[发明专利]一种空间异常极值无偏等值图绘制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间异常极值无偏等值图绘制方法，属于地理信息系统领域。

背景技术

利用离散形态的采样数据绘制等值图，是指示空间异常的重要手段之一。理想的等值图如图2(b)所示。传统的等值线绘制主要基于规则矩形格网(Grid)和不规则三角网(Triangulated Irregular Networks，TIN)。

Grid数据通常由离散点数据经过内插而得，得益于矩形格网的规则性和均匀性，利用Grid方法绘制的等值线图更加圆滑美观。然而该方法将网格节点作为等值线追踪的基准点，忽略了原始采样点的位置信息，会造成采样点附近数据失真，精确表示空间异常的关键特征时较为困难，从而造成了等值线圈定的异常中心与采样极值点无法套合的成图现象，在空间异常等值图绘制工作中，即表现为异常中心与极值点偏移的现象，如图2(a)所示。

另一方面，为了避免Grid网格化过程中的精度损失，往往采取TIN方法直接对原始采样点进行网格化。基于该方法进行离散点网格化，网格点就是原始采样点本身，减少了精度损失，同时适用于各种数据分布密度和不规则形状区域。然而，作为TIN的基本单元，三角形的几何形状直接决定着TIN应用质量，由于该方法绘制的等值线趋势易受病态三角形影响，所以往往勾绘出的等值线不够圆滑美观。除此之外，不规则三角网法制作的等值线图边界为不规则凸包，因此还需要对数据进行扩边补空处理。所以该方法并不能妥善解决空间异常中心与极值点偏移的问题。

针对上述问题，众多学者提出了多种解决方法。宋敏和张见明等采用矩形网格法绘制等值线，在等值点的追踪过程中加密局部等值点，并且在细分后的节点上重新计算高程值，有效提高网格化精度，但是异常中心偏移的现象依旧存在。胡金虎通过对原始TIN模型进行加密，得到均匀分布的三角网格。王学春和尚继红利用三次Bezier曲线拼接模型实现了完全满足拓扑关系的等值线光滑。胡德鹏和黄晓萍等则提出了基于TIN追踪等值线的改进算法，并建议采用张力样条算法光滑等值线。以上基于TIN制作等值线图的改进方法，提高了制图可视化效果，但是并没有妥善解决等值图边界的扩边补空处理问题。

空间异常中心与采样极值点之间产生偏差的成图现象，会造成制图可视化成果与客观事实不相符，为异常的追踪、查证带来极大的困难，甚至是误导。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了兼顾制图精度和可视化效果，本发明提出了一种空间异常极值无偏等值图绘制方法，分别通过原始采样点和规则矩形网格点控制等值线图精度和可视化效果。

本发明的一种空间异常极值无偏等值图绘制方法，利用离散的原始采样点集绘制，具体包括以下步骤：

(1)对原始采样点集A提取极值点，得到极值点点集A’；所述极值点为局部邻域分析范围内，比周围所有点的空间属性值高或低的点；

(2)对原始采样点集A进行规则矩形网格化，得到规则矩形网格节点点集B及规则矩形网；

(3)合并点集A’和点集B，得到点集C；

(4)删除点集C中导致病态三角形生成的畸形网格节点，得到点集D；

(5)利用点集D建立不规则三角网，绘制等值线图G，绘制结束。

步骤(1)通过以下步骤提取原始采样点集A的极值点：

(101)对原始采样点集A构建不规则三角网，利用该不规则三角网制作空间异常等值图G1；

(102)根据空间异常等值图G1中的等值线与原始采样点集A中各点的拓扑关系，提取位于最内层等值线所圈定的区域内的采样点，所有采样点组成极值点点集A’。

步骤(4)通过以下步骤删除畸形网格节点：

(401)已知点集C中，来自规则矩形网格节点点集B的点的数量为N，来自极值点点集A’的点的数量为M；

(402)对于来自极值点点集A’的一点a_m，且m∈[1,M]，确定点a_m在规则矩形网中所在的单元格R，确定单元格R中距离点a_m最近的点b_n，且点b_n来自规则矩形网格节点点集B，n∈[1,N]，并通过以下公式计算点b_n与点a_m的距离d：