[发明专利]一种海底地形六维网格的测绘方法

摘要

本发明公开了海底地形六维网格的测绘方法，具体是指一种基于已知离散测深数据点的方法。本发明是通过建立包括横坐标、纵坐标、水深、坡度、二阶导数和测量时间在内的海底地形六维网格测绘方法，以离散水深数据及测绘时间为基础，形成海底地形三维网格，进而计算每个网格点的海底坡度和二阶导数，同时叠加测绘时间，从而形成海底地形六维网格的技术方法，本发明分若干步骤：海底地形六维网格结构、地形维网格的建立、时间维网格的建立、坡度维网格的建立、二阶导数维网格的建立。本发明的优点是在我国沿海的测绘和海洋划界过程中，具有测绘数据准确、操作方便、应用面广、以及受自然天气影响较小等。

主权项

1.一种海底地形六维网格的测绘方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)海底地形六维网格结构由海底坐标数值测量仪将测量数值传输到六维网格结构处理装置中，处理装置将海底坐标测量数据点分割成两部分，一个是头结构体Head用于描述和存储网格结构的整体性信息，另一个是数据集用于存储网格；头结构Head由八行组成：第1行是标志符Mark，第2行为M和N，标识网格的行个数和列个数，第3行为xmin和xmax，标识网格的横坐标最小值和最大值，第4行为ymin和ymax，标识网格的纵坐标最小值和最大值，第5行为zmin和zmax，标识网格的地形最小值和最大值，第6行为tmin和tmax，标识网格的时间最小值和最大值，第7行为slpmin和slpmax，标识网格的坡度最小值和最大值，第8行为secmin和secmax，标识网格的二阶导数最小值和最大值，数据集按照数据点在二维正投影平面中的空间顺序存放，每个数据点grid_(i，j)包括4个参量，分别为水深值dep_(i，j)、时间值time_(i，j)、坡度值slp_(i，j)和二阶导数值sec_(i,j)，该点的横坐标值x_(i，j)和纵坐标值y_(i，j)根据它的行号i和列号j来计算；其中，x_(i，j)=xmin+(i-1)×xmean;xmean=(xmax-xmin)/(N-1);y_(i，j)=ymin+(j-1)×ymean;ymean=(ymax-ymin)/(M-1);(2)六维网格中地形维网格的建立采用距离反比加权法建立地形维网格DEP_(i，j)：dep(i,j)=[Σk=1nwkzk]/Σk=1nwk;]]>w_k=1/d_k²;dk=(x(i,j)-xk)2+(y(i,j)-yk)2]]>式中，Z={z_k}_k=1,n为离散水深集合，x_k为离散水深数据点的横坐标值，y_k为离散水深数据点的纵坐标值，每个离散水深点均包含水深值z_k、横坐标z_k、纵坐标值y_k和测量时间t_k，是外部输入变量，w_k为离散水深数据点的权重值，是计算变量；上述水深值z_k、横坐标x_k、纵坐标值y_k由海底坐标数值测量仪测量确定，时间t_k由时钟测定；若，地形变化强时间相关，按时间值t_k建立地形维网格DEP_(i，j)，也就是当t_k=T时，水深z_k参加计算，T为数据测量时间，为外部变量；若，地形变化弱时间相关，时间值t_k不参加计算；在上述地形变化强时间相关和地形变化弱时间相关两种情况下，参加计算的水深数据z_k均满足距离规则：d_k≤r；其中r为测量的半径；遍历地形维网格DEP_(i，j)，获取水深最小值zmin和最大值zmax，并存入结构Head；(3)六维网格中时间维网格的建立时间维网格TIME_(i，j)由水深数据集合Z={z_k}_k=1，n的测量时间t_k决定，采取两种方式建立：若，在建立地形维网格DEP_(i，j)时，时间维网格TIME_(i，j)是和地形维网格DEP_(i，j)同步建立，离散数据集合Z={z_k}_k=1，n的测量时间t_k直接赋值给时间网格点time_(i，j)，也就是当z_k参加构建地形维网格DEP_(i，j)时，time_(i，j)=t_k，当在相同空间位置的测量数据时间是一致的；若，在地形网格DEP_(i，j)建立之后再建立时间维网格TIME_(i，j)，以外部变量确定测量时间t_k，通过连续测量水深数值，确定一个固定时间t内的一个测绘区域多边形Poly内的测量数值，赋予该测绘多边形Poly以时间属性，然后对整个测绘区按照测量时间进行多边形分割，形成测绘多边形集合Poly={p_k}_k=1，n，每个多边形p_k对应一个测量时间t_k；然后建立时间维网格TIME_(i，j)；对测量多边形Poly={p_k}_k=1，n进行循环，依次取出多边形p_k，然后循环二维地形网格DEP_(i，j)；其中，所测得的每个水深值dep_(i，j)均和p_k进行空间位置匹配，即，当水深网格点dep_(i,j)位于测量多边形p_k中时time_(i，j)=t_k；采用上述方法，遍历测绘多边形数据集Poly={p_k}_k=1，n，即可建立时间维网格TIME_(i，j)；遍历时间维网格TIME_(i，j)，获取时间最小值tmin和最大值tmax，并存入结构Head；(4)六维网格中坡度维网格的建立坡度维网格SLP_(i,j)是在地形维网格DEP_(i，j)基础上建立的，遍历坡度维网格SLP_(i,j)是以网格点slp_(i，j)为中心，以2倍step_slp为边长的正方形R1来包围计算点slp_(i，j)，落入正方形R1内的水深点dep_(I，J)作为参加坡度计算，计算出每个网格点slp_(i，j)的最大坡度值slpmax_(i，j)和平均坡度值slpmean_(i，j)；每个点dep_(I，J)与中心点dep_(i，j)间的坡度slp_(I，J)计算公式为：slp_(I，J)=arctan[(dep_(I，J)-dep_(i,j))/dis]dis=(x(i,j)-x(I,J))2+(y(i,j)-y(I,J))2]]>其中，[x_(i，j)，y_(i,j)]和[x_(I，J)，y_(I，J)]分别为水深点dep_(i，j)和dep_(I，J)的坐标值，采用上述方法，遍历地形维网格DEP_(i，j)即可获取坡度维网格SLP_(i，j)；遍历坡度维网格SLP_(i,j)，获取坡度最小值slpmin和最大值slpmax，并存入结构Head；(5)六维网格中二阶导数维网格的建立以步骤（4）中计算的坡度维网格SLP_(i，j)为输入变量代替地形维网格DEP_(i，j)，按照步骤（4）一样的方法可以获取二阶导数维网格SEC_(i，j)，计算方法如下：以计算点sec_(i，j)的位置为中心，以2倍step_sec为边长的正方形R2来包围计算点sec_(i，j)，落入正方形R2内的坡度点slp_(I，J)作为参加二阶导数计算，正方形R2内的坡度点slp_(I，J)均参加二阶导数计算，每个点slp_(I，J)与中心点slp_(i，j)间的二阶导数sec_(I，J)计算公式为：sec_(I,J)=arctan[(slp_(I，J)-slp_(i，j))/dis]dis=(x(i,j)-x(I,J))2+(y(i,j)-y(I,J))2]]>其中，[x_(i，j)，y_(i，j)]和[x_(I，J)，y_(I，J)]分别为坡度点slp_(i，j)和slp_(I，J)的坐标值；采用该种方法，遍历坡度维网格SLP_(i,j)即可获取二阶导数维网格SEC_(i，j)；遍历二阶导数维网格SEC_(i，j)，获取二阶导数最小值secmin和最大值secmax，并存入结构Head。