與等深線協(xié)調(diào)的水深自動(dòng)選取方法

賈帥東，張立華，彭認(rèn)燦

(1.海軍大連艦艇學(xué)院海洋測(cè)繪系，遼寧大連116018;2.海軍大連艦艇學(xué)院海洋測(cè)繪工程軍隊(duì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連116018)

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與等深線協(xié)調(diào)的水深自動(dòng)選取方法

賈帥東1，2，張立華1，2，彭認(rèn)燦1，2

(1.海軍大連艦艇學(xué)院海洋測(cè)繪系，遼寧大連116018;2.海軍大連艦艇學(xué)院海洋測(cè)繪工程軍隊(duì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連116018)

摘要:針對(duì)當(dāng)前水深自動(dòng)選取中未考慮與等深線的協(xié)調(diào)問題，提出了一種與等深線協(xié)調(diào)的水深自動(dòng)選取方法。運(yùn)用道格拉斯普克算法，自動(dòng)識(shí)別出等深線上的彎曲特征點(diǎn);定義了水深點(diǎn)與等深線的協(xié)調(diào)度，并建立了協(xié)調(diào)度評(píng)估模型;通過計(jì)算水深點(diǎn)在等深線凸凹處和平直處的協(xié)調(diào)度，選取出與等深線最協(xié)調(diào)的水深點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:所提方法可分別在等深線凸凹處和平直處優(yōu)選出協(xié)調(diào)匹配的水深點(diǎn)，并利用統(tǒng)計(jì)分析確定出所提方法中閾值、凸凹處和平直處的最協(xié)調(diào)距離的參數(shù)取值，進(jìn)一步提高水深與等深線的協(xié)調(diào)效果。此外，通常資料圖水深數(shù)據(jù)密度越大，選取出與等深線協(xié)調(diào)的水深點(diǎn)就越合理。

關(guān)鍵詞:水深;等深線;協(xié)調(diào);自動(dòng)選取;海圖

水深是海圖上反映海底地形地貌的最基本要素［1－3］。海圖水深的選取作為海圖制圖綜合中的核心環(huán)節(jié)，其作業(yè)質(zhì)量的高低將直接影響到艦船海上航行的安全性和海底地形表達(dá)的準(zhǔn)確性［4－6］。

當(dāng)前的水深選取，通常由制圖作業(yè)員采用手工方式對(duì)各個(gè)水深逐一分析并完成選取的，這一方面造成作業(yè)效率的低下，另一方面，其結(jié)果質(zhì)量在很大程度上也取決于制圖員的業(yè)務(wù)水平和細(xì)致程度。為此，如何實(shí)現(xiàn)水深注記的自動(dòng)選取，一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注并為之不懈探索的問題［6－10］。Zoraster將水深分為首選水深、背景水深和限定水深，根據(jù)重要性順序進(jìn)行選取優(yōu)化［6］;王家耀和田震采用層次信息模型，提出了海圖水深綜合的人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)方法［7］;陸毅、劉穎等從水深綜合的基本原則出發(fā)，模擬人在制圖綜合時(shí)的思維方式，探索海圖水深的自動(dòng)綜合［8－9］;張立華等采用模型面控制的思想，設(shè)計(jì)水深自動(dòng)選取策略，確保了水深在保證航海安全方面的質(zhì)量，為真正實(shí)現(xiàn)水深的自動(dòng)綜合帶來了新的希望［10］。

但以上關(guān)于海圖水深的自動(dòng)綜合研究，只是考慮了水深自身在保證航海安全、準(zhǔn)確顯示航道和表達(dá)清晰美觀等方面的要求，缺少與其他海部要素間相互協(xié)調(diào)的考慮。而在水深的自動(dòng)選取中，與其他要素的相互協(xié)調(diào)，特別是與等深線的協(xié)調(diào)，是一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)［1，4］。在與等深線協(xié)調(diào)的水深選取過程中，通常需注意3個(gè)方面:1)水深與等深線凸凹處的協(xié)調(diào)匹配;2)水深與等深線平直處的協(xié)調(diào)匹配;3)水深注記盡量不要中斷等深線。然而，從目前公開的文獻(xiàn)來看，僅有一些文獻(xiàn)提及了在等深線的重要凸凹處需注意水深點(diǎn)的優(yōu)先選?。?－9］，并沒有專門針對(duì)水深自動(dòng)選取中與等深線協(xié)調(diào)的問題，提出一種實(shí)際可用的具體方法。

為此，針對(duì)水深與等深線協(xié)調(diào)問題，通過使用道格拉斯普克算法來自動(dòng)識(shí)別等深線的彎曲特征，并通過量化分析水深協(xié)調(diào)度，設(shè)計(jì)相應(yīng)的水深選取策略，實(shí)現(xiàn)與等深線協(xié)調(diào)的水深自動(dòng)選取。

1　與等深線協(xié)調(diào)的水深自動(dòng)選取

在與等深線協(xié)調(diào)的水深選取過程中，通常需注意3個(gè)方面，對(duì)應(yīng)的基本要求如下［4］:1)在等深線凸凹處［11］附近應(yīng)優(yōu)先選取水深點(diǎn)，用于確定等深線的基本輪廓，如圖1(a)中所示的水深;2)在等深線平直處兩側(cè)附近交錯(cuò)選取水深點(diǎn)，用來進(jìn)一步控制等深線的輪廓形狀，如圖1(b)中所示的水深;3)不宜選取離等深線太近的水深，避免過多地中斷等深線，如圖1(c)中所示的水深。

圖1　與等深線協(xié)調(diào)的水深選取Fig.1 Soundings selection harmonizing with depth-contours

1.1等深線彎曲特征點(diǎn)的識(shí)別

在與等深線協(xié)調(diào)的水深自動(dòng)選取中，首先需自動(dòng)識(shí)別出等深線上特征點(diǎn)，確定等深線的凸凹處和平直處，為后續(xù)建立水深選取策略奠定基礎(chǔ)。

目前，對(duì)于曲線上特征點(diǎn)識(shí)別的算法較多，其中以道格拉斯普克算法最為常用［12］。它不僅可實(shí)現(xiàn)曲線特征的分解與組合，還可給出曲線的形態(tài)與拓?fù)涮卣鳎?1］。如圖2所示，等深線是由一系列二維點(diǎn)p1p2…p11依次連接而成的連續(xù)折線段，具體的處理步驟如下:1)設(shè)定閾值為D，使用道格拉斯普克算法，識(shí)別出特征點(diǎn)p5、p8，如圖2所示;2)將等深線上特征點(diǎn)的位置視作等深線的凸凹處，其余二維點(diǎn)的位置視作等深線的平直處。

閾值D會(huì)影響到道格拉斯普克算法的識(shí)別結(jié)果，進(jìn)而影響到后續(xù)協(xié)調(diào)水深選取策略的選擇。閾值D一般可選取一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，如圖上0.3 cm，其最合理的取值通?？赏ㄟ^試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析來得到。

圖2　等深線彎曲特征點(diǎn)識(shí)別Fig.2 A recognition of curving feature nodes in a depth-contour

1.2凸凹處協(xié)調(diào)水深點(diǎn)的選取

在確定出等深線凸凹處的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)相應(yīng)的水深選取策略:首先，根據(jù)水深與等深線協(xié)調(diào)的基本要求，確定等深線凸凹處的水深協(xié)調(diào)條件;然后，量化分析這些條件，計(jì)算出等深線凸凹處的水深協(xié)調(diào)度;最后，從中優(yōu)選水深協(xié)調(diào)度最高的水深點(diǎn)。

1.2.1凸凹處水深協(xié)調(diào)條件確定

如圖3所示，等深線l是由p1p2…p11連接而成的折線段，等深線上的特征點(diǎn)為p5，由于點(diǎn)p3、p9與點(diǎn)p2、p10的凹凸性相反，故折線段p3p4…p9是等深線l的一個(gè)彎曲［11］。將該折線段p3p4…p9的首尾點(diǎn)相連，形成一個(gè)閉合區(qū)域(如圖3所示)，定義該區(qū)域?yàn)樘卣鼽c(diǎn)p5所在彎曲的內(nèi)部區(qū)域。

圖3　凸凹處的協(xié)調(diào)水深點(diǎn)Fig.3 a sounding harmonizing with a local range of a depth-contour being scraggy

對(duì)于等深線l上特征點(diǎn)p5對(duì)應(yīng)的凸凹處，需選取一個(gè)協(xié)調(diào)的水深點(diǎn)。該水深點(diǎn)應(yīng)符合以下條件:

①協(xié)調(diào)水深點(diǎn)必須位于特征點(diǎn)所在彎曲的內(nèi)部區(qū)域;②協(xié)調(diào)水深點(diǎn)注記應(yīng)盡量避免中斷等深線;③協(xié)調(diào)水深點(diǎn)與等深線上對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)p5的平面距離合適;④協(xié)調(diào)水深點(diǎn)到折線段p3p4p5和p5p6…p9的最短距離應(yīng)盡可能相近。其中，水深點(diǎn)到折線段的最短距離是指水深點(diǎn)到該折線段上各點(diǎn)距離的最小值。

上述條件的重要性等級(jí)由高到低依為條件①、條件②、條件③(或條件④)。

1.2.2凸凹處水深協(xié)調(diào)度計(jì)算

為便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)處理上述條件，綜合考慮上述條件及其重要性等級(jí)，采用凸凹處水深協(xié)調(diào)度這一指標(biāo)，量化評(píng)估水深點(diǎn)與等深線凸凹處的協(xié)調(diào)質(zhì)量。如圖3所示，以水深點(diǎn)vi為例，其與等深線凸凹處(對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)p5)的協(xié)調(diào)度w(vi，p5)為:

式中:λi通過判斷水深點(diǎn)是否位于等深線凸凹處區(qū)域來確定其數(shù)值，若是，則取λi=1，反之，則取λi=0;γi通過判斷水深點(diǎn)vi的注記是否中斷等深線確定數(shù)值，若是則取γi=0，反之，則取γi=1;d(vi，p5)表示vi與p5的平面距離;d1best表示等深線凸凹處的最協(xié)調(diào)距離，一般為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，可通過試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析來得到;d(vi，l3，5)、d(vi，l5，9)分別表示點(diǎn)vi到折線段p3p4p5、p5p6…p9的最短距離。

從式(1)可以看出:若水深點(diǎn)vi必須位于等深線凸凹處的外側(cè)，λi=0，則w(vi，p5)=0，從而此水深點(diǎn)就不可能與等深線協(xié)調(diào)，所以，反過來，λi=1是一個(gè)“必須”的條件;由于γi是根據(jù)水深點(diǎn)vi是否中斷等深線取值0(或1)，未中斷則γi=1，中斷則γi=0，另一方面，其后一項(xiàng)分式取值變化范圍是(0，1)，故不論后一項(xiàng)分式的數(shù)值如何變化，如果水深點(diǎn)未中斷等深線，則上述兩項(xiàng)和的變化范圍是(1，2)，如果中斷等深線，則上述兩相和的變化范圍是(0，1)，因此未中斷等深線的水深點(diǎn)協(xié)調(diào)度必然要大于中斷等深線的水深點(diǎn)協(xié)調(diào)度，也就符合了條件②中關(guān)于“水深點(diǎn)盡量避免中斷等深線”的描述;將條件③、④的量化式同時(shí)置于同一分式的分母部分，且形式上相同，以符合對(duì)條件③、④重要性相同的描述要求，并且若d(vi，p5)與d1best(或d(vi，l3，5)與d(vi，l5，9))相差越小，則協(xié)調(diào)度越高。

通過分析等深線凸凹處水深協(xié)調(diào)條件，量化評(píng)估各水深點(diǎn)與等深線凸凹處的協(xié)調(diào)質(zhì)量，并從中優(yōu)選出協(xié)調(diào)度最高的水深點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)等深線凸凹處協(xié)調(diào)水深的自動(dòng)選取。

1.3平直處協(xié)調(diào)水深點(diǎn)的選取

在選取完等深線凸凹處附近的水深點(diǎn)后，接下來，應(yīng)圍繞等深線平直處的兩側(cè)，再“交錯(cuò)”選取一定數(shù)量的水深點(diǎn)，進(jìn)一步控制等深線的走向變化。水深在等深線平直處協(xié)調(diào)選取的基本要求是:首先，確定等深線平直處的水深協(xié)調(diào)條件;然后，量化分析這些條件，計(jì)算出等深線平直處的水深協(xié)調(diào)度;最后，從中選取水深協(xié)調(diào)度最高的水深點(diǎn)。

1.3.1平直處水深協(xié)調(diào)條件確定

如圖4(a)所示，等深線凸凹處附近有已選的協(xié)調(diào)水深點(diǎn)q1、q5，首先在已選水深點(diǎn)q1基礎(chǔ)上，從等深線另一側(cè)選取出一個(gè)協(xié)調(diào)的水深點(diǎn)，與q1構(gòu)成交錯(cuò)形態(tài)，定義為單點(diǎn)交錯(cuò)。與q1構(gòu)成交錯(cuò)形態(tài)的協(xié)調(diào)水深點(diǎn)應(yīng)符合以下條件:

①協(xié)調(diào)水深點(diǎn)與已選水深點(diǎn)q1必須位于等深線的兩側(cè);②協(xié)調(diào)水深點(diǎn)到q1的平面距離必須在規(guī)范要求的間隔范圍內(nèi);③協(xié)調(diào)水深點(diǎn)的注記應(yīng)盡量避免中斷等深線;④協(xié)調(diào)水深點(diǎn)到等深線的最短距離應(yīng)盡可能合適(水深點(diǎn)到等深線的最短距離是指水深點(diǎn)到該等深線上各點(diǎn)距離的最小值)。

上述條件的重要性等級(jí)由高到低依為條件①(或條件②)、條件③、條件④。

如圖4(b)所示，在與q1構(gòu)成交錯(cuò)、選取出協(xié)調(diào)水深點(diǎn)q2后，繼續(xù)在點(diǎn)q2的基礎(chǔ)上，交錯(cuò)選取出協(xié)調(diào)水深點(diǎn)q3。之后，需注意的是，在交錯(cuò)選取下一個(gè)協(xié)調(diào)水深點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)既要與水深點(diǎn)q3“交錯(cuò)”，還要與已選取的水深點(diǎn)q5“交錯(cuò)”。也就是說，選取出的協(xié)調(diào)水深點(diǎn)q4必須同時(shí)滿足與q3、q5交錯(cuò)的4個(gè)條件，定義為雙點(diǎn)交錯(cuò)。

圖4　平直處的協(xié)調(diào)水深點(diǎn)Fig.4 A sounding harmonizing with a local range of a depth-contour being smooth

1.3.2平直處水深協(xié)調(diào)度計(jì)算

為便于計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理，綜合考慮上述條件及其重要性等級(jí)高低，采用平直處水深協(xié)調(diào)度，來量化評(píng)估水深點(diǎn)與等深線平直處的協(xié)調(diào)質(zhì)量。如圖4所示，等深線l平直處附近的某個(gè)水深點(diǎn)為vi，該點(diǎn)與已選水深點(diǎn)q1單點(diǎn)交錯(cuò)的協(xié)調(diào)度w(vi，q1)為:

式中:λi通過判斷水深點(diǎn)vi與水深點(diǎn)q1是否位于等深線兩側(cè)來確定數(shù)值，若是，則取λi=1，反之，則取λi=0;μi通過判斷水深點(diǎn)vi與水深點(diǎn)q1的平面距離是否在規(guī)范要求范圍之內(nèi)確定數(shù)值，若是，則取ui=1，反之，則取ui=0;γi通過判斷水深點(diǎn)vi的注記是否中斷等深線l確定數(shù)值，若是，則取γi=0，反之，則取γi=1;d(vi，l)表示點(diǎn)vi到等深線l的距離;d2best表示等深線平直處的最協(xié)調(diào)距離，一般為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，可通過統(tǒng)計(jì)分析得到。

從式(2)可以看出:若水深點(diǎn)vi與水深點(diǎn)p同時(shí)位于等深線的一側(cè)，λi=0，則w(vi，q1)=0，則此水深點(diǎn)不可能與等深線協(xié)調(diào)，反之λi=1，故是一個(gè)“必須”的條件;水深點(diǎn)vi與水深點(diǎn)q1的平面距離應(yīng)在規(guī)范要求范圍，即ui=1，為一個(gè)“必須”的條件;水深點(diǎn)是否中斷等深線的分析與式(1)類似;將條件④的量化公式置于末尾，若d(vi，l)與d2best相差越小，則水深點(diǎn)到等深線的距離就越合適。

量化分析雙點(diǎn)交錯(cuò)條件。如圖4(b)所示，若等深線平直處附近的某水深點(diǎn)vk，計(jì)算點(diǎn)vk與已選水深點(diǎn)q3、q5雙點(diǎn)交錯(cuò)的協(xié)調(diào)度w(vk，q3，q5)為:

該式考慮了水深點(diǎn)vk與兩已選水深點(diǎn)的雙點(diǎn)交錯(cuò)。

在等深線凸凹處水深點(diǎn)選取的基礎(chǔ)上，通過分析等深線平直處水深協(xié)調(diào)條件，評(píng)估各水深點(diǎn)與等深線平直處的協(xié)調(diào)質(zhì)量，自動(dòng)選取協(xié)調(diào)度最高的水深點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)與等深線協(xié)調(diào)的水深自動(dòng)選取。

2　試驗(yàn)與分析

2.1可行性驗(yàn)證

選取如圖5所示的等深線彎曲程度不同的兩個(gè)局部區(qū)域，采用所提方法，進(jìn)行與等深線協(xié)調(diào)的水深自動(dòng)選取驗(yàn)證。由于資料水深數(shù)據(jù)密度較大，全部用注記顯示會(huì)造成注記相互壓蓋，故用黑色像素點(diǎn)表示，選取的水深點(diǎn)用注記表示。所提方法中3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)先采用一組經(jīng)驗(yàn)數(shù)值:閾值D=0.3 cm，等深線凸凹處和平直處的最協(xié)調(diào)距離d1best=0.4 cm和d2best=0.3 cm，具體的試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5　與等深線協(xié)調(diào)的水深選取結(jié)果Fig.5 Soundings selection harmonizing with a depth-contour

從圖5中可以看出，所提方法能較好地識(shí)別出等深線上的特征點(diǎn)，并在等深線上對(duì)應(yīng)的凸凹處附近選取一個(gè)合適的匹配水深點(diǎn)，如圖5(a)所示;在等深線的平直處附近，所提方法也能可以較好地實(shí)現(xiàn)水深點(diǎn)的交錯(cuò)選取，如圖5(b)所示。

2.2閾值對(duì)水深選取結(jié)果的影響分析

進(jìn)一步分析閾值D對(duì)水深選取與等深線協(xié)調(diào)結(jié)果的影響，采用5個(gè)試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。試驗(yàn)通過調(diào)查10名實(shí)際作業(yè)人員，比較試驗(yàn)結(jié)果，確定該參數(shù)取0.3 cm最為合理，具體結(jié)果如表1。

不失一般性，選取一組典型試驗(yàn)進(jìn)行更直觀、詳細(xì)的闡述，如圖6某等深線所在的局部區(qū)域，設(shè)定不同大小的閾值進(jìn)行試驗(yàn)，具體結(jié)果如圖7。

表1　閾值試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析Table 1 Statistic Analysis of Experimental Results

圖6　閾值分析的試驗(yàn)區(qū)域Fig.6 Experimental area for analyzing threshold

圖7　閾值的試驗(yàn)比對(duì)Fig.7 Sea area for analyzing threshold

從圖7中可以看出，采用閾值為0.3 cm時(shí)，所提方法自動(dòng)選取出3個(gè)協(xié)調(diào)的水深點(diǎn)，對(duì)等深線上特征點(diǎn)的識(shí)別結(jié)果最為符合實(shí)際情況，如圖7(c)所示。而采用閾值為0.1、0.2、0.4 cm時(shí)，所提方法對(duì)等深線特征點(diǎn)的識(shí)別結(jié)果與實(shí)際情況均略有不符(特征點(diǎn)識(shí)別數(shù)量偏多或偏少)，致使協(xié)調(diào)水深點(diǎn)的選取結(jié)果不夠合理。故確定0.3 cm作為道格拉斯算法的閾值。

2.3最協(xié)調(diào)距離對(duì)水深選取結(jié)果的影響分析

在計(jì)算水深點(diǎn)在等深線凸凹處和平直處的協(xié)調(diào)度中(如式(1)～(3)所示)，最協(xié)調(diào)距離d1best、d2best是兩項(xiàng)影響最終水深選取結(jié)果的關(guān)鍵參數(shù)。然而，目前尚無規(guī)范明確水深點(diǎn)應(yīng)距離等深線多遠(yuǎn)最為合適，實(shí)踐中制圖員多是根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)而定。為此，通過調(diào)查10名制圖員，比較試驗(yàn)結(jié)果，確定d1best=0.4 cm和d2best=0.3 cm時(shí)選取結(jié)果最為合理。

不失一般性，選取其中兩組典型區(qū)域進(jìn)行更直觀、詳細(xì)的闡述(如圖8所示)，采用不同大小的數(shù)值進(jìn)行試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)結(jié)果如圖9、10所示。

如圖9所示，當(dāng)d1best=0.4 cm時(shí)，與等深線凸凹處協(xié)調(diào)的水深選取結(jié)果與實(shí)際情況最為相符。當(dāng)d1best=0.2 cm時(shí)，水深點(diǎn)注記點(diǎn)中斷等深線，故水深點(diǎn)的協(xié)調(diào)質(zhì)量最差;當(dāng)d1best=0.3、0.5 cm時(shí)，水深點(diǎn)到等深線凸凹處的距離稍偏近(或偏遠(yuǎn))，故確定凸凹處的最協(xié)調(diào)距離為0.4 cm。

如圖10所示，當(dāng)d2best=0.3 cm時(shí)，與等深線平直處協(xié)調(diào)的水深選取結(jié)果與實(shí)際情況最為相符。當(dāng)d2best=0.1、0.2、0.4 cm時(shí)，水深點(diǎn)到等深線平直處的距離稍偏近(或偏遠(yuǎn))，故確定平直處的最協(xié)調(diào)距離為0.3 cm。

圖8　試驗(yàn)區(qū)域Fig.8 Experimental area

圖9　最協(xié)調(diào)距離d1best的試驗(yàn)比對(duì)Fig.9 Comparison of best distance d1best

圖10　最協(xié)調(diào)距離d2best的試驗(yàn)比對(duì)Fig.10 Comparison of best distance d2best

2.4資料水深數(shù)據(jù)密度的影響分析

進(jìn)一步分析資料水深數(shù)據(jù)密度對(duì)水深選取結(jié)果的影響，在某海圖上同一區(qū)域內(nèi)選取不同密度的資料水深數(shù)據(jù)(平均間隔dis依次為0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1 cm)，采用所提方法進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所用計(jì)算機(jī)CPU主頻2.4 GHz，內(nèi)存4 G。具體的試驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。圖12為資料水深數(shù)據(jù)平均間隔與運(yùn)算耗時(shí)的關(guān)系圖。

圖11　水深選取結(jié)果比較Fig.11 Comparison of sounding selection

圖12　運(yùn)算耗時(shí)Fig.12 Processing time

從圖11、12中還可以看出，資料水深數(shù)據(jù)間隔越小(即資料水深數(shù)據(jù)量越大)，所提方法在與等深線協(xié)調(diào)的水深選取效果上就越好，但運(yùn)算耗時(shí)也就隨之增加。對(duì)比圖11中的6組水深選取結(jié)果可以看出，資料水深數(shù)據(jù)間隔為0.1、0.2、0.3 cm時(shí)，與等深線協(xié)調(diào)的水深選取結(jié)果要相對(duì)較好，其余3 組(資料水深數(shù)據(jù)間隔為0.4、0.5、0.6 cm)的水深選取結(jié)果與等深線的協(xié)調(diào)匹配效果略差(在某些水深點(diǎn)上與等深線協(xié)調(diào)不夠理想，如圖11(a)、(b)、(c)中所示水深點(diǎn)距離等深線過近)。這表明:資料水深數(shù)據(jù)間隔越小，可用于提供給算法分析的水深點(diǎn)數(shù)量也就越多，從而有可能挑選出更協(xié)調(diào)的水深點(diǎn)。然而，過大的資料水深數(shù)據(jù)量將會(huì)直接影響到算法的效率。從圖12中可以看出，當(dāng)資料水深數(shù)據(jù)間隔由0.1 cm增大到0.3 cm時(shí)，所提方法的運(yùn)算耗時(shí)會(huì)明顯降低。

3　結(jié)論

通過理論推導(dǎo)與試驗(yàn)分析，得結(jié)論如下:

1)所提方法能在等深線凸凹處選取出協(xié)調(diào)的水深點(diǎn)，同時(shí)在等深線平直處使選取的水深點(diǎn)構(gòu)成相互交錯(cuò)的形態(tài)，還能較好地避免水深注記中斷等深線的情況。

2)通過試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析可確定出所提算法中3項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)的合理取值(道格拉斯普克算法的閾值為0.3 cm，等深線凸凹處和平直處的最協(xié)調(diào)距離分別為0.4 cm和0.3 cm)，從而進(jìn)一步保證了所提方法在水深點(diǎn)與等深線協(xié)調(diào)中的水深選取效果。

3)通常來說，資料圖水深數(shù)據(jù)密度越大，所提方法選取出與等深線協(xié)調(diào)的水深點(diǎn)就越合理，但密度過大的資料水深數(shù)據(jù)會(huì)降低算法的運(yùn)行效率

當(dāng)然，限于論文篇幅和數(shù)據(jù)來源，僅針對(duì)一些典型區(qū)域進(jìn)行了試驗(yàn)論證，并從中對(duì)部分試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)分析，對(duì)于文中所提的三個(gè)水深協(xié)調(diào)度計(jì)算公式及其中有關(guān)參數(shù)的取值等，這些都需要更多的試驗(yàn)進(jìn)行全面的驗(yàn)證。另外，本文僅考慮了與單條等深線協(xié)調(diào)的水深自動(dòng)匹配，對(duì)于水深點(diǎn)與多條等深線間的相互協(xié)調(diào)配置，這也有待于進(jìn)一步的探索。

參考文獻(xiàn):

［1］國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.GB 12320－1998，中國(guó)航海圖編繪規(guī)范［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.The State Bureau of Quality and Technical Supervision.GB 12320－1998，Specifications for Chinese nautical charts［S］.Beijing:Chinese Standards Press，1999.

［2］SMITH S.The navigation surface:A multipurpose bathymetric database［D］.Durham:University of New Hampshire，2003:1－9.

［3］賈帥東，張立華，宋國(guó)大，等.基于區(qū)域平均垂直不確定度的自適應(yīng)網(wǎng)格水深建模方法［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，2012，41(3):454－460.JIA Shuaidong，ZHANG Lihua，SONG Guoda，et al.A method for constructing an adaptive grid digital depth model based on mean vertical uncertainty of area［J］.Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2012，41(3):454－460.

［4］王厚祥，李進(jìn)杰.海圖制圖綜合［M］.北京:測(cè)繪出版社，1999:114－126.WANG Houxiang，LIU Jinjie.Generalization of nautical charts［M］.Beijing:Surveying and Mapping Press，1999:114－126.

［5］張立華，賈帥東，元建勝，等.一種基于不確定度的水深控淺方法［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，2012，41(2):184－190.ZHANG Lihua，JIA Shuaidong，YUAN Jiansheng，et al.A method for controlling shoal－bias based on uncertainty［J］.Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2012，41(2):184－190.

［6］ZORASTER S，BAYER S.Automated cartographic sounding selection［J］.International Hydrographic Review，Monaco，1992(3):103－116.

［7］王家耀，田震.海圖水深綜合的人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)方法［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，1999，28(4):334－339.WANG Jiayao，TIAN Zhen.The cartographic generalization of soundings on chart by artificial neural network techniques ［J］.Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，1999，28(4):335－339.

［8］劉穎，翟京生，陸毅，等.數(shù)字海圖水深注記的自動(dòng)綜合研究［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，2005，34(2):179－184.LIU Ying，ZHAI Jingsheng，LU Yi，et al.Automatic generalization of sounding in digital chart［J］.Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2005，34(2):179－184.

［9］陸毅，翟京生，杜景海.海底地形的識(shí)別與水深的綜合［J］.測(cè)繪學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，17(4):296－300.LU Yi，ZHAI Jingsheng，DU Jinghai.Sounding selection based on recognition of submarine topography features［J］.Journal of Institute of Surveying and Mapping，2000，17(4):296－300.

［10］張立華，賈帥東，王濤，等.一種不漏水深淺點(diǎn)的海圖水深自動(dòng)選取方法:中國(guó)，201410184190［P］.2014－07－30.

［11］翟京生，陸毅.數(shù)字海圖線性特征的識(shí)別、量測(cè)與綜合［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，2000，29(3):273－279.ZHAI Jingsheng，LU Yi.Recognition，measurement and generalization for line features in digital nautical chart［J］.Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2000，29(3):273－279.

［12］DOUGLAS D H，PEUCKER T K.Algorithms for the reduction of the number of points required to represent a digitized line or its caricature［J］.The Canadian Cartographer，1973，10(2):112－122.

Method for automatic selection of water depth harmonizing with a depth contour

JIA Shuaidong1，2，ZHANG Lihua1，2，PENG Rencan1，2
(1.Department of Hydrography and Cartography，Dalian Naval Academy，Dalian 116018，China;2.Key Laboratory of Hydrographic Surveying and Mapping of PLA，Dalian Naval Academy，Dalian 116018，China)

Abstract:Current automatic water depth selection cannot harmonize with the depth contour.A method of automatic water depth selection that harmonizes with the depth contour was therefore investigated.The Douglas－Peucker algorithm was used for the automatic recognition of the curving feature points of a depth contour.The coordination between the water depth points and the depth contour was then defined，and an assessment model of the coordination degree was constructed.The results demonstrated that the proposed method could select the optimum coordinating water depth point at convex，concave，and straight sections of the depth contour.Statistical analysis was used to determine the threshold values and parameters of the optimum coordination distance at convex and concave positions of the depth contour to further enhance the coordination of the water depth and depth contour.As the water depth data was increased，the harmonization of water depth points with the depth contour became more accurate.

Keywords:water depth;depthcontour;harmonization;automatic selection;chart

通信作者:張立華，E－mail:zlhua@ 163.com.

作者簡(jiǎn)介:賈帥東(1986－)，男，博士研究生;張立華(1973－)，男，教授，博士生導(dǎo)師.

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41471380，41171349);國(guó)家863計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2012AA12A406)

收稿日期:2014－10－27.網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間:2015－12－21.

中圖分類號(hào):P229

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1006－7043(2016)01－0059－06

doi:10.11990/jheu.201410068

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1390.u.20151221.1522.012.html