专利名称：采用旋转tin网和距离与夹角双权内插法的大比例尺地形图测绘方法
技术领域：
本发明涉及地理信息系统领域的ー种大比例尺地形图测绘方法。
背景技术：
所有DEM都实旋局部内插，内插方法对于提高DEM的精度和高保真性能是ー个重要的保障，但影响DEM局部内插结果精度和高保真性能的最重要的前提条件是好的测绘点分布，即数据结构。如果测绘点布局不合理，数据结构的整体不能反映出或提取出地表变化的重要因素或趋势，或反映、提取的因素或趋势比较粗糙，则内插一定不能取得很好的结果。即内插要在好的数据结构上进行，数据结构(DEM数据模型)第一重要，内插方法次之。因此，地形图测绘方法中的两个主要部分，是DEM数据模型和高程内插的方法。只有将更好的DEM数据模型和更好的高程内插方法更好地结合起来才能使所测绘和制作的地形图具 有更高的精度和高保真性能。现有DEM数据模型分为规则网与TIN两类，这两类DEM数据模型存在的共同的不足之处是，(I)没有考虑第三维数据，平面Delaunay构网，根本就不用管第三维坐标，因此，除特定情况外，ニ维与三维结构毕竟是两回事。平面按Delaunay条件构建三角形网后，再进行高程内插是不合理的根源，它并没有严密的理论根据。(2)没有较好地考虑地形沿走向和倾向两方向变化的趋势性。(3)没有更好地考虑相邻三角形的有机呼应配合对地形进行更好的控制。(4) ー个区域ー种网密度，即在某ー网密度下没有相对密集区和相对稀疏区，或密集区和稀疏区分布无规律。得到的是该区域的总体平均趋势，没有重点的细致区，也不能用细致区的趋势来推测邻近稀疏区的细致化趋势。(5)没有考虑在一定网密度下节省测绘点位或相同的网密度可以覆盖更大的面积。(6)没有对各方向上的控制距离分割进行更好地考虑。现有的局部内插法中的反距离加权法是常用的解决周围数据点距内插点的远近对内插点高程影响大小的ー种方法，它是以周围数据点距内插点间直线距离的大小为权值的，它适用于内插点与周围数据点间在三维空间曲率较小的情况，当内插点与周围数据点间在三维空间的曲率较大时则不适合，即，数据点的方向性对内插点高程的影响没有考虑，影响内插结果的准确性。由于现有的DEM数据模型和高程内插方法在上述方面存在的不足之处，使地形图控制的准确性和高保真性能仍然有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供ー种采用旋转TIN网和距离与夹角双权内插法的大比例尺地形图测绘方法，以解决地表实体数据结构间的呼应、配合不足，没有对相邻数据间组成的相邻三角形平面间夹角的影响予以直接考虑的缺陷。它包括下述步骤一、以国家规定的各种大比例尺下地形碎部点间距离值的二倍作为基础正方形的边长，或根据需要和经验确定。二、在基础正方形的四个顶点各布置一个测绘点，在基础正方形相邻的两条边上分散布置0 Ii1Oi1为0或整数)个测绘点，在基础正方形内分散布置3 n2(n2为0或整数)个测绘点，且上述测绘点中任意两点之间的距离在基础正方形的边长0. 20 0. 85倍之间。基础正方形顶点、边上和内部的测绘点以三角形连接，保证相邻的任意两个测绘点之间的连线长度在基础正方形边长的0. 20 0. 85倍之间，基础正方形中所有三角形中所有的内角都应大于18度，并使连线所分割的相邻两三角形的6个内角中最小者最大为原则，最终形成基本单元I (图I)。三、把基本单元I逆时针旋转90 Xn3 (n3为0或整数)度形成一次单元体2 (图2),把基本单元I逆时针旋转90Xn4(n4为0或整数)度形成二次单元体3 (图3),把基本单元I逆时针旋转90 X n5 (n5为0或整数)度形成三次单元体4 (图4)。四、用基本单元I、一次单元体2、二次单元体3和三次单元体4拼接成一个正方形的配套单元(图5)，配套单元中相邻两个基本单元公共边上只有顶点处的两个测绘点时，公共边两侧、分处于两个基本单元之内的三角形顶点处的控制点相连，保证相邻的任意两个测绘点之间的连线长度在基础正方形边长的0. 20 0. 85倍之间，配套单元中所有三角形中所有的内角都应大于18度，并使连线所分割的相邻两三角形的6个内角中最小者最大、网络中的测绘点具有较好的交错性和分散性为原则，可适当修改基础正方形中的三角形连线。五、以配套单元为复制单位，重复平移复制配套单元，形成覆盖测绘区的测绘网，相邻两个配套单元中的相邻两个基本单元的公共边上只有顶点处有两个测绘点时，公共边两侧的、分处于两个基本单元之内的距离最近的三角形顶点处的控制点相连，保证相邻的任意两个测绘点之间的连线长度在基础正方形边长的0. 20 0. 85倍之间，配套单元中所有三角形中所有的内角都应大于18度，并使连线所分割的相邻两三角形的6个内角中最小者最大、网络中的测绘点具有较好的交错性和分散性为原则，形成初始测绘网络(图6)。所述初始测绘网络是所有控制点与相邻控制点之间的连线，所述相邻的控制点连线去除基础正方形相邻两个顶点处控制点的连线，初始测绘网络中相邻两个控制点间的长度在基础正方形边长的0. 20 0. 85倍范围内。依次分别选择配套单元中的I个单元作为测绘网络的起点可得到初始测绘网络的4个亚方案，在4个亚方案中选择一个亚方案。六、在初始测绘网络的测绘点处进行测量、采集数据。七、如果旋转配套TIN网中某测绘点在以该初始测绘网络为中心，在基础正方形边长的0. 15倍范围内调整后，可以作为地形特征点，则将该测绘点调整到新位置，形成动态测绘网络，动态测绘网络中所有三角形中所有的内角都应大于18度。初始测绘网络中的初始测绘点也可根据其它实际情况调整，调整范围也是正方形边长的0. 15倍范围内，调整后形成的动态测绘网络中所有三角形中所有的内角都应大于18度。八、根据总体地形特征布置其它地形特征点。九、在八中动态测绘网络中的测绘点和九中的地形特征点处测量平面位置和高程。十、将九中布置的地形特征点与其所在的三角形的三个顶点相连，形成局部次级加密网。、
十一、将测绘点位置和高程及测绘网中三角形连接数据数据输入计算机，进行数字化储存和管理。十二、采用距离与夹角双权内插法进行高程内插。(一 )内插点在三角形平面内时内插点高程的求解方法见示意图32—a, A(xa, ya, za), B(xb, yb, zb), C(xc, yc, zc)是三角形的三个顶点，且za > zb > zc, A ABJ, A BCI, A ACH 是与 A ABC 临边的三个三角形，M、N、L、K 分别是 AABJ，A BCI，AAO^P AABC 的分布中心，D(xd，yd，zd)点在 AC 边上，zd = zb。BD 为等高线。G(xg，yg，zg)点是ABC ニ角形内欲内插闻程值的点，zg。是G点在A ABC平面内内插的闻程值,Zg是G点根据AABC和AABJ，ABCI，AACH四个三角形的数据内插的高程值。与ABC三角形邻边的三个三角形的分布中心(可根据情况选择算术平均中心、加权平均中心和中位中心)分别为 M(xm, ym, zm)、N(xn，yn，zn)和 Kx1, Yl, Z1)、。E 点在 AB 边上，F 点在 AC 边上，E，G，F点三点在同一条直线上，高程相同，即Zg = Ze = zf。S、F、E、Q四点高程相同，即Zs = Zf = Ze = zq。P 点在 BC 边上，N、P、U 三点高程相同，即 Zn= Zp = zu。0 バ ZGEQ)，0 2 ( Z GFS),03( Z UPN)分别为相邻两三角形同名等高线间的夹角(S1, 02，03均取小于180°者)。自G点到以G点所在三角形为内核向外的第一圈三角形分布中心的距离分别为Cl1(GM)，d2 (GL)，d3 (GN)，……dn。I、在三角形ABC中用线性内插的方法求出G点的高程zG0O2、用算术平均法求出以AABC为内核向外的第一圈三角形分布中心M、N、L，......n
点的平面坐标。用线性插值的方法分别在M、N、L，……n点所在的平面上求出M、N、L，……n 点的高程，ZM, Zn, Zl, ......Zn。3、用在本三角形内线性内插的方法求出AABC和以A ABC为内核向外的第一圈中三角形间同名等高线端点和转折点Q、E、F、S、U、P、N,......点的平面坐标，Zq = zE = Zf =
rJrJrJrJrJ
乙 Gj WPN9o4、求AABC和以A ABC为内核向外的第一圈中三角形间同名等高线间夹角Xeq — xe_Xqj yEQ — Ye-Yq zeq — ze_zq，xeg — xe_xg，Jeg —zeg — ze_zgH1 bx — xEQ xEG+yEQ yEG+zEQ zEGIa1I =fhV — +タ￡, +z￡e 柄I =^ec/ + yj + zEG2
n ax-bxcos6> 丨=丨 I 丨
PiMMxFS — xF_xSj yFS — Yp-Ys Zfs — z￥~zs, xFG — xF~xG yFG — yF_yG，zFG — zF_zGa2 b2 — xFS xFG+yFS yFG+zFS zFGI^21 ^xFS yps zFS ^pl \ ^xFG ト少FG トム FG
a2.b2cos ち= 2Xpn — Xp-xN yPN — Yp-Yn zpn — ^p-zN Xpu — Xp-Xu, yPU — Yp-Yu zpu — zp_zua3 b3 — xPN xPU+yPN yPU+zPN zPUz^xPN + yPN + zPNpu + ypu + zpu
权利要求
1.采用本发明的旋转TIN网和距离与夹角双权内插法的大比例尺地形图测绘方法，以解决地表实体数据结构间的呼应、配合不足，没有对相邻数据间组成的相邻三角形平面间夹角的影响予以直接考虑的缺陷，其特征在于它包括下述步骤一、以国家规定的各种大比例尺下地形碎部点间距离值的二倍作为基础正方形的边长，或根据需要和经验确定，二、在基础正方形的四个顶点各布置一个测绘点，在基础正方形相邻的两条边上分散布置O Ii1 (II1为O或整数)个 测绘点，在基础正方形内分散布置3 n2(n2为O或整数)个测绘点，且上述测绘点中任意两点之间的距离在基础正方形边长的0. 20 0. 85倍之间，基础正方形顶点、边上和内部的测绘点以三角形连接，保证相邻的任意两个测绘点之间的连线长度在基础正方形边长的0. 20 0. 85倍之间，基础正方形中所有三角形中所有的内角都应大于18度，并使连线所分割的相邻两三角形的6个内角中最小者最大为原则，最终形成基本单元I (图I),三、把基本单元I逆时针旋转90Xn3(n3为0或整数)度形成一次单元体2(图2)，把基本单元I逆时针旋转90 X n4 (n4为0或整数)度形成二次单元体3 (图3)，把基本单元I逆时针旋转90 Xn5Oi5为0或整数)度形成三次单元体4 (图4)，四、用基本单元I、一次单元体2、二次单元体3和三次单元体4拼接成一个正方形的配套单元(图5)，配套单元中相邻两个基本单元公共边上只有顶点处有两个控制点的公共边两侧、分处于两个基本单元之内的三角形顶点处的控制点相连，相邻的任意两个测绘点之间的连线长度在基础正方形边长的0. 20 0. 85倍之间，配套单元中所有三角形中所有的内角都应大于18度，并使连线所分割的相邻两三角形的6个内角中最小者最大，具有较好的交错性和分散性为原则，可适当修改基础正方形中的三角形连线，五、以配套单元为复制单位，重复平移复制配套单元，形成覆盖测绘区的测绘网，相邻两个配套单元中的相邻两个基本单元的公共边上只有顶点处的两个控制点的公共边两侧的、分处于两个基本单元之内的距离最近的三角形顶点处的控制点相连，相邻的任意两个测绘点之间的连线长度在基础正方形边长的0.20 0. 85倍之间，配套单元中所有三角形中所有的内角都应大于18度，并使连线所分割的相邻两三角形的6个内角中最小者最大，网络中的测绘点具有较好的交错性和分散性为原则，形成初始测绘网络(图6)，所述初始测绘网络是所有控制点与相邻控制点之间的连线，所述相邻的控制点连线去除基础正方形相邻两个顶点处控制点的连线，初始测绘网络中相邻两个控制点间的长度在基础正方形边长的0. 20 0. 85倍范围内，依次分别选择配套单元中的I个单元作为测绘网络的起点可得到初始测绘网络的4个亚方案，在4个亚方案中选择一个亚方案，六、在初始测绘网络的测绘点处进行测量、采集数据，七、如果旋转配套TIN网中某测绘点在以该初始测绘网络为中心，在基础正方形边长的0. 15倍范围内调整后，可以作为地形特征点，则将该测绘点调整到新位置，形成动态测绘网络，动态测绘网络中所有三角形中所有的内角都应大于18度，初始测绘网络中的初始测绘点也可根据其它实际情况调整，调整范围也是正方形边长的0. 15倍范围内，调整后形成的动态测绘网络中所有三角形中所有的内角都应大于18度，八、根据总体地形特征布置其它地形特征点，九、在八中动态测绘网络中的测绘点和九中的地形特征点处测量平面位置和高程，十、将九中布置的地形特征点与其所在的三角形的三个顶点相连，形成局部次级加密网，十一、将测绘点位置和高程及测绘网中三角形连接数据数据输入计算机，进行数字化储存和管理，十二、采用距离与夹角双权内插法进行高程内插，
2.依据权利要求I所述的采用旋转TIN网和距离与夹角双权内插法的大比例尺地形图测绘方法，其特征在于在步骤四和步骤五之间还包括步骤A，把配套单元的长度或宽度方向缩放，使之成为长方形，内部所有测绘点位置按照缩放比例调整。
全文摘要
采用旋转TIN网和距离与夹角双权内插法的大比例尺地形图测绘方法，它涉及地形图测绘方法，以解决地表实体数据结构间的呼应、配合不足，没有对相邻数据间组成的相邻三角形平面间夹角的影响予以直接考虑的缺陷。包括下述步骤在旋转配套网的节点处设测绘点；如果旋转TIN网中某测绘点在以该测绘点为中心，在基础正方形边长的0.15倍范围内调整后，可作为地形特征点，则将该测绘点调整到新位置；根据总体地形特征增设其它地形特征点；将增设的地形特征点与其所在的三角形的三个顶点相连，形成局部次级加密网；采用距离与夹角双权内插法进行高程内插；制作等高线；完成地形图和地形三维立体透视图的制作。
文档编号G09B29/00GK102760377SQ201110110239
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者冯彬, 商宇航, 王立媛, 田立慧, 黄桂芝 申请人:黄桂芝