[发明专利]电子海图矢量图形简化方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是地理信息系统空间数据分析和处理方法。

背景技术

电子海图系统(Electronic Chart System.ECS)是随着航海事业的发展而产生的一种集成式的实时导航信息系统，被认为是继雷达/ARPA之后近10年来在航海领域又一项伟大的技术革命。按照国际海道测量组织(IHO)的定义：电子海图系统是一种将海图信息、定位信息、雷达信息、船舶动态参数集于一体的图文并茂的航海自动化系统。它由电子海图数据文件、控制显示设备、专用软件和外接传感器构成。

电子海图系统作为海洋信息的显示平台，可以详尽的描述指定海域的实际地物特征信息。岛屿等要素大量存在于海图中，在现今的矢量电子海图中，描述岛屿等矢量要素使用的是一系列密集的离散点列。由于数据点越多，描述原始地物的能力越强，越能真实的反映原物体。因此，在海图数据文件中存储着大量的点数据，用来详尽的描述岛屿的形态特征。

随着电子海图技术的日益发展，其应用领域不断扩大。由前面叙述可知，电子海图中描述岛屿等要素使用的是一系列离散点数据，在具体的实际应用中，直接应用海图中海量的数据进行数学计算必然会导致运算速度慢且效率低下。例如，在电子海图服务于近水面飞行器航路规划时对岛屿等进行规避的特定应用中，对于路径规划来说应用矢量海图中大量的点数据进行航路规划显然数据量太大，规避计算时占用机时过多，效率极低。为此，有必要对描述岛屿等要素的大量点数据在保证其几何形状不变的前提下进行特征点的提取，即对海图要素进行简化处理。

电子海图矢量图形化简属于矢量数据压缩的范畴。目前，从收集到的文献资料来看，有关矢量图形简化的算法大都集中在地图自动综合领域。在该领域中，通常采取矢量数据压缩的技术实现要素空间信息与地图比例尺的自适应，即若地图比例尺较大(比例尺分母较大)，则描述要素的数据量大，若降低地图比例尺，则通过一定的算法减少描述同一要素的数据量，使要素数据信息与地图比例尺互相适应。仔细分析现有的矢量图形简化算法可清晰的看出，当前算法都存在一定的缺陷，主要表现在：(1)化简后的图形可能出现相交；(2)化简阈值的选取问题。

Douglas-Peucker算法作为目前公认的矢量图形化简经典算法，由D.Douglas和T.Peucker于1973年提出，简称D-P算法，现有的化简算法中，有相当一部分都是在该算法基础上进行改进产生的。它的优点是具有平移和旋转不变性，给定曲线与阈值后，化简结果一定。该算法的基本思想是：事先给定阈值δ，在曲线首、末两点之间连线，依次计算中间点到该线段的距离，找出最大距离点，并判断该距离是否小于δ，若是，则舍去该曲线的所有中间点；否则，保留该点，并以该点为界，将曲线分为两部分，对这两部分重复使用上述操作。从基本思想可以看出该方法具有明显的递归特性，是一种由整体到局部，由粗到细化简矢量图形的方法。

Douglas-Peucker算法在不同的领域中获得了广泛的应用。例如，申请号为200810243866的专利申请中应用该算法实现了一种电子地图数据处理方法，该应用中直接采用了Douglas-Peucker算法进行矢量数据压缩，没有考虑Douglas-Peucker算法自身的缺陷(化简后结果可能存在自相交，化简阈值的适当选取等问题)和在特定应用上的局限性。

矢量图形化简的根本目的是在保持图形基本特征的前提下，通过减少构成图形的点的数量，完成图形的化简。对于化简过程，应遵循“三个保持”：一是保持化简前后图形的相似性，即保持弯曲形状的基本特征；二是保持弯曲特征转折点的精确性；三是保持不同地段弯曲程度的对比。

发明内容

本发明的目的在于提供一种更加完备、精确、通用性更强的电子海图矢量图形简化方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)提取给定的矢量图形的凸壳；

(2)将由凸壳划分出的图形凸部和凹部分类处理，分别进行化简；

(3)直接应用Douglas-Peucker算法对图形凸部进行化简；图形凹部采用逐层化简的方法进行化简，对于存在复杂弯曲的凹部，应用基于直线段绕动方向的弯曲识别方法识别出不同层次的弯曲，然后对每一层次的弯曲分别进行化简，直至所有弯曲处理完毕；

(4)、增加一个化简阈值，实施对凹部的化简。