一種基于節點信息量統計的多波束地形分塊方法與流程

本發明涉及的是一種多波束地形分塊方法，是一種地形預處理方法。

背景技術：

地形信息特征的量化表達對地形匹配導航的適配性分析，地形匹配導航的路徑規劃，地形信息的壓縮存儲等技術領域十分有用。由于水下地形信息特征分散地形信息集中于某些區域而相對平坦的區域地形信息少，在實際應用中地形信息量豐富的地區往往使我們最感興趣和最關注的，如何將信息量豐富的地區和地形信息量少的地區劃分開也就成了我們關心的問題。目前尚未有類似的方法。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種可以對地形進行最優的分塊，將地形信息量大的地形區域和地形信息量少的區域最大程度的分開的基于節點信息量統計的多波束地形分塊方法。

本發明的目的是這樣實現的：

步驟1，將地形節點的信息量離散到8個方向，8方向梯度噪聲比為：8方向信噪比為：利用最大化原則將8個方向上的信息量化成一個量SSNR_ij，

步驟2，設置分塊的最小邊界值dep_min和最大邊界值dep_max，進行最優分塊，具體包括：

步驟2.1，設分塊地形的邊界節點個數為K＝dep_min；

步驟2.2，將地形按照每一個分塊邊界dep_num個節點進行劃分，得到的分塊數為M*N，解算每一個分塊下的地形節點的信息量均值

步驟2.3，計算當前分塊下序列的方差

S_K＝var(Μ_SSNR)

K＝K+1，回到步驟2.1直到K＝dep_max；

得到分塊地形的邊界點數目從dep_min到dep_max的變化過程中分塊地形的信息量均值的方差變化，方差表現了地形分塊的離散程度，當離散程度達到最大時，信息量大的節點和信息量小的節點被最優的分配到各個地形塊中，最優分塊數下每一地形子塊的邊界地形節點數目為：

本發明提供了一種地形信息劃分方法，將地形區域分割成若干個相等的地形區域，在本發明方法所得到的分塊地形下，地形信息量大的區域和地形信息量小的區域可以有效的分開，這種地形分塊方法可以用于地形數據的壓縮存儲，地形信息豐富的分塊存儲較多的節點信息量小的分塊存儲較小的節點數，該方法還可以用于地形匹配導航的路徑規劃，航行器經過地形信息量大的分塊區域等，可以提高匹配的精度和可靠性。

本發明通過對地形信息的8方向離散和量化，使得地形的豐富程度得到量化。利用分塊后的子地形塊的信息量均值序列的方差定義分塊的優劣性，以方差最大化為最優評價標準得到最優分塊下的子塊邊界節點數。利用本發明可以對地形進行最優的分塊，將地形信息量大的地形區域和地形信息量少的區域最大程度的分開，分塊后的地形性可用于地形數據的壓縮存儲，地形匹配導航的路徑規劃等方面。

附圖說明

圖1是節點信息量方向離散化示意圖；

圖2是地形節點信息量計算流程圖；

圖3是地形最優分塊的計算流程；

圖4a至圖4b是地形圖及其地形最優分塊圖，圖4a灰度表示高程，圖4b灰度表示信息量；

圖5是本發明的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明作更詳細的描述。

一種基于節點信息量統計的多波束地形分塊方法的主要實現步驟包括：

步驟一、測量誤差的估計

m₁n₁表示分塊地形數據Z₁網格化后的地形節點數目，m₂n₂表示測量地形數據Z₂網格化后的測點數目，測量滿足下面的等式：

在獲得待分塊的地形(Z₁,X₁,Y₁)和待分塊區域二次測量地形(X₂,Y₂,Z₂)之后，進行測量誤差的估計，具體步驟如下：

(1)待分塊地形與二次測量地形的對準

由于兩次測量的地形并非是完全對準的，可能存在坐標的偏移所以需要在Z₁中確定一個搜索區域X_S，并在配準過程中得到測量誤差的估計S。

搜索過程中的某一個搜索點ij，計算Z₂與該搜索點對應的地形面的高度偏差：

計算Δh_ij的均值和標準差估計：

(2)得到了h_cij的估計值之后就可以計算測量地形和先驗地形的真實相似程度了，由于初始的測量誤差是一個未知數且不能精確估計，通過地形匹配定位可以獲得匹配定位的估計位置x_p＝(x_e,y_e)，地形匹配定位的估計式如下：

其中：h(x_ij,y_ij)表示測量序列點(x_ij,y_ij)在先驗地形圖中的插值結果。

(3)得到匹配定位估計位置x_p后計算定位點x_p在Z₁中的插值結果與Z₂的高度差序列Δh_p：

計算Δh_p的標準差S_p估計，就得到了待分塊地形測量誤差估計σ：

S_p＝std(Δh_p)＝σ。

步驟二、地形節點的信息量計算

定義地形節點的梯度噪聲比函數如下：

定義地形的信噪比函數如下：

其中：表示地形的某一個節點的高度值；σ表示地形的測量誤差的標準差，通過第一步估計得到；k表示方向標記，由于節點在每一個方向的梯度都不一樣所以需要將梯度進行離散處理。

通過上式可以計算每一個節點分別在8個方向上的信息量，利用最大化原則或者平均值原則將8和方向上的信息量化成一個量，這里假設用最大化原則。

進行以上處理之后，就可以將節點的信息量矩陣輸入分塊程序。

步驟三、地形信息量最優分塊確定

設置分塊的最小邊界值dep_min和最大邊界值dep_max。

最優分塊的計算步驟如下，初始K：

(1)假設分塊地形的邊界節點個數為K＝dep_min；

(2)將地形按照每一個分塊邊界dep_num個節點進行劃分，此時得到的分塊數為M*N，解算每一個分塊下的地形節點的信息量均值

(3)計算當前分塊下序列的標準差

S_K＝var(Μ_SSNR)

判斷K＝dep_max是否成立，若不成立，則K＝K+1，回到第(2)步直到K＝dep_max。

步驟四、通過步驟三得到分塊地形的邊界點數目從dep_min到dep_max的變化過程中分塊地形的信息量均值的方差變化，方差表現了地形分塊的離散程度，當離散程度達到最大時，信息量大的節點和信息量小的節點被最優的分配到各個地形塊中。

最優分塊數為：

按照每個網格邊包含K_opt個節點對先驗地形(Z₁,X₁,Y₁)進行劃分就可以得到地形的最優分塊。