基于节点匹配对的直线段与直线段的自动分割方法技术

本发明专利技术提供一种基于节点匹配对的直线段与直线段的自动分割方法，所述方法应用于第一直线段与第二直线段的自动分割过程，所述方法包括步骤：S1、构建节点至直线段的节点匹配对的总个数；S2、构建第一直线段和第二直线段之间的所有顶点匹配类型；S3、将第一直线段与第二直线段之间的所有顶点匹配类型进行形式化表达；S4、确定第一直线段和第二直线段之间所有的顶点匹配类型的实现方式；S5、于第一直线段与第二直线段实交时计算交点的坐标。利用上述基于节点匹配对的直线段与直线段的自动分割方法，将匹配对概念引入直线段与直线段的自动分割方法中，提供了一种新的方法来实现了直线段与直线段的自动分割。

Automatic segmentation method of line segment and line segment based on node matching

【技术实现步骤摘要】
基于节点匹配对的直线段与直线段的自动分割方法
本专利技术涉及地理信息科学领域，尤其涉及一种基于节点匹配对的直线段与直线段的自动分割方法。
技术介绍
线段与线段的分割(或称为线段与线段的裁剪)是地理信息科学与计算机科学中的经典问题，其在许多领域有所应用，包括在道路网中道路与道路的自动打断、基于物空间的三维实体群的线消隐处理、二维宗地的自动构建、多边形的封套构建、多边形合并、多边形裁剪等(Shamos，M.I.etal.(1976).GeometricIntersectionProblems[C].FoundationsofComputerScience，Syposiumon，IEEE:208-215；Bently，J.L.etal.(2006).AlgorithmsforReportingandCountingGeometricIntersections[J].IEEETransactionsonComputers，28(9):643-647；Edelsbrunner，H.etal.(1981).OntheIntersectionofOrthogonalObjects[J].InformationProcessingLetters，13(4-5):177-181；Nievergelt，J.etal.(1981).Plane-sweepAlgorithmsforIntersectingGeometricFigures[J].CommunicationsoftheACM，25(25):739-747；Andrews，D.S.etal.(1994).FurtherComparisonofAlgorithmsforGeometricIntersectionProblems[J].ProceedingsofInternationalSymposiumonSpatialDataHandling；MartinHeld.(1997).ERIT_ACollectionofEfficientandReliableIntersectionTests[J].JournalofGraphicsTools，2(4):25-44.)。针对直线段与直线段的求交，归纳而言可以分为三个层次：第一个层次是“算得对(即结果对，英文上称为effective)”，第二个层次是“算得准(即计算准，英文上称为efficient)”，第三个层次是“算得快(即速度快，英文上称为quick)”。针对第一个层次“算得对(即结果对)”，着重于各类拓扑关系下线段之间裁剪操作的正确处理，这是本专利技术的研究重点；针对第二个层次“算得准(即计算准)”，着重于在直线段之间相交判断中实交情况下(即跨越cross时)新交点坐标的精确计算(甚至包含小数位数的精确计算)以及其他情况下交点坐标的准确定位，这同样是本专利技术的研究重点；针对第三个层次“算得快(即速度快)”，着重于直线段之间裁剪操作在软件与硬件条件下的加速处理，软件方面典型如采用最小外接矩形(也称最小包围盒，即MinimumBoundingBox)来初步筛选可能发生相交关系的候选直线段集合从而初步减少计算量，硬件方面典型如将线段裁切算法固化于硬件设备之中，这不是本专利技术的研究重点，在这里略过。以下内容将围绕第一层次“算的对(即结果对)”和“算的准(即计算准)”展开，相关研究成果众多，最常见的主要涉及判断线段与线段是否存在相交情况、若相交则线段与线段存在的相交拓扑种类、线段与线段确定实交时新交点坐标的精确计算等。事实上，要研究线段与线段的分割，首先研究清楚线段与线段之间的所有拓扑种类是异常重要的，这也是后续分割操作的前提基础。直至如今，针对拓扑关系的描述方法众多，包括基于点集拓扑学的方法、基于区域连接的方法等，其中最为典型的是基于点集拓扑学的四交模型(4-IntersectionModel，简写为4IM)、九交模型(9-IntersectionModel，简写为9IM)、扩展九交模型(Dimension-Extended9-IntersectionModel，简写为DE9IM)等，由Egenhofer等学者提出(Egenhofer，M.Jetal.1991.Point-setTopologicalRelationships.InternationalJournalofGeographicalInformationScience，5(2):161-172；Egenhofer，M.J.1993.DefinitionsofLine-lineRelationsforGeographicDatabases[J].IEEEEngineeringBull，16(3):40-45)。其中，九交模型(9IM)描述较之四交模型(4IM)更为详备、扩展九交模型(DE9IM)较之九交模型(9IM)更为细致，故而在此采用九交模型(9IM)与扩展九交模型(DE9IM)。具体如下：(1)针对1维线与1维线之间的拓扑关系采用九交模型(9IM)给予描述，总共存在33种唯一拓扑关系(如附图1所示)，包含1维直线段与1维直线段之间拓扑关系、1维曲线与1维曲线之间拓扑关系，1维直线段与1维曲线之间拓扑关系。其中，1维直线段与1维直线段之间存在11种唯一拓扑关系(这也是本专利技术关注重点)，分别是R031分离(disjoint)、R159跨越(cross)、R063被接触(touchedBy)、R179包含(contain)、R220在内部(inside)、R095接触(touch)、R255叠置(overlap)、R400相等(equal)、R287相遇(meet)、R435覆盖(cover)、R476被覆盖(coveredBy)(如附图1中加粗的框体所示)。进一步分析，在以上1维直线段与1维直线段的11种唯一拓扑关系中，发现3对的对称拓扑关系，分别是R063被接触(touchedBy)和R095接触(touch)、R179包含(contain)和R220在内部(inside)、R435覆盖(cover)和R476被覆盖(coveredBy)，以上每对对称拓扑关系是将参与拓扑关系判断的两个对象给予前后调换。(2)同时，针对1维线与1维线之间的拓扑关系采用扩展九交模型(DE9IM)给予描述，总共存在47种唯一拓扑关系(如附图2所示)，同样包括1维直线段与1维直线段之间的拓扑关系、1维曲线与1维曲线之间拓扑关系、1维直线段与1维曲线之间拓扑关系。其中，1维直线段与1维直线段之间依然是11种唯一拓扑关系，分别是R031(1)分离(disjoint)、R159(1)零维跨越(0D-cross)、R063(1)被接触(touchedBy)、R179(1)包含(contain)、R220(1)在内部(inside)、R095(1)接触(touch)、R255(2)一维叠置(1D-overlap)、R400(1)相等(equal)、R287(1)相遇(meet)、R435(1)覆盖(cover)、R476(1)被覆盖(coveredBy)。同样的，在以上1维直线段与1维直线段的11种唯一拓扑关系中，同样发现3对对称拓扑关系，分别是R063(1)被接触(touchedBy本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于节点匹配对的直线段与直线段的自动分割方法，所述方法应用于第一直线段与第二直线段的自动分割过程，其特征在于，所述方法包括步骤：S1、构建节点至直线段的节点匹配对的总个数；S2、构建第一直线段和第二直线段之间的所有顶点匹配类型；S3、将第一直线段与第二直线段之间的所有顶点匹配类型进行形式化表达；S4、确定第一直线段和第二直线段之间所有的顶点匹配类型的实现方式；S5、于第一直线段与第二直线段实交时计算交点的坐标。

【技术特征摘要】
1.一种基于节点匹配对的直线段与直线段的自动分割方法，所述方法应用于第一直线段与第二直线段的自动分割过程，其特征在于，所述方法包括步骤：S1、构建节点至直线段的节点匹配对的总个数；S2、构建第一直线段和第二直线段之间的所有顶点匹配类型；S3、将第一直线段与第二直线段之间的所有顶点匹配类型进行形式化表达；S4、确定第一直线段和第二直线段之间所有的顶点匹配类型的实现方式；S5、于第一直线段与第二直线段实交时计算交点的坐标。2.根据权利要求1所述的基于节点匹配对的直线段与直线段的自动分割方法，其特征在于，在步骤S1中，判断第一直线段的两个节点与第二直线段之间、第二直线段的两个节点与第一直线段之间存在的节点匹配对的个数。3.根据权利要求2所述的基于节点匹配对的直线段与直线段的自动分割方法，其特征在于，判断节点是否存在对应的节点匹配对的公式为：其中，P代表节点，L代表直线段，ε代表阈值，Pnear(P,L,ε)代表在直线段L上距离节点P在阈值ε范围内最近的点，distance(P,Pnear)代表点P到点Pnear的距离。4.根据权利要求1所述的基于节点匹配对的直线段与直线段的自动分割方法中，在步骤S2中，根据节点匹配对的个数确定节点匹配对的位置，并根据节点匹配对位置确定节点匹配对类型。5.根据权利要求1所述的基于节点匹配对的直线段与直线段的自动分割方法，其特征在于，在步骤S3中，于第一直线段L1和第二直线段L2实交时，则需要同时满足以下公式：f(L1)(P3)*f(L1)(P4)＜0f(L2)(P1)*f(L2)(P2)＜0其中，P1和P2为第一直线段L1的两个端点，P3和P4为第二直线段L2的两个端点，f(L1)是第一直线段L1的数字方程式表达，f(L2)是第二直线段L2的数字方程式表达。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞昌彬，夏俊，赵志刚，贺彪，李霖，董玉鹏，
申请(专利权)人：浙江大学宁波理工学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33