本发明专利技术公开了一种顾及局部细节特征的露天煤矿DEM精确裁剪方法，步骤为：建立待裁剪三角网与裁剪多边形的格网索引；将裁剪多边形嵌入三角网；生成被裁剪TIN边界；TIN裁剪。本发明专利技术在构建待裁剪DEM与裁剪多边形格网索引的基础上，基于待裁剪TIN对裁剪多边形进行精确插值，把裁剪多边形嵌入到待裁剪TIN中，并根据位于裁剪多边形内TIN三角形集合的拓扑关系，构建被裁剪TIN边界，采用边优先的一次性CDT生长算法构建裁剪多边形与被裁剪TIN边界间的三角网，实现了对由TIN描述的DEM的精确裁剪，经实验验证，本发明专利技术提出实现的方法效率高、运行稳定，并已成功应用于露天煤矿数字化开采设计实践。
A DEM Accurate Cutting Method for Open-pit Coal Mines Considering Local Details
【技术实现步骤摘要】
一种顾及局部细节特征的露天煤矿DEM精确裁剪方法
本专利技术属于露天煤矿的
，尤其涉及一种顾及局部细节特征的露天煤矿DEM精确裁剪方法。
技术介绍
构建矿床地质模型是实现露天煤矿数字化开采设计的基础，鉴于煤矿床属于典型的沉积矿床，含煤地层一般具有较好的层状结构，因此，煤矿床地质模型中的各个地质层面通常选用由TIN描述的DEM模型。多层地质层面DEM集成后的煤矿床地质模型在后续的数字化开采设计应用过程中，经常需要根据局部采动或地质数据更新范围对已构建的DEM进行裁剪，因此，设计并实现一种高效的DEM裁剪算法，对于实现基于地质层面DEM的露天煤矿数字化开采设计具有重要意义。DEM裁剪，包括面/面裁剪与线/面两种情况。面/面裁剪是通过计算两个基于TIN描述的DEM之间的交线来分离DEM；线/面裁剪则是用一条空间曲线来对DEM进行分离裁剪。关于面/面裁剪，Maillot在文献(MAILLOTP.G.Threedimensionalhomogeneousclippingoftrianglestrips[A].ARVOJ.GraphicsGemsII[C].NewYork:APprofessional,1991)中提出了基于Sutherland-Hodgman多边形的裁剪算法，进行平面对三角形条带的裁剪，Lindenbeck等(LINDENBECKC.,EBERTH.,ULMERH.,etal.TRICUT:Aprogramtocliptrianglemeshesusingtherapidandtrianglelibrariesandthevisualizationtoolkit[J].Computers&Geosciences,2002,28(7):841-850)则基于RAPID(RobustandAccuratePolygonInterferenceDetection)与TRIANGLE库设计了一种TRICUT算法，通过求取三角网交线，实现了不规则三角网之间的相互裁剪。花卫华等在文献(HUAWeihua,DENGWeiping,LIUXiuguo,etal.ImprovedPartitionAlgorithmbetweenTriangulatedIrregularNetwork[J].EarthScience-JournalofChinaUniversityofGeosciences,2006,31(5):619-623)中对TRICUT算法进行了改进，首先通过建立三角网的方向包围盒(orientedboundingbox,OBB)树实现曲面间的碰撞检测，然后对发生相交的三角形对统一计算交点，最后通过对顶点坐标归一化完成曲面切割后的快速重构。李江伟等(LIJiangwei,JIGang.RapidRectangularGrid-BasedClippingAlgorithmofSurface[J].MicrocomputerInformation,2008,24(27):157-159)将三角网与三角网之间的求交简化为三角网与矩形网格求交，从而提高了裁剪速度。相对于成熟的面/面裁剪算法，由于空间曲线的复杂性，使得任意曲线裁剪曲面算法无法实现，导致不规则三角网的线/面裁剪算法研究并不成熟。钟家民等在文献(ZHONGJiamin,GUOXinzhi,LIYuan.Preciseclippingalgorithmfor3Dtriangulatedirregularnetwork[J].ComputerEngineeringandApplications,2010,46(16):204-206+231)中提出了一种投影策略实现对TIN进行裁剪，算法中首先将TIN投影到二维平面，然后利用约束Delaunay三角剖分把裁剪多边形的每条边嵌入三角网中，利用边-三角形的拓扑关系删除裁剪多边形外部多余三角形，最后利用边-点的拓扑关系对裁剪多边形顶点高程进行插值，生成裁剪后的TIN模型。杨洋等在文献(YANGYang,LIZhaoliang,PANMao.ClippingAlgorithmforTriangulatedIrregularNetworkBasedonTopology[J].GeographyandGeo-InformationScience,2014,30(3):21-24)中提出了一种基于拓扑追踪的TIN裁剪算法，主要是利用依附于三角网上的空间曲线，沿着三角网进行拓扑追踪，并沿追踪轨迹对TIN进行分离，最终实现TIN裁剪。文献(ZHONGJiamin,GUOXinzhi,LIYuan.Preciseclippingalgorithmfor3Dtriangulatedirregularnetwork[J].ComputerEngineeringandApplications,2010,46(16):204-206+231)中，通过将裁剪多边形的每条边嵌入三角网后，再利用边-三角形的拓扑关系将裁剪多边形外部的三角形删除，文献(YANGYang,LIZhaoliang,PANMao.ClippingAlgorithmforTriangulatedIrregularNetworkBasedonTopology[J].GeographyandGeo-InformationScience,2014,30(3):21-24)中主要是通过将裁剪多边形各条边的顶点插入到三角形中，根据点与三角形的位置关系，将边或三角形“打碎”，并重构三角网，然后利用三角网拓扑关系，裁剪TIN。总之，上述技术中均未在裁剪过程中考虑到由TIN描述的DEM的局部细节，实现的并非“精细”裁剪。
技术实现思路
基于以上现有技术的不足，本专利技术所要解决的问题在于提供一种顾及局部细节特征的露天煤矿DEM精确裁剪方法，通过计算裁剪多边形各条边与裁剪路径上各三角形中每条边的交点，并将交点插入到裁剪多边形后，再根据裁剪路径上三角网的拓扑关系生成边界，最后重新生成裁剪多边形与被裁剪三角网边界间的三角网实现对三角网的裁剪。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案来实现：本专利技术提供一种顾及局部细节特征的露天煤矿DEM精确裁剪方法，包括以下步骤：S1：建立待裁剪三角网与裁剪多边形的格网索引；S2：将裁剪多边形嵌入三角网；S3：生成被裁剪TIN边界；S4：TIN裁剪。可选的，所述步骤S1包括：S11：确定待裁剪TIN的最小外接矩形；S12：根据TIN中三角形的数量和几何特征将最小外接矩形划分为l×m个小单元格；S13：根据三角形与格网单元的空间位置关系，将TIN中的三角形映射到格网单元中。可选的，所述步骤S2包括：S21：多边形顶点高程插值；利用三角形三个顶点所构成的平面方程计算裁剪多边形顶点的高程值：设△ABC三个顶点的坐标分别为(xA,yA,zA)，(xB,yB,zB)，(xC,yC,zC)，由此三点可确定平面法向量为：a＝(yB-yA)(zC-zA)-(zB-zA)(yC-yA)b＝(zB-zA)(xC-xA)-(xB-xA)(zC-zA)c＝(xB-xA)(yC-yA)-(yB-yA)(xC-xA)则待插值顶点M的高程zM为：S22：计算多边形与T本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种顾及局部细节特征的露天煤矿DEM精确裁剪方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立待裁剪三角网与裁剪多边形的格网索引；S2：将裁剪多边形嵌入三角网；S3：生成被裁剪TIN边界；S4：TIN裁剪。
【技术特征摘要】
1.一种顾及局部细节特征的露天煤矿DEM精确裁剪方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立待裁剪三角网与裁剪多边形的格网索引；S2：将裁剪多边形嵌入三角网；S3：生成被裁剪TIN边界；S4：TIN裁剪。2.如权利要求1所述的顾及局部细节特征的露天煤矿DEM精确裁剪方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S11：确定待裁剪TIN的最小外接矩形；S12：根据TIN中三角形的数量和几何特征将最小外接矩形划分为l×m个小单元格；S13：根据三角形与格网单元的空间位置关系，将TIN中的三角形映射到格网单元中。3.如权利要求1所述的顾及局部细节特征的露天煤矿DEM精确裁剪方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S21：多边形顶点高程插值；利用三角形三个顶点所构成的平面方程计算裁剪多边形顶点的高程值：设△ABC三个顶点的坐标分别为(xA,yA,zA)，(xB,yB,zB)，(xC,yC,zC)，由此三点可确定平面法向量为：a＝(yB-yA)(zC-zA)-(zB-zA)(yC-yA)b＝(zB-zA)(xC-xA)-(xB-xA)(zC-zA)c＝(xB-xA)(yC-yA)-(yB-yA)(xC-xA)则待插值顶点M的高程zM为：S22：计算多边形与TIN三角形交点。4.如权利要求1所述的顾及局部细节特征的露天煤矿DEM精确裁剪方法，其特征在于，所述步骤S3包括：S31：获取裁剪多边形内外部三角形集合；S32：重建裁剪多边形内外部TIN拓扑结构。5.如权利要求4所述的顾及局部细节特征的露天煤矿DEM精确裁剪方法，其特征在于，所述获取裁剪多边形内外部三角形集合步骤中，首先需要确定TIN中三角形与裁剪多边形的位置关系，当三角形三个顶点均位于裁剪多边形外部时，根据其与裁剪多边形是否相交确定该三角形与裁剪多边形的位置关系，其中，点与多边形的位置关系采用射线法判断，具体步骤为：S311：判断点与多边形最小外接矩形的关系，若点位于多边形最小外接矩形的外部，则可直接判断点位于多边形外部，否则继续步骤S312...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵景昌，高菲，孙宝志，王东，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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