[发明专利]一种基于克里金方法的水下地形数字高程建立方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及水下地形数字高程模型领域，尤其涉及一种基于克里金方法的水下地形数字高程建立方法。

背景技术

现有的水下地形数字高程建立都是基于初始水深数据，直接通过插值方法完成的。水深地形数据库常直接应用于地形辅助导航，由于水下GPS信号不可达，因此导航的精确性要求水深地形数据库具备很高的精度。由于测深环境的复杂性使得水深数据存在系统误差和随机误差，进行粗差剔除后的初始水深数据呈不规则分布。直接从初始水深数据插值完成规则格网数字高程的过程中，存在插值方法、水深插值数据获取范围、水深插值结果修正的问题，其核心问题是待插值位置处水深数据范围的选取，无法根据地形变化特征动态选取水深数据，数据范围过小则不能正确的得出待插值位置水深值，数据范围过大，既有运算量大的问题，也会引入结果偏差。

因此，引入了一种基于克里金方法的水下地形数字高程建立方法，首先由初始水深数据完成不规则三角网地形，由于不规则三角网具有表达地形变化的特性，根据待插值位置附近不规则三角网地形的地形起伏选取合适步长的数据作为该位置处的水深插值数据，解决了数据选取的问题，基于克里金方法的线性加权水深值估计，采用权值修正和交叉验证的水深插值误差补偿，有益于提高规则格网数字高程模型的精度。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有方法直接由初始水深数据通过插值方法完成水下地形数字高程的建立存在着水深插值数据选取不合理、插值结果没有误差补偿的问题，提出了一种基于克里金方法的水下地形数字高程建立方法，由本发明建立的水下地形数字高程具有精度高的优点。

本发明所述方法是通过完成初始水深数据的不规则三角网地形，根据地形起伏特征选取合适步长的水深数据进行普通克里金插值运算，再通过权值修正和交叉验证来完成水深插值结果的误差补偿，其技术方案如下：

一种基于克里金方法的水下地形数字高程建立方法，具体步骤如下：

步骤1采用公知的多波束水深测量方法测量水深值，获得水深数据

所述的水深数据表示经度为i、纬度为j的位置A_ij处的水深值，

步骤2建立不规则三角网

由初始水深数据在地球坐标系OENU中的NOE平面上的投影点相互连接建立不规则三角网，地球坐标系OE轴正向为地理东向，ON轴正向为地理北向，OU轴正向为天向：

步骤2.1确定投影点的凸壳

选取投影点中纬度值最小的投影点为起点，当存在多个投影点纬度值相等且最小时，取其中经度最小的投影点为起始顶点，记为X₀，由起始顶点X₀向其它投影点且A_ij≠0连线，取其中与X₀连线和OE轴夹角最小的投影点为第一顶点X₁，当存在多个这样的投影点时，取和起始顶点X₀距离值最大的投影点为第一顶点X₁，然后由第一顶点X₁向投影点且A_ij≠0，1连线，取其中与X₁连线和直线X₀X₁夹角最小的投影点为第二顶点X₂，以此类推，选取与X_k的连线和直线X_k-1X_k夹角最小的投影点为第k+1顶点X_k+1，k＝2，3，…n-2，直到所找到的第n顶点X_n和起始顶点X₀重合为止，n为所选取得到的顶点个数，由顶点X₀、X₁、X₂…X_n-1依次相连形成凸多边形，并以所述凸多边形为凸壳，顶点X₀、X₁、X₂…X_n-1为凸壳点，

步骤2.2由凸壳建立不规则三角网：

首先，由起始顶点X₀向凸壳的其它顶点依次连线，形成凸壳三角网，然后，对位于凸壳内的投影点作如下连接处理：

任选一个凸壳内的投影点，将所选投影点分别与包围所选投影点的三角形的顶点连线，遍历所有凸壳内的所有投影点，得到由三角形拼接而成的不规则三角网，