DEM架构下的TIN向Grid模型的高效转换方法与流程

本发明涉及一种dem架构下的模型的转换方法，特别涉及dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，属于三维地理信息系统技术领域。

背景技术：

dem又被称为数字高程模型，这一概念的概念在二十世纪五十年代被提出，随后随着计算机技术特别是地理信息系统的发展，dem得到了广泛的研究与大量的实际应用，直至今日已经得到迅速发展，dem在当今社会中发挥着越来越重要的作用，在社会基础设施建设如土木建设、测绘工程、城市规划、道路交通以及市政工程等领域起到了非常重要的作用，同时也在地理勘测、三维环境仿真等方面广泛应用。数字高程模型dem是一种地球表面地形的模拟和数字化描述，研究和应用领域越来越多，并且已经成为地理空间数据基础设施和三维数字地球乃至三维智慧地球的核心内容。

现有技术的数字高程模型dem主要包括两种比较常用的形式：tin和grid，grid又被称为规则格网数字高程模型，tin又被称为不规则三角网数字高程模型。tin和grid两种形式的数字高程模型结构相对简单，比较容易建立拓扑关系，对其进行可视化分析和应用也相对比较简单。不规则三角网tin数字高程模型的优势在于能够非常充分的反映地面采样点的分布密度和地形的复杂程度，能够十分准确的描述地表特征，更加准确的逼近真实地表；规则格网grid在数据结构上不如规则三角网简单，但规则格网grid存取和处理的过程相对方便。因此，在不规则三角网高程模型tin和规则格网高程模型grid之间进行转换对更加有效的应用数字高程模型来说是十分必要。

不规则三角网tin是通过不同分布的离散点数据生成连续的三角面来模拟逼近地形表面的，具有表达复杂地形的能力，由于三角网数据结构比较复杂，往往需要将生成的tin按一定精度，即格网间矩内插生成规则格网。现有技术的不规则三角网tin生成规则格网grid的方法主要有线性内插、多项式内插。要提高内插速度，核心是要快速搜索到格网节点所在的不规则三角形。关于格网点是否位于不规则三角形的判断方法，现有技术一是包括首先将不规则三角网进行分块处理，然后利用矩阵方法进行三角形的判断，算法中分块的建立以及利用矩阵方法判断所在三角形均需要占用较多的时间，算法复杂，资源占用较多，受到计算复杂度高的限制，不能推广到实际应用中，几乎没有实用价值；现有技术二是先找出与格网节点距离最近的顶点，然后再利用其拓扑关系判断其所在的不规则三角形，但最近顶点的查找以及三角网拓扑关系的维护和使用仍然要占用一定的时间，算法效率依然较低，失真情况较为严重，转换前后误差较大，并且需要经常维护，出错概率较高；现有技术三是在搜索不规则三角形时先以矩形块为范围搜索，判断不规则三角形所处的是具体一个矩形块，然后利用点落在三角形判断方法确定高程点落在哪个不规则三角形中，根据高程内插得出格网的高程值，以此来提高搜索速度，但该方法理论基础弱，大规模转换时可靠度不高，维护困难，出错后难以查找原因，并且算法速度依然不够理想。

综合来看，现有技术dem架构下的不规则三角网tin向规则格网grid的快速高效转换主要是格网点的快速检索，判断出格网点位于哪个不规则三角形的内部，然后内插出格网点的高程值。现有技术存在一些算法，但都存在较大的缺陷：一是算法中分块的建立以及利用矩阵方法判断所在三角形均需要占用较多的时间，算法复杂，资源占用较多，受到计算复杂度高的限制，不能推广到实际应用中，几乎没有实用价值；二是最近顶点的查找以及三角网拓扑关系的维护和使用仍然要占用一定的时间，算法效率依然较低，失真情况较为严重，转换前后误差较大，并且需要经常维护，出错概率较高；三是在搜索不规则三角形时先以矩形块为搜索范围，然后利用点落在三角形判断方法确定高程点落在哪个不规则三角形中，根据高程内插得出格网的高程值，但方法理论基础弱，大规模转换时可靠度不高，维护困难，出错后难以查找原因，并且算法速度依然不够理想。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供的dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，采用的转化方法仅通过遍历不规则三角形表就完成了转换，避免了考虑构建不规则三角网过程中复杂的数据结构，因而本发明方法的实现比较简单，计算速度也比较快，由于是根据不规则三角形来确定范围，这使得相应格网点的搜索范围变得很小，同时在计算过程中的坐标归算处理也有助于提高效率，通过对不同密度的格网进行转换实验，得到的结果表明，本发明的方法不同格网间距转换时间和不同分辨率转换时间都较现有技术的方法明显缩短，节约时间26％以上，且本发明的方法资源占用较少，转换前后误差较小，不需要经常维护，出错概率较小，能较好的推广到实际应用中，实用价值较大。

为达到以上技术效果，本发明所采用的技术方案如下：

dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，dem架构下tin到grid模型的转换为一个内插格网点高程的过程，内插格网点高程采用线性插值法，判断出格网点所属的不规则三角形后，在不规则三角形确定的平面内内插出格网点的高程，核心在于快速搜索到格网点所处的不规则三角形；

本发明提供的dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法的步骤如下：

第一步，遍历记录各个不规则三角形顶点的不规则三角形表，对每一个不规则三角形，确定包含不规则三角形的最小矩形范围；

第二步，找出落入最小矩形范围的格网点；

第三步，遍历第二步中找出的落入最小矩形范围的格网点，判断格网点是否位于不规则三角形，若在，则内插出格网点高程。

dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，进一步的，具体方法流程为：步骤1为读入不规则三角形，步骤2为确定最小矩形范围，步骤3为找出落入最小矩形范围的格网点，步骤4为遍历格网点，步骤5为判断格网点是否位于不规则三角形内，步骤6为内插格网点高程，各步骤依次进行；

其中，步骤5如果判断格网点位于不规则三角形内，则进入步骤6，步骤5如果判断格网点不位于不规则三角形内，则进入步骤1。

dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，进一步的，tin向grid模型的高效转换过程包括待转换数据准备、一个不规则三角形的处理、遍历不规则三角形表以完成tin向grid模型的转换；

其中一个不规则三角形的处理包括确定包含不规则三角形的最小矩形范围、找出落入最小矩形范围的格网点、内插格网点高程。

dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，进一步的，待转换数据准备中：找出所有待转换的数据点覆盖范围，同时将每个待转换的数据点坐标进行归算，减去范围原点的坐标。

dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，进一步的，确定包含不规则三角形的最小矩形范围中，找出包含不规则三角形所有区域的最小矩形，不规则三角形的三个顶点落在最小矩形的边界上。

dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，进一步的，找出落入最小矩形范围的格网点中：

a1＝int(amin/e)；

a2＝int(amax/e)+1；

b1＝int(bmin/e)；

b2＝int(bmax/e)+1；

amin，amax，bmin，bmax分别为归算后的矩形区域的最小最大经度和最小最大纬度，e为格网间隔，则(a1，b1)到(a2，b2)之间的格网点都在最小矩形区域内。

dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，进一步的，内插格网点高程中：

逐个遍历最小矩形区域内的格网点，判断格网点是否位于不规则三角形之内，若位于不规则三角形之内，则内插出格网点的高程值，如果三角形的三顶点为a1(x1，y1)，a2(x2，y2)，a3(x3，y3)，格网点为a(x，y)是否位于不规则三角形内的判断如下：

f1＝(y-y1)(x2-x1)+(y2-y1)(x1-x)；

f2＝(y3-y1)(x2-x1)+(y2-y1)(x1-x3)；

f3＝(y-y2)(x3-x2)+(y3-y2)(x2-x)；

f4＝(y1-y2)(x3-x2)+(y3-y2)(x1-x)；

f5＝(y-y1)(x3-x1)+(y3-y1)(x1-x)；

f6＝(y2-y1)(x3-x1)+(y3-y1)(x1-x2)；

若f1×f2≥0且f3×f4≥0且f5×f6≥0，则格网点a位于不规则三角形内；

内插格网点高程a1，a2，a3所确定的平面方程为：

则待定点a的高程为：

得到待定点a的高程值z。

dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，进一步的，遍历不规则三角形表以完成tin向grid模型的转换中：遍历不规则三角形表，如果判断格网点位于不规则三角形内，则内插格网点高程，依次逐个处理，完成tin向grid模型的转换。

dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，进一步的，语音合成增强的过程为：估计完美二元时频掩蔽结果，如果它的信噪比大于之前设定的阈值，则被认为是由语音占主要地位的时频单元，保留这类单元；反之则被认为是由噪声占主要地位的时频单元，过滤掉这类单元；最后将经过处理后的时频单元再重新组合为增强后的语音。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明提供的dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，采用的转化方法仅通过遍历不规则三角形表就完成了转换，避免了考虑构建不规则三角网过程中复杂的数据结构，因而本发明方法的实现比较简单，计算速度也比较快，由于是根据不规则三角形来确定范围，这使得相应格网点的搜索范围变得很小，同时在计算过程中的坐标归算处理也有助于提高效率，通过对不同密度的格网进行转换实验，得到的结果表明，本发明的方法不同格网间距转换时间和不同分辨率转换时间都较现有技术的方法明显缩短，节约时间26％以上，具有较高的计算效率，且本发明的方法资源占用较少，格网点的检索与定位快速准确，算法的时间复杂度低而效率高，dem架构下的能够实现tin向grid模型的的高效快速转换。

2.本发明提供的dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，解决了现有技术的算法中分块的建立以及利用矩阵方法判断所在三角形均需要占用较多的时间，算法复杂的问题，本发明的方法资源占用较少，不受计算复杂度高的限制，能很好的推广到实际应用中，实用价值较大。

3.本发明提供的dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，解决了现有技术的算法最近顶点的查找以及三角网拓扑关系的维护和使用仍然要占用一定的时间，算法效率依然较低，失真情况较为严重的问题，本发明的方法转换前后误差小，失真情况可以忽略，并且无需经常维护，算法出错概率极小。

4.本发明提供的dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，解决了现有技术的部分算法在搜索不规则三角形时先以矩形块为搜索范围，然后利用点落在三角形判断方法确定高程点落在哪个不规则三角形中，根据高程内插得出格网的高程值，方法理论基础弱，大规模转换时可靠度不高，维护困难，出错后难以查找原因的问题，本发明的方法理论基础清晰牢固，大规模转换时可靠度依然很高，维护较为简单，出错后容易定位查找原因，算法速度效率理想。

附图说明

图1是本发明的dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法的步骤示意图。

图2是本发明的dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法的具体流程示意图。

图3是本发明的确定包含不规则三角形的最小矩形范围示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提供的dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法的技术方案进行进一步的描述，使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施。

参见图1至图3，本发明提供的dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，dem架构下tin到grid模型的转换为一个内插格网点高程的过程，内插格网点高程采用线性插值法，判断出格网点所属的不规则三角形后，在不规则三角形确定的平面内内插出格网点的高程，为提高高程内插的速度，核心在于快速搜索到格网点所处的不规则三角形。

为实现快速转换，如图1所示，本发明提供的dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法的步骤如下：

第一步，遍历记录各个不规则三角形顶点的不规则三角形表，对每一个不规则三角形，确定包含不规则三角形的最小矩形范围；

第二步，找出落入最小矩形范围的格网点；

第三步，遍历第二步中找出的落入最小矩形范围的格网点，判断格网点是否位于不规则三角形，若在，则内插出格网点高程。

一、方法具体流程

本发明提供的dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法的具体流程如图2所示，步骤1为读入不规则三角形，步骤2为确定最小矩形范围，步骤3为找出落入最小矩形范围的格网点，步骤4为遍历格网点，步骤5为判断格网点是否位于不规则三角形内，步骤6为内插格网点高程，各步骤依次进行；其中，步骤5如果判断格网点位于不规则三角形内，则进入步骤6，步骤5如果判断格网点不位于不规则三角形内，则进入步骤1。

二、tin向grid模型的高效转换过程

(一)待转换数据准备

找出所有待转换的数据点覆盖范围，同时将每个待转换的数据点坐标进行归算，减去范围原点的坐标。

(二)一个不规则三角形的处理

一个不规则三角形的处理包括三个步骤：一是确定包含不规则三角形的最小矩形范围，二是找出落入最小矩形范围的格网点，三是内插格网点高程。

(1)确定包含不规则三角形的最小矩形范围

确定包含不规则三角形的最小矩形范围，如图3所示，找出包含不规则三角形所有区域的最小矩形，不规则三角形的三个顶点落在最小矩形的边界上。

(2)找出落入最小矩形范围的格网点

al＝int(amin/e)；

a2＝int(amax/e)+1；

b1＝int(bmin/e)；

b2＝int(bmax/e)+1；

amin，amax，bmin，bmax分别为归算后的矩形区域的最小最大经度和最小最大纬度，e为格网间隔，则(a1，b1)到(a2，b2)之间的格网点都在最小矩形区域内。

(3)内插格网点高程

逐个遍历最小矩形区域内的格网点，判断格网点是否位于不规则三角形之内，若位于不规则三角形之内，则内插出格网点的高程值，如果三角形的三顶点为a1(x1，y1)，a2(x2，y2)，a3(x3，y3)，格网点为a(x，y)是否位于不规则三角形内的判断如下：

f1＝(y-y1)(x2-x1)+(y2-y1)(x1-x)；

f2＝(y3-y1)(x2-x1)+(y2-y1)(x1-x3)；

f3＝(y-y2)(x3-x2)+(y3-y2)(x2-x)；

f4＝(y1-y2)(x3-x2)+(y3-y2)(x1-x)；

f5＝(y-y1)(x3-x1)+(y3-y1)(x1-x)；

f6＝(y2-y1)(x3-x1)+(y3-y1)(x1-x2)；

若f1×f2≥0且f3×f4≥0且f5×f6≥0，则格网点a位于不规则三角形内；

内插格网点高程a1，a2，a3所确定的平面方程为：

则待定点a的高程为：

得到待定点a的高程值z。

三、遍历不规则三角形表以完成tin向grid模型的转换

遍历不规则三角形表，如果判断格网点位于不规则三角形内，则内插格网点高程，依次逐个处理，完成tin向grid模型的转换。

本发明提供的dem架构下的tin向grid模型的高效转换方法，采用的转化方法仅通过遍历不规则三角形表就完成了转换，避免了考虑构建不规则三角网过程中复杂的数据结构，因而本发明方法的实现比较简单，计算速度也比较快，由于是根据不规则三角形来确定范围，这使得相应格网点的搜索范围变得很小，同时在计算过程中的坐标归算处理也有助于提高效率，通过对不同密度的格网进行转换实验，得到的结果表明，本发明的方法不同格网间距转换时间和不同分辨率转换时间都较现有技术的方法明显缩短，节约时间26％以上，且本发明的方法资源占用较少，转换前后误差较小，不需要经常维护，出错概率较小，能较好的推广到实际应用中，实用价值较大。