一种针对相交线状地理要素的空间剖分方法技术

本发明专利技术公开了一种针对相交线状地理要素的空间剖分方法。该方法依据Voronoi分配模型的原则，将相交线状要素离散为点集；并对相交的两线要素的交叉位置，进行增点处理；再基于点集进行Delaunay三角剖分和生成Voronoi图；对生成的Voronoi图进行裁剪，最后将归属于同一个线要素的点集所生成的子区域进行归并，得到不同线要素各自的子区域，从而实现相交线状地理要素的空间剖分。

【技术实现步骤摘要】
一种针对相交线状地理要素的空间剖分方法
本专利技术属于地理信息技术与应用领域，具体涉及一种基于交叉辅助点的相交线状地理要素进行地理空间剖分的方法。
技术介绍
在地理信息技术与应用领域中，较多涉及到最优配置问题的解决。而最优配置中，首先需要考虑的是每一要素各自影响范围的确定。如何做到合理确定每一个要素的影响范围？目前，运用最多的是空间剖分方法，且相关研究主要集中于点要素的空间剖分，而对基于线状要素的空间剖分方法研究较少。王新生等提出了一种任意发生元Voronoi图逼近方法(《基于GIS的任意发生元Voronoi图逼近方法》，王新生、刘纪远、庄大方、姜友华，地理科学进展，2004，23(4))，针对线要素的剖分，主要是通过将线要素离散成等间隔点集，然后生成任意发生元Voronoi图来实现。但该方法中难以避免交点被认为同属于多个发生元而无法生成Voronoi图的情况，且需借助ArcGIS平台实现，自动化程度较低。张辉等设计了一种构建任意发生元Voronoi图的算法(《一种构建任意发生元Voronoi图的实用算法》，张辉、胡玮、蒲英霞、王结臣，地理与地理信息科学，2011，27(4))。该方法与王新生方法类似，且针对交叉线要素，设计了一种在交点处将交叉线打断并对交点做微量偏移的处理方法，虽避免了交点被认为同属于多个发生元而无法生成Voronoi图的情况，但由于交点的偏移处理，改变了交点同属于多个发生元的这一事实，带来了一定的剖分误差。此外，这两种方法，由于是采用将线要素离散成等间隔点集的方法，会对原始要素形状造成一定的影响，且效率较低。
技术实现思路
为此，本专利技术主要针对相交线状地理要素，提出了一种基于交叉辅助点的相交线状地理要素空间剖分方法。一方面，直接采用原始线要素的点作为离散点生成Voronoi图，不会改变原始要素的形状，且执行效率较高；另一方面，当出现线要素相交情况时，通过分别在两个线要素中的交叉点位置两侧分别等比例增加两个微量分开但视觉难以区分的辅助点，在不改变交点同属于多个发生元的这一事实的情况下，避免了无法生成Voronoi图的情况，且具有较好的剖分效果。本专利技术的主要思路是：依据Voronoi分配模型的原则，将相交线状要素离散为点集；并对相交的两线要素的交叉位置，进行增点处理；再基于点集进行Delaunay三角剖分和生成Voronoi图；对生成的Voronoi图进行裁剪，最后将归属于同一个线要素的点集所生成的子区域进行归并，得到不同线要素各自的子区域，从而实现相交线状地理要素的空间剖分。本专利技术的具体步骤如下：步骤一：加载GIS线要素集合L＝{li|i＝1，2，…，n}，n为线要素的个数。步骤二：求取线要素集合L中不同线要素li、lj间的交叉点Cij(x，y)，并进行内插处理，具体过程为：(a)首先，针对线要素li，读取线要素li上的点集，查找线要素li上交叉点邻近的两个点，分别记为Ca(xa，ya)，Cb(xb，yb)；(b)根据下式(1)，计算待插入点Ic(xc，yc)、Id(xd，yd)坐标，其中(x，y)为交叉点Cij的坐标，(xa，ya)和(xb，yb)为交叉点附近的两点Ca，Cb的坐标，(xc，yc)和(xd，yd)为待插入点Ic，Id的坐标，s为步长因子，s可取10，100，1000，...10n。(c)将点Ic和Id插入到线要素li中的点Ca、Cb之间；(d)其次，针对该交叉点所在的另一线要素lj，重复执行步骤(a)-(c)，将生成的相应插入点插入到线要素lj中；步骤三：将线要素集合L离散为点集P＝{pi(xi，yi)|i＝1，2，…，k}，k为点要素的个数(包含交叉辅助点)，并使用点集P的“线要素”属性来记录该点所归属的线要素；步骤四：基于点集P，生成Delaunay三角网D，算法的具体过程如下：(a)引入3个辅助点p11(x11，y11)，p22(x22，y22)，p33(x33，y33)，构建一个初始凸壳S，辅助点坐标可由公式(2)求得，其中MaxX/MaxY为点集P中最大x/y坐标值，AvgX/AvgY为点集P中x/y坐标的平均值，MinX/MinY为点集P中最小x/y坐标值。该初始凸壳S必须包含点集P中的所有点；(b)从点集P中找出距离点p1最近的点，将两点连线成为Delaunay三角网的初始基线，遵循LOP原则，然后找出第三点，构建第一个三角形。(c)基于第一个三角形的另两条基线，遵循局部优化过程原则，分别寻找它们第3点。依次循环处理所有新生成的边，遵循局部优化过程原则，寻找第三点，直到所有点都成为Delaunay三角网的点；步骤五：基于Delaunay三角网D，生成Voronoi图V；步骤六：将点集P中各点的“线要素”属性值，赋给包含该点的相应Thicssen多边形ti的“原线要素”属性；步骤七：Voronoi图V的裁剪处理。通过求解给定矩形范围R(如图层数据的最小矩形范围)与图V中各Thicssen多边形ti的交集，生成裁剪后的Thicssen多边形集合ti'。每个Thicssen多边形ti裁剪的具体步骤为：(a)求出矩形范围R与Thicssen多边形ti的所有交点，并存放于点集D中；(b)分别求出包含在矩形范围R内的Thicssen多边形ti的顶点和包含在Thicssen多边形ti内的矩形范围R的顶点，继续添加到点集D中；(c)将点集D中第一点再放入点集D中，构成首尾相接的点集D；(d)将点集D按顺时针或者逆时针的顺序排序，由点集D构成的多边形便是裁剪后的Thicssen多边形ti'；(e)循环操作以上步骤，直至完成所有Thicssen多边形的裁剪处理；步骤八：根据“原线要素”属性，依次将Voronoi图中具有同样“原线要素”属性值的Thicssen多边形ti'合并为一个多边形，每个多边形区域便是一个线要素的影响范围。相比于现有技术，本专利技术的突出优点主要表现在三个方面：一是本专利技术直接采用原始线要素的点作为离散点生成Voronoi图，不会改变原始线要素的形状；二是当线要素相交时，本专利技术通过在两个线要素中的交叉点位置两侧分别等比例增加两个微量分开但视觉难以区分的辅助点，未改变交点同属于多个发生元这一事实，避免了无法生成Voronoi图的情况；三是本专利技术的自动化程度高，现有技术仍需要借助ArcGIS平台实现。附图说明图1本专利技术方法的流程图；图2实验线图层数据；图3点集化后的线图层数据；图4增点处理示意图；图5增点处理后的点集化线图层数据；图6为生成的Delaunay三角网D；图7为生成的Voronoi图V；图8将Voronoi图V进行裁剪后的图V'；图9线图层数据空间剖分的效果图。具体实施方式下面结合附图并通过描述一个针对线状地理要素的空间剖分的实例，来进一步说明本专利技术的效果。本实例选择一shp格式的线图层为实验数据。具体实施过程如下：1，打开图层名为“道路”的线图层文件，如图2所示。存入线要素集合L中，本例中集合L包含4个线要素，分别为l1，l2，l3，l4。其ID属性分别为1，2，3，4。2，求取L中不同线要素间的交叉点C，并进行内插处理，其中本实例中的4个线要素的点集如图3所示。实例中有4个交叉点，分别为点C1(-96.07，0.33)，点C2(-24.39本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对相交线状地理要素的空间剖分方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一：加载GIS线要素集合L＝{li|i＝1，2，…，n}，n为线要素的个数；步骤二：求取线要素集合L中不同线要素li和lj间的交叉点Cij(x，y)，并进行内插处理；步骤三：将线要素集合L离散为点集P＝{pi(xi，yi)|i＝1，2，…，k}，k为点要素的个数，其中包含交叉辅助点的个数，并使用点集P的“线要素”属性来记录该点所归属的线要素；步骤四：基于点集P，生成Delaunay三角网D；步骤五：基于Delaunay三角网D，生成Voronoi图V；步骤六：将点集P中各点的“线要素”属性值，赋给包含该点的相应Thicssen多边形ti的“原线要素”的属性值；步骤七：对Voronoi图V进行裁剪处理，通过求解给定矩形范围R与图V中各Thicssen多边形ti的交集，生成裁剪后的Thicssen多边形集合Ti'；步骤八：根据裁剪后的Thicssen多边形集合Ti'的“原线要素”属性，依次将Voronoi图V中具有相同“原线要素”属性值的Thicssen多边形ti'合并为一个多边形，每个多边形区域便是一个线要素的影响范围，从而实现相交地理要素的空间剖分。...

【技术特征摘要】
1.一种针对相交线状地理要素的空间剖分方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一：加载GIS线要素集合L＝{li|i＝1，2，…，n}，n为线要素的个数；步骤二：求取线要素集合L中不同线要素li和lj间的交叉点Cij(x，y)，并进行内插处理；步骤三：将线要素集合L离散为点集P＝{pi(xi，yi)|i＝1，2，…，k}，k为点要素的个数，其中包含交叉辅助点的个数，并使用点集P的“线要素”属性来记录该点所归属的线要素；步骤四：基于点集P，生成Delaunay三角网D；步骤五：基于Delaunay三角网D，生成Voronoi图V；步骤六：将点集P中各点的“线要素”属性值，赋给包含该点的相应Thicssen多边形ti的“原线要素”的属性值；步骤七：对Voronoi图V进行裁剪处理，通过求解给定矩形范围R与图V中各Thicssen多边形ti的交集，生成裁剪后的Thicssen多边形集合Ti'；步骤八：根据裁剪后的Thicssen多边形集合Ti'的“原线要素”属性，依次将Voronoi图V中具有相同“原线要素”属性值的Thicssen多边形ti'合并为一个多边形，每个多边形区域便是一个线要素的影响范围，从而实现相交地理要素的空间剖分。2.根据权利要求1所述的一种针对相交线状地理要素的空间剖分方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：(a)首先，针对线要素li，读取线要素li上的点集，查找线要素li上交叉点邻近的两个点，分别记为Ca(xa，ya)，Cb(xb，yb)；(b)根据下式(1)，计算待插入点Ic(xc，yc)、Id(xd，yd)坐标，其中(x，y)为交叉点Cij的坐标，(xa，ya)和(xb，yb)为交叉点附近的两点Ca，Cb的坐标，(xc，yc)和(xd，yd)为待插入点Ic，Id的坐标，s为步长因子，s可取10，100，1000，...10n，

【专利技术属性】
技术研发人员：李安波，姚蒙蒙，陈楹，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32