和有效性。     

海图上点群状特征的识别与量测

点群状（包括图斑群）目标在GIS数据中有大量的实例，由于它不同于单个独立的点状要素，在海图自动综合中如何对其分布特性进行识别并加以定量描述，是进行点群综合过程中的关键问题。主要介绍如何利用Delaunay三角网与Voronoi图两种模型对点群状目标分布特性进行描述，并通过对Delaunay三角网与Voronoi图的“蚕食”以及引入图像处理概念将密度问题转化为图像处理问题的方法，直接或间接对点群状目标进行识别与量测。     

潮汐对多波束测深的影响及改正

讨论了潮汐对多波束测深的影响；通过分析验潮站控制及潮汐场解算的潮汐改正传统模式的特点，设计了该模式的工作流程；比较了传统改正模式与GPS无验潮模式的不同，研究了无验潮模式及陆海图拼接所涉及的垂直基准转换技术。     

Recognition and Measurement of Marine Topography for Sounding Generalization in Digital Nautical Chart

Generalization is a comprehensive process. It is not simply a question of an algorithm, such as simplification, selection, displacement, and so on. Only after geometric shapes and topological properties have been understood fully, can a sound and automated generalization process be possible. This article proposes a new theoretical model for sounding generalization in digital nautical charts. First, with the aid of Delaunay triangulation, a tree structure is introduced for a hierarchical representation of the marine topography. Then, an analytical algorithm for the recognition and the measurement of the marine topography is developed through the use of the tree structure. Finally, all of the techniques mentioned above are integrated into a model for sounding generalization, of which results are illustrated with the aid of several examples.     

Recognition and Measurement of Marine Topography for Sounding Generalization in Digital Nautical Chart

Generalization is a comprehensive process. It is not simply a question of an algorithm, such as simplification, selection, displacement, and so on. Only after geometric shapes and topological properties have been understood fully, can a sound and automated generalization process be possible. This article proposes a new theoretical model for sounding generalization in digital nautical charts. First, with the aid of Delaunay triangulation, a tree structure is introduced for a hierarchical representation of the marine topography. Then, an analytical algorithm for the recognition and the measurement of the marine topography is developed through the use of the tree structure. Finally, all of the techniques mentioned above are integrated into a model for sounding generalization, of which results are illustrated with the aid of several examples.

     

基于航海应用的海图数据库比例尺分级研究

介绍了我国海图生产现状及基于数据库的海图制图技术,针对以航海图生产为主要目的的海图数据库建设中的比例尺分级问题,依据统一的样本海图选择原则,计算海部要素载负量,计算结果表明,海图载负量数值受地形、人为等因素影响大。定义一个全水深的理想海部区域,通过确定水深注记间距和载负量之间的关系、参考现有海图水深注记最小间距值和航海应用对海图比例尺分级的需求等因素,最终确定了海图数据库比例尺分级方案。     

数字海图的自动综合方法研究

作为现代地图学的重要组成部分,自动综合问题一直是影响地图学发展的重要问题。在总结前人研究成果和现有的空间信息无级比例尺自动综合方法的基础上,以面向地理特征为出发点,以矢量化的电子海图数据为信息源,提出了比较实用的在数字海图分层支持下的自动综合方法。以海图中的部分要素层为例进行分析,并给出了具体的自动综合流程。