一种平滑海岸线的绘制方法技术

本发明专利技术提供了一种平滑海岸线的绘制方法，包括以下步骤：首先收集海岸点；预处理海岸点：将收集的海岸点集P进行归集得到海岸点集Q；对上述处理得到的海岸点集Q进行分段圆弧拟合；将上述得到的分段圆弧海岸段利用样条曲线进行平滑连接；将得到的海岸线进行计算机绘制和制图输出。本发明专利技术面向海岸地理空间分析，针对海岸线的存储、绘制、计算，实现海岸线的连续平滑表达，并采用分段圆弧进行拟合能有效处理多值函数问题，避免了现有方法坐标系必须旋转的弊端；本发明专利技术绘制的海岸线能够实现平滑海岸线的快速便捷存储、快速显示绘制，方便测量海岸线的长度，曲率，距离，从而基于海岸线实现海洋或陆地中最近海岸点和离岸距离的快速测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种平滑海岸线的绘制方法，具体涉及一种连续、平滑的海岸线绘制方法。
技术介绍
海岸线作为海图、岛礁地图上重要要素，其准确绘制及其在地图综合尺度变换对于航海安全、海岸带环境分析、军事战略分析具有重要意义。在 “数字海洋” 信息技术体系建立中，往往需要对海岸要素实施多比例尺、多分辨率表达，满足跨比例尺海岛礁数据集成和自适应可视化需求，该技术的实现也需要精确、平滑绘制海岸线的具体支持。目前，海岸线的绘制方法主要是折线方法(称为折线海岸线)，即将各个海岸点用直线连成一条折线。折线海岸线有不足和局限性，折线接点处没有切线，因此不能实现切线和法线方向平滑过渡，为表达海岸线的平滑，只能采集更多的海岸点数据，用密集的折线近似表达海岸线的平滑走向；同时，折线海岸线不能准确地计算海岸线长度，由于折线分段太多不便于计算海岸线外的点到海岸线的距离。在降雨量等值线绘制、数控加工等
，曲线绘制方法主要有抛物线曲线方法和样条曲线方法。其中，抛物线本质上是单值函数，不能直接处理多值函数问题，很多状态下需要进行坐标系旋转，不便于存储和计算。样条曲线方法主要包括B样条曲线，张力样条曲线，这些方法在描绘曲线的平直区时，会产生不应有的波动、出现多余的拐点，很难利用该方法处理处理多值函数和大挠度曲线，这些方法受点的分布状态影响，坐标系旋转时曲线形状会发生变化。上述的这些方法中存在较多的不足，所得到的曲线极值多而导致曲线过渡不够平缓，另外很多情况下需要进行坐标系旋转，计算复杂，甚至在有些条件下无法进行曲线拟合。针对现有折线海岸线的不足且方便后续测量海岸线长度和离岸距离，需要一种能够准确、连续表达得海岸线的绘制方法，从而为后续海陆空间分析相关的
提供技术支持。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种平滑海岸线的绘制方法，达到连续、平滑绘制海岸线的目的。本专利技术采用圆弧曲线与样条曲线相结合的方法实现平滑海岸线的绘制，该方法绘制的平滑海岸线可以实现海岸线上任意海岸点处均具有连续平滑的特性，海岸线用圆弧集和样条曲线集来描述；具体是通过圆弧和三次样条曲线相结合的方式，用尽可能少的三次样条曲线来平滑地连接圆弧段，实现海岸线的平滑表达，保证海岸线各点处均存在切线和法线，从而实现海岸线上曲率、切线方向和法线方向的连续过渡。极大地方便了海岸线存储、绘制，提高了海岸线长度测量的准确性和离岸距离测量的便捷性。为达到上述目的，本专利技术采取的具体技术方案为：一种平滑海岸线的绘制方法，包括以下步骤：（1）首先收集海岸点；（2）预处理海岸点：将收集的海岸点集P进行归集得到海岸点集Q；（3）对步骤（2）处理得到的海岸点集Q进行分段圆弧拟合：在分段圆弧拟合过程中进行最佳圆弧计算和顺接圆弧计算，其中圆弧集包含圆弧数和圆弧列表，圆弧列表中的每个圆弧包含圆心、半径、初始角、跨越角、覆盖的海岸点；分段圆弧拟合的整个流程如下： ①置最佳圆弧ArcBest为空，覆盖点集Parc为空，拟合圆弧集ArcDest为空，海岸点计数Index=1，点集R为空； ②在Q中的第Index个海岸点起连续取3个点顺序放入R中； ③计算R中所有点的最佳拟合圆弧Arc及其对应的最大偏差B，如果B≤D，转入④，如果B＞D，转入⑤；④ArcBest=Arc，Parc=R，如果Q中有剩余海岸点，从Q中继续顺序取海岸点放入R中，并转至③，如果Q中无剩余海岸点，则结束； ⑤如果ArcBest为空并且Q中从第Index海岸点之后剩余海岸点数≥3，且不包括该第Index海岸点，Index值加1，转至②；如果ArcBest不为空，置 ArcBest的覆盖点集为Parc，ArcBest添加至拟合圆弧集ArcDest，记Parc中的点数为N，Index值增加N-1，清空Parc、ArcBest和R，转至⑥；若ArcBest为空且Q中从第Index海岸点之后且不包括该第Index海岸点，剩余海岸点数＜3，且不包括该第Index海岸点，则结束； ⑥在Q中的第Index个海岸点起取3个点顺序放入R中； ⑦从圆弧集ArcDest中取最新一个圆弧ArcLast，根据ArcLast和R进行顺接圆弧计算得到最佳顺接圆弧ArcNext及其对应的最大偏差B，如果B≤D，转入⑧，如果B＞D，转入⑨； ⑧ArcBest=ArcNext，Parc=R，如果Q中有剩余海岸点，从Q中继续顺序取海岸点放入R中，并转至⑦，如果Q中无剩余海岸点，则结束； ⑨如果ArcBest为空且Q中从第Index海岸点之后剩余海岸点数≥3，且不包括该第Index海岸点，Index值加1，转至②；如果ArcBest不为空，置 ArcBest的覆盖点集为Parc，ArcBest添加至拟合圆弧集ArcDest，记Parc中的点数为N，Index值增加N-1，清空Parc、ArcBest和R，转至⑥； ⑩如果Q中从第Index海岸点之后且不包括该第Index海岸点，剩余海岸点数≥3， Index值加1，转至②；否则，结束；（4）将上述得到的分段圆弧海岸段利用样条曲线进行平滑连接；（5）将得到的海岸线进行计算机绘制和制图输出。上述步骤（1）中具体收集海岸点的方法为：根据海岸空间数据分析的需要，确定海岸线的拟合精度，即实际距离中允许的最大偏离值D，其中D的单位是千米，其在不同地区经纬度坐标系中每1单位的经度或纬度表示的实际距离不同；根据D值，选取海岸点数据精度高于D的电子海图，并从电子海图中提取出海岸线中的点数据集P。上述步骤（2）中海岸点的具体归集方法为：根据D值，按顺序遍历海岸点集P； ①初始时，遍历索引i=1，当前点pn为空，权值W=0；处理集Q为空，数量为N=0； ②对每一个遍历点P(i)，当前点pn=P(i)，W=1； ③如果P(i+1)与P距离小于D*0.75，则pn=(pn*W+P(i+1))/(W+1))，W=W+1，i=i+1； ④循环进行③步骤直至遍历结束或P(i+1)与P(i)距离大于D*0.75，当遍历结束或P(i+1)与P(i)距离大于D*0.75时，处理集数量N=N+1，Q(N)=pn； ⑤i=i+1，转至②直至遍历结束； ⑥预处理完毕，Q即为预处理后的海岸点集。上述步骤（3）中为保证拟合精度，每段圆弧拟合不少于3个离散海岸点。上述步骤（3）中，所述最佳圆弧的具体设计方法为：对给定一组点的最佳圆弧按以下方法求解，设点集为(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)，其中，n>=3, (x1,y1)和(xn,yn)为首末点，当y1≠yn时，求解使值最小的x0，y0值，其中,；当时，求解使值最小的y0, 同时，；所得到的值（x0,y0）即为最佳圆弧的圆心点，圆弧半径即为（x0,y0）到(x1,y1)的距离，该圆弧初始角为（x0,y0）到(x1,y1)的角度，跨越角为弧段（x1,y1）到(xn,yn)的角度，覆盖的海岸点集即为(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)，最大偏差即为所覆盖的海岸点到圆弧的最大距离。上述步骤（3）中顺接圆弧计算方法为：根据前一段圆弧ArcLast及ArcLast最后覆盖海岸点起至少3个紧邻海岸点进行计算，这些海岸点表示如下：(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平滑海岸线的绘制方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）首先收集海岸点；（2）预处理海岸点：将收集的海岸点集P进行归集得到海岸点集Q；（3）对步骤（2）处理得到的海岸点集Q进行分段圆弧拟合：在分段圆弧拟合过程中进行最佳圆弧计算和顺接圆弧计算，其中圆弧集包含圆弧数和圆弧列表，圆弧列表中的每个圆弧包含圆心、半径、初始角、跨越角、覆盖的海岸点；分段圆弧拟合的整个流程如下：①置最佳圆弧ArcBest为空，覆盖点集Parc为空，拟合圆弧集ArcDest为空，海岸点计数Index=1，点集R为空，②在Q中的第Index个海岸点起连续取3个点顺序放入R中；③计算R中所有点的最佳拟合圆弧Arc及其对应的最大偏差B，如果B≤D，转入④，如果B＞D，转入⑤；④ArcBest=Arc，Parc=R，如果Q中有剩余海岸点，从Q中继续顺序取海岸点放入R中，并转至③，如果Q中无剩余海岸点，则结束；⑤如果ArcBest为空并且Q中从第Index海岸点之后剩余海岸点数≥3，且不包括该第Index海岸点，Index值加1，转至②；如果ArcBest不为空，置 ArcBest的覆盖点集为Parc,ArcBest添加至拟合圆弧集ArcDest，记Parc中的点数为N，Index值增加N‑1，清空Parc、ArcBest和R，转至⑥；若ArcBest为空且Q中从第Index海岸点之后(不含)剩余海岸点数＜3，且不包括该第Index海岸点，则结束；⑥在Q中的第Index个海岸点起取3个点顺序放入R中；⑦从圆弧集ArcDest中取最新一个圆弧ArcLast，根据ArcLast和R进行顺接圆弧计算得到最佳顺接圆弧ArcNext及其对应的最大偏差B，如果B≤D，转入⑧，如果B＞D，转入⑨；⑧ArcBest=ArcNext，Parc=R，如果Q中有剩余海岸点，从Q中继续顺序取海岸点放入R中，并转至⑦，如果Q中无剩余海岸点，则结束；⑨如果ArcBest为空且Q中从第Index海岸点之后剩余海岸点数≥3，且不包括该第Index海岸点，Index值加1，转至②；如果ArcBest不为空，置 ArcBest的覆盖点集为Parc，ArcBest添加至拟合圆弧集ArcDest，记Parc中的点数为N，Index值增加N‑1，清空Parc、ArcBest和R，转至⑥；⑩如果Q中从第Index海岸点之后剩余海岸点数≥3，且不包括该第Index海岸点，Index值加1，转至②；否则，结束；（4）将上述得到的分段圆弧海岸段利用样条曲线进行平滑连接；（5）将得到的海岸线进行计算机绘制和制图输出。...

【技术特征摘要】
1.一种平滑海岸线的绘制方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）首先收集海岸点；（2）预处理海岸点：将收集的海岸点集P进行归集得到海岸点集Q；（3）对步骤（2）处理得到的海岸点集Q进行分段圆弧拟合：在分段圆弧拟合过程中进行最佳圆弧计算和顺接圆弧计算，其中圆弧集包含圆弧数和圆弧列表，圆弧列表中的每个圆弧包含圆心、半径、初始角、跨越角、覆盖的海岸点；分段圆弧拟合的整个流程如下：①置最佳圆弧ArcBest为空，覆盖点集Parc为空，拟合圆弧集ArcDest为空，海岸点计数Index=1，点集R为空，②在Q中的第Index个海岸点起连续取3个点顺序放入R中；③计算R中所有点的最佳拟合圆弧Arc及其对应的最大偏差B，如果B≤D，转入④，如果B＞D，转入⑤；④ArcBest=Arc，Parc=R，如果Q中有剩余海岸点，从Q中继续顺序取海岸点放入R中，并转至③，如果Q中无剩余海岸点，则结束；⑤如果ArcBest为空并且Q中从第Index海岸点之后剩余海岸点数≥3，且不包括该第Index海岸点，Index值加1，转至②；如果ArcBest不为空，置 ArcBest的覆盖点集为Parc,ArcBest添加至拟合圆弧集ArcDest，记Parc中的点数为N，Index值增加N-1，清空Parc、ArcBest和R，转至⑥；若ArcBest为空且Q中从第Index海岸点之后(不含)剩余海岸点数＜3，且不包括该第Index海岸点，则结束；⑥在Q中的第Index个海岸点起取3个点顺序放入R中；⑦从圆弧集ArcDest中取最新一个圆弧ArcLast，根据ArcLast和R进行顺接圆弧计算得到最佳顺接圆弧ArcNext及其对应的最大偏差B，如果B≤D，转入⑧，如果B＞D，转入⑨；⑧ArcBest=ArcNext，Parc=R，如果Q中有剩余海岸点，从Q中继续顺序取海岸点放入R中，并转至⑦，如果Q中无剩余海岸点，则结束；⑨如果ArcBest为空且Q中从第Index海岸点之后剩余海岸点数≥3，且不包括该第Index海岸点，Index值加1，转至②；如果ArcBest不为空，置 ArcBest的覆盖点集为Parc，ArcBest添加至拟合圆弧集ArcDest，记Parc中的点数为N，Index值增加N-1，清空Parc、ArcBest和R，转至⑥；⑩如果Q中从第Index海岸点之后剩余海岸点数≥3，且不包括该第Index海岸点，Index值加1，转至②；否则，结束；（4）将上述得到的分段圆弧海岸段利用样条曲线进行平滑连接；（5）将得到的海岸线进行计算机绘制和制图输出。2.如权利要求1所述的平滑海岸线的绘制方法，其特征在于，上述步骤（1）中具体收集海岸点的方法为：根据海岸空间数据分析的需要，确定海岸线的拟合精度，即实际距离中允许的最大偏离值D，其中D的单位是千米，其在不同地区经纬度坐标系中每1单位的经度或纬度表示的实际距离不同；根据D值，选取海岸点数据精度高于D的电子海图，并从电子海图中提取出海岸线中的点数据集P。3.如权利要求1所述的平滑海岸线的绘制方法，其特征在于，上述步骤（2）中海岸点的具体归集方法为：根据D值，按顺序遍历海岸线点集P：①初始时，遍历索引i=1，当前点pn为空，权值W=0；处理集Q为空，数量为N=0；②对每一个遍历点P(i)，当前点pn=P(i)，W=1；③如果P(i+1)与P距离小于D*0.75，则pn=(pn*W+P(i+1))/(W+1)），W=W+1，i=i+1；④循环进行③步骤直至遍历结束或P(i+1)与P(i)距离大于D*0.75，当遍历结束或P(i+1)与P(i)距离大于D*0.75时，处理集数量N=N+1，Q(N)=pn；⑤i=i+1，转至②直至遍历结束；⑥预处理完毕，Q即为预处理后的海岸点集。4.如权利要求1所述的平滑海岸线的绘制方法，其特征在于，上述步骤（3）中为保证拟合精度，每段圆弧拟合不少于3个离散海岸点。5.如权利要求1所述的平滑海岸线的绘制方法，其特征在于，上述步骤（3）中，所述最佳圆弧的具体设计方法为：对给定一组点的最佳圆弧按以下方法求解，设点集为(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)，其中，n>=3, (x1,y1)和(xn,yn)为首末点，当y1≠yn时，求解使值最小的x0，y0值，其中,；当时，求解使值最小的y0, 同时，；所得到的值（x0,y0）即为最佳圆弧的圆心点，圆弧半径即为（x0,y0）到(x1,y1)的距离，该圆弧初始角为（x0,y0）到(x1,y1)的角度，跨越角为弧段（x1,y1）到(xn,yn)的角度，覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文庆，刘世萱，张树刚，苗斌，王文彦，王晓燕，裴亮，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37