基于网格重建的海底地形地貌变化探测与分析方法

摘要

本发明公开了一种基于网格重建的海底地形地貌变化探测与分析方法。本发明实现了不同时期、多种来源历史地形的数字化与标准化，以及海底多维时空网格的重建，进而实现了海底地形地貌变化的定量分析，给出了详细的技术流程与方法，在海洋测绘过程中，能有效利用多种来源数据，克服了近岸河口等地形高变区域的历史地形高效利用与统一标准对比问题，提升了历史数据质量和多种来源数据的综合利用效率，在海底监测、海洋测绘、计算机图形学与海底科学研究中具有非常重要的实际应用价值。

主权项

1.一种基于网格重建的海底地形地貌变化探测与分析方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：多时期系列的历史海底地形数字标准化1.1）如果现有的历史海底地形地形图为电子版，直接转入步骤1.2)；如果现有的历史海底地形地形图为纸质版，进行数字化，使用扫描仪扫描成电子版地形图，然后使用地理信息软件数字化该电子版地形图为矢量地形图；1.2）标准化历史地形图：如果步骤1.1）中具有n个时期的历史海底地形图，则形成n个电子地形原始数据集合Raw＝{raw_i}_i＝1,n，n为自然数，每个时期的电子地形图raw_i均包含了坐标(x,y)、水深z与时间t等四维信息；检查各个时期的海底地形图的成图基本参数是否相同，所述的基本参数包括坐标系统、投影参数和基准面，如果上述任一参数不相同，则使用地理信息系统软件按照相同的坐标系统、投影参数和基准面参数将原始数据集合Raw＝{raw_i}_i＝1,n转换为标准化后的数据集合Proc＝{proc_i}_i＝1,n，转换后的每个时期的数字地形图proc_i均包含了坐标(x,y)、水深z与时间t等四维信息；步骤2：构建多时期的DDTM使用插值方法对所述的数据集合Proc＝{proc_i}_i＝1,n逐一进行网格化，形成n个时期的海底数字水深时间模型DDTM集合，DDTM＝{DDTM_i}_i＝1,n；每个时期的的网格参数，包括行数K、列数L、网格间距和范围，均相同，每个网格点包含了坐标(x,y)、水深z与时间t四维信息；所述的插值方法计算公式为：式中，为待插值点；dep(x_i)为已知深度点，由数据集Proc＝{proc_i}_i＝1,n离散为水深点所得；为各已知深度点的权值系数，该系数可通过如下公式计算：$\left\{\begin{array}{c}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{w}_{j}y(x_i,x_j)-u=y(x_0,x_i)\\ \underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{w}_j=1\end{array}\right.i=\mathrm{1,2},...,n$式中，y(x_i,x_j)为各已知深度点间的协方差；y(x₀,x_i)为待插值点与各已知点间的协方差；步骤3：构建差值网格与时变网格任选两个时期的DDTM，按照空间对应关系，逐个网格点进行差值运算并形成差值网格：ΔDDTM_i,j＝DDTM_i-DDTM_j，ΔDDTM_i,j的每个网格点均包含坐标(x,y)、水深差值Δz与时间差值Δt，网格范围及间距与参与运算的网格DDTM_i和DDTM_j完全相同；将差值网格ΔDDTM_i,j的每个网格点的水深变化值Δz与时间变化值Δt逐一进行相除运算，获得时变海底网格对于每个网格点δ_k,l＝Δz_k,l/Δt_k,l，当Δt_k,l＝0时为无效网格点；基于差值网格ΔDDTM_i,j和地形时变网格Δddm_i,j绘制三维图形。