[发明专利]一种基于空间模式匹配的倒钩河自动识别方法

权利要求书

1.一种基于空间模式匹配的倒钩河自动识别方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)基于研究区域的矢量水系图层，将满足预设长度要求的近似直线河段抽象为节点，生成节点集合V；

(1-1)从研究区域的矢量水系图层中读取河流数据到集合R＝{r_i|i＝0,1,…,nr-1}中，r_i表示第i条河流，nr为河流个数；

(1-2)从集合R中读取一条河流r_i，将河流r_i存入栈Stack；

(1-3)判断栈Stack是否为空，若栈Stack不为空，则取出位于栈顶的河段作为当前需处理的河段rc，否则执行步骤(1-15)；

(1-4)根据公式(1)计算河段rc的直线近似度S；

式中，ps为河段rc的起点，pe为河段rc的终点，||ps-pe||表示河段rc的实际长度，Len(ps,pe)表示点ps与pe之间的理想直线长度；

(1-5)若SST，ST为预设最大直线近似度阈值，则判定当前河段rc为近似直线河段，执行步骤(1-6)，否则执行步骤(1-10)；

(1-6)根据公式(2)计算河段rc的走向Direction；

Direction＝(pe.x-ps.x，pe.y-ps.y)                 式(2)

式中，(ps.x，ps.y)为河段rc的起点坐标，(pe.x，pe.y)是河段rc的终点坐标；

(1-7)获取河段rc的中点，标记为节点Nc；

(1-8)记录河段rc的所属河流序号i、直线近似度S、长度和走向Direction；

(1-9)将节点Nc存储到集合v_i中，并返回执行步骤(1-3)；

(1-10)根据公式(3)依次计算当前河段rc中每个折点到河段首尾连线的距离，并获取Dis值最大的折点F；

式中，(pj.x,pj.y)为河段rc第j个折点的坐标；

(1-11)用折点F将当前河段rc分成两部分，其中上游河段记为Lline，下游河段记为Rline；

(1-12)对于下游河段Rline，计算其长度Length；

(1-13)若LengthLT，LT为预设最短直线长度阈值，则将下游河段Rline入栈Stack，否则返回执行步骤(1-3)；

(1-14)针对上游河段Lline，按照步骤步骤(1-12)和步骤(1-13)执行；

(1-15)顺序给集合v_i中的节点添加NodeType属性值，具体为：若集合v_i只有一个节点，则该节点的NodeType为11；否则，其中最上游节点的NodeType为-1，最下游节点的NodeType为1，其余节点的NodeType为0；

(1-16)重复执行步骤(1-2)至步骤(1-14)，直至集合R中所有河流被处理，将最终得到的所有集合v_i组合形成节点集合V＝{v_i|i＝0,1,…,nr-1}；

(2)基于近似直线河段之间的邻接关系，生成边集合E，并由节点集合V和边集合E，生成流域的ARG模型G＝(V，E)；具体包括：

(2-1)读取矢量水系图层中河流线数据的流向属性，存入集合ToID＝{t_i|i＝0,1,…,nr-1}中，其中，t_i表示第i条河流r_i的流向属性，i表示河流序号，nr为河流个数；

(2-2)读取一条河流r_i，获取集合ToID中值为i的所有河流的序号，并将这些序号放入集合F_i中；

(2-3)获取河流r_i的上游节点，存储到局部节点集合Set_i；

(2-4)获取集合F_i中所有河流的下游节点，存储到集合Set_i；

(2-5)从Set_i中任意取两个节点，记为N_k和N_l；

(2-6)基于节点N_k和N_l，生成边e_kl；

(2-7)分别获取节点N_k、N_l的走向D_k、D_l；

(2-8)根据公式(4)计算河段夹角值Angle，作为边e_kl的属性Angle；

式中，(D_k.x,D_k.y)和(D_l.x,D_l.y)分别为D_k、D_l的坐标；

(2-9)获取节点N_k的河流序号值m，获取节点N_l的河流序号值n；

(2-10)获取节点N_k所属河流的流向属性t_m，获取节点N_l所属河流的流向属性t_n；

(2-11)根据公式(5)计算EdgeType，将其作为边e_kl的属性EdgeType，并将边e_kl连同其属性Angle和EdgeType存入边集合e_i中；

(2-12)循环执行步骤(2-5)至步骤(2-11)，直至集合Set_i中任意两节点都被处理；

(2-13)获取河流r_i的节点集合v_i中任意两相邻节点，并对两相邻节点执行步骤(2-6)至步骤(2-11)；

(2-14)重复执行步骤(2-13)，直至集合v_i中所有相邻节点都被处理；

(2-15)循环执行步骤(2-2)至步骤(2-14)，直至所有河流都被处理，得到边集合E＝{e_i|i＝0,1,…,nr-1}；

(2-16)基于图的邻接表存储结构，根据节点集合V和边集合E，生成ARG模型G＝(V，E)；

(3)定义倒钩河的空间模式P的结构模式和语义模式匹配规则；具体包括：

(3-1)定义倒钩河的结构模式P＝(Vp，Ep)，其中，Vp为节点集，具体包括三个节点，每个节点的属性为NodeType，Ep为边集，具体包括三条边，每条边的属性为MinAngle、MaxAngle和EdgeType；

(3-2)基于倒钩河的平面形态和空间结构特征，定义倒钩河的语义模式的匹配规则如下表所示：

表中，MinAngle和MaxAngle表示夹角最小值和最大值；

(4)基于空间模式的结构匹配，识别出所述ARG模型中与所述空间模式P结构一致的所有同构子图，并存储到集合SG中；

(5)基于空间模式的语义匹配，顺序进行集合SG中每一个子图与空间模式P的语义匹配，将匹配失败的子图从集合SG中删除；

(6)根据集合SG，生成倒钩河图层。