[发明专利]一种顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种溺谷海岸线化简方法，尤其是涉及一种顾及地理特征的溺谷海岸线化简方法。

背景技术

作为海图、岛礁地图上重要要素的海岸线，其正确表达及其在地图综合尺度变换中的有效化简，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海岸线自动化化简方法的支持。

最早有关岸线化简方法可回溯至Perkal(1966)提出的滚圆法(又称ε-generalization法)，该方法主要考虑岸线几何形态特征对地图尺度变换的影响，其基本思路为定义一直径为ε的圆，沿岸线两侧滚动，当岸线两侧曲线重合时表示其重合的岸线段为凸ε集(即曲线上每一点的曲率半径都不小于ε值)，无需处理；反之若两侧曲线不重合代表对应的岸线段为非凸ε集，非凸ε集内的岸线弯曲可以舍弃。Christensen(1999，2000)使用水涯线-中轴线变换算法(Waterlining And Medial-Axis Transformation)在计算机环境下实现了Perkal滚圆法思想。自Perkal的滚圆法之后，出现了很多关于海岸线化简的方法。其中一类方法试图通过几何特征点的选取达到岸线化简的目标，如间隔取点法(nth point)、Lang方法、Reumann-Witkam方法、Jenks法、光栅法、Dauglas-Peucker法以及基于遗传算法的化简方法等。Dauglas-Peucker法是其中的典型算法，该算法基于Attneave(1954)提出的图形特征点理论(即认为曲线信息主要集中在曲线特征点上)，通过比较首末点连线与当前点距离获取曲线特征点，具有平移、旋转的不变性等优点。Dauglas-Peucker法因此得到广泛应用，成为事实上的线(也包括岸线)化简的标准算法。

单纯从几何角度考虑岸线的特征点的保持是不够的，海岸线具有明显地理含义，其蕴含的地理特征信息主要通过弯曲形式表现。对岸线弯曲进行识别、分析、操作是实现岸线尺度变化的另一类方法。Visvalingam和Whyatt(1993)首先提出基于图形弯曲分析的岸线化简思路：当前点P_i与其相邻两点P_i-1、P_i+1构成弯曲单元，弯曲单元的重要性由P_i和相邻边P_iP_i-1、P_iP_i+1构成的三角形的面积确定，通过弯曲单元识别、删除实现岸线化简。Wang和Muller(1998)在弯曲形状的分析基础上将岸线化简操作细化为删除、合并、夸大几类。艾廷华(2000)应用计算几何中的Delaunay三角网模型识别曲线弯曲，建立了建立弯曲群的二叉树结构。Poorten和Jones(2002)利用Delaunay三角网提取了曲线所处空间骨架线网络，通过骨架分支的剪枝和骨架线网络的动态更新逐步删除曲线弯曲逼近变化后的曲线图形。Wang和Muller(1993)针对复杂海岸线地理特征，建立了河流支流的层次结构，通过支流选等步骤取实现海岸线化简。

第三类岸线化简方法主要考虑综合前后分形维数保持，如定长取点法(Walker-Divider法)和王桥、毋河海(1998)提出的顾及分维数保持的Dauglas-Peucker算法。

海岸线化简受到其所处的制图区域地理特点的约束。例如，综合以正向地貌形态为主的堆积海岸线(如淤泥质海岸线、沙质海岸线等)和以负向地貌为主的侵蚀型海岸线(如溺谷海岸线、岬湾海岸线等)时，应采用不同的化简原则和方法。已有方法将海岸线看作是纯几何要素，以几何特征(如特征点或主体趋势等)的保持为目标，忽略了对隐含在几何特征背后的地理含义的分析和处理，无法正确反映岸线所处制图区域的地理特征。海岸线有明确的地理含义，具有自然性、自相性、多样性等特征。海岸线化简不是一个简单的几何变换过程，而是在分析海岸带空间地理现象规律性基础上的通过调用底层的几何操作算法实现空间信息概括的过程，综合目标在于保持区域的地理规律性特征。

海平面上升后海水淹没河道，河道尾部沉溺于海面下，河道受波浪改造后，仍保持河道基本轮廓，这类海岸称为溺谷海岸。作为表达溺谷海岸地貌的重要地图要素，溺谷海岸线以几何形态的方式表达海岸地貌形态结构。溺谷海岸线最大的几何特征是河口层次化组织的树枝状。多条河口间存在明显分枝关系，主河口分枝为次级河口，次级河口分枝为下一级河口，直至不可再分枝的河口。附图1是溺谷海岸线示例。