曲线压缩斜率差限值法的设计与实现

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  摘 要:本文对传统的偏角法进行分析,并指出其不足之处,针对不足然后提出斜率差限值法,然后通过两种实验结果来说明该算法的性优越性和可靠性。
  关键词:曲线压缩;偏角法;斜率差限值法
  线是地理要素之一,往往表示一些地物地貌,比如道路,地势高低等。通常,我们用曲线来表达实际的地物地形信息多一点。当代社会获取的数据手段越来越丰富,技术越来越先进。在面对大量的数据时,我们如何将采集来的数据进行合理的舍去,从而能保留必要的目标信息。目前具有代表性的压缩方法,有角度限值法等,但各自也存在不足,针对偏角法不足之处[ 1 ],本文提出斜率差限值法来更好的应用于曲线数据的压缩。
  一、偏角法
  偏角法是从待处理的曲线的一端开始,选取相邻的三个点,第一点与第二点连线,同时第一点与第三点连线,计算此两线之间的夹角,若所得角大于限值则保留,否则剔除。后面的点按次法依次操作,直至所有点处理结束[ 1 ]。该方法对角度变化比较敏感,适用于平缓的曲线,但通过线段长度来换算夹角,这会增加计算量,导致耗时比较大,可能会舍去不该舍去点。如图1所示,P2点的偏角小于限差,应舍弃;P3点的偏角大于限差,应保留[ 2 ]。
  二、斜率差限值法
  该方法来源于直线的斜率思想。其基本过程如下:
  1)首先确定一条曲线的始点,遐想有这样一个坐标轴,它的水平轴平行于过计算机屏幕左右底下角的连线,纵轴垂直于两底角的连线。
  2)假设以始点P1向末点Pn作为前进方向,为了不失实际效果,始末点保留。每两点为一组,计算这两点的纵坐标变量Δy与横坐标变量Δx的比值作为斜率K,即K=。这里P1与P2为第一组,P2与P3为第二组,P3与P4为第三组,依次分下去,共计N-1个组。
  3)判断点P2舍弃情况,用第二组的斜率与第一组的斜率两者差的绝对值ΔK与限差D比较,若ΔK  依次类推,直至所有的点检测结束。简化示意图如图2所示。
  三、实验分析
  为了实现上述算法的可靠性,笔者用VC++6.0实现斜率差值限值法的算法[ 3 ]。并借助MATLAB绘制压缩图。实验數据来源于www.wei2008.com网站。压缩时,斜率差限值法阙值设置为0.5,偏角法限差设置为5.5。实验效果如图3所示。两种方法压缩属性如表1所示。
  从图3与表1可以看出用偏角法压缩后,在某些地方发生形变,而利用斜率差限值法,压缩后仍然接近原来的形状。在压缩比大致一样时,斜率差限值法压缩的时间要比偏角法要少些。
  四、结语
  通过实验比较,本文论述的斜率差限值法比偏角法更具有优势。偏角法只是单纯的从角度出发,没有考虑直线的方向性;而斜率差限值法不仅考虑了角度,也考虑了直线的方向性;在计算时,只计算两点的横坐标变化量和纵坐标变化量及比值,避免了求线段长度,从而减少压缩时间。为矢量数据压缩带来一定的技术支撑,具有一定的实用价值。
  参考文献:
  [1] 赵永清.自动设置阙值的道格拉斯-普克压缩法[J].山西煤炭管理干部学院学报,2013,26(3):120-122.
  [2] 汤国安,刘学军,等.地理信息系统教程[M].北京:高等教育出版社,2007.
  [3] 张胜,朱才连,钟世明.Douglas-Peucker 算法的改进及应用[J].武汉理工大学学报,2005,29(5):671-674.
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