[发明专利]基于加权径向基函数插值的断裂地形保持方法

说明书

本发明公开了一种基于加权径向基函数插值的断裂地形保持方法。该方法包括如下步骤：首先基于区域法向量与高程的差异去识别待插值点附近断裂线同侧或异侧邻近点，然后对不同类型的邻近点赋予不同的权重，最终基于加权径向基函数插值模型实现DEM建模。在实例分析中，以机载激光雷达点云数据为研究对象，借助本发明方法构建测区DEM，并将计算结果与传统插值算法进行比较，如反距离加权法、克里金法和自然邻域法。精度分析表明，不论邻近点数为多少，本发明方法计算精度均优于其他几种传统插值方法。对三维表面图分析表明，相较于传统插值方法，本发明方法能够较好的保持断裂线局部地形特征。

技术领域

本发明涉及一种基于加权径向基函数插值的断裂地形保持方法。

背景技术

数字高程模型(Digital Elevation Model，简称DEM)是利用有限的高程数据实现对地球表面的数字化表达。地球表面通常在陡坎、冲沟、梯田等处出现突变或转折，这些突变或转折被称为地形特征线或断裂线。DEM构建过程中，断裂线作为地表形态特征的数字化表达，极大地影响着DEM的真实性与精度。因此，为了产生高精度的DEM，减少地形地貌特征的失真，需要发展断裂线保持的地形建模算法。按照数学性质不同，断裂线可以分为折痕断裂线(Crease Breaklines)和跳跃断裂线(Jump Breaklines)。折痕断裂线处地表高程连续，但法向量不连续，如山谷线、山脊线等；跳跃断裂线处地表高程不连续，但法向量连续，如路沿、陡崖、冲沟等。现阶段关于DEM构建中对断裂线的处理通常分为两个步骤，即：首先从图像或点云中提取断裂线，然后将断裂线作为约束条件辅助DEM内插。

关于地形断裂线提取研究方面，相关人员提出了一系列算法，如Brügelmann利用边缘检测算子从栅格化LIDAR点云中提取断裂线；Briese通过局部拟合平面相交的方法从原始点云中直接提取断裂线；徐景中发展了一种基于局部法向量差异的断裂线提取方法；Yang提出了一种基于点云分割的断裂线自动提取方法。相较于从图像中提取断裂线，从点云中直接提取的断裂线精度有所提高，但仍面临断裂线位置偏差以及计算量较大的问题。

基于断裂线约束的DEM内插需要解决关键问题为如何合理利用断裂线附近采样点。基于此，陈学工等提出了一种改进的Delaunay三角网约束边嵌入算法，该算法在构建TIN过程中加入断裂约束，从而有效的保持了地形特征。

关于基于规则格网DEM约束内插方面，陈天伟等结合杨赤中法发展了一种地形断裂线附近待插值点和采样点位置判断及处理方法，该方法在断裂线处理时没有顾及断裂线的类型，对所有类型断裂线均采取同一种处理方式。朱莹等将断裂线分为硬断裂线和软断裂线，处理软断裂线时采用修改异侧采样点权重的方法，处理硬断裂线时采用排除异侧采样点的方法。该方法在划分邻域采样点时，仅考虑了邻域中采样点与断裂线的位置关系，当邻域内包含断裂线但断裂线未与邻域圆相割时，会导致未相割部分的采样点划分出错。

综上，以上几种DEM内插存在如下不足之处，即均需要事先提取断裂线，工作量较大；而且插值精度受所使用断裂线精度的影响较大，如：若所使用的断裂线存在位置偏差，会导致在划分断裂线同侧和异侧邻近点时出现错误，从而导致断裂线附近地形失真。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于加权径向基函数插值的断裂地形保持方法，在无需进行断裂线提取的同时，能够较好的保持断裂线局部地形特征。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

基于加权径向基函数插值的断裂地形保持方法，包括如下步骤：

I.将原始点云划分为分辨率为H的网格；

II.选取一个网格，将该网格中心点作为待插值点，查找与待插值点较近的k个邻近点；

III.以邻近点法向量和高程的差异为依据，对各个邻近点进行划分，具体过程如下：