用于低空突防中的机载数字地形数据压缩方法技术

本发明专利技术结合了曲面拟合与JPEG有损压缩编码技术的方法，将曲面拟合结合JPEG图像压缩的技术应用到实时航迹规划用地形数据库和地形匹配数据库中的地形数据的压缩上，提出了一种用于低空突防中的机载数字地形数据压缩方法，首先，对大尺度的地形分块后的小块的地形数据进行基于麦夸特法曲面拟合，对比拟合前后的地形数据，然后计算残差，对超出飞机飞行安全范围(-100m～100m)的残差进行JPEG有损压缩。此方法不仅保留了地形的起伏变化，还减小了地形高程数据的存储空间。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术结合了曲面拟合与JPEG有损压缩编码技术的方法，将曲面拟合结合JPEG图像压缩的技术应用到实时航迹规划用地形数据库和地形匹配数据库中的地形数据的压缩上，提出了一种，首先，对大尺度的地形分块后的小块的地形数据进行基于麦夸特法曲面拟合，对比拟合前后的地形数据，然后计算残差，对超出飞机飞行安全范围(-100m～100m)的残差进行JPEG有损压缩。此方法不仅保留了地形的起伏变化，还减小了地形高程数据的存储空间。【专利说明】
本专利技术涉及地形数据压缩
，具体为一种用于低空突防中的机载数字地形 数据压缩方法。
技术介绍
随着现代航空技术的飞速发展，数字地图己成为现代飞机飞行中不可缺少的重要 组成部分。而且随着遥感技术、卫星技术的发展，使得获取高分辨率的数字地形数据成为可 能。现代的地形数据采集技术向人们提供了精确的地形数据，然而随着对地形精确度的要 求越来越高，地形数据的存储量也越来越大。另一方面由于对机载数据存储的电子设备要 求特别高，必须具有高可靠性、体积小、重量轻，抗冲击、抗震动、耐高低温、具有很强的环境 适应性等要求，这就限制了普通数据存储设备的使用。现阶段，能满足机载电子设备苛刻要 求的数据存储介质的存储容量都不是非常的高。
技术实现思路
要解决的技术问题 现有的大多数地形数据的压缩技术是为了满足人们的感官要求，应用于地形可视 化的研究中。然而，在实际应用于飞机低空突防中的机载数字地图，现有的地形数据的压缩 技术往往不能同时满足飞机飞行的安全性要求，以及在适应机载存储能力的同时更为精确 的存储海量的地形数据。 技术方案 本专利技术结合了曲面拟合与JPEG有损压缩编码技术的方法，将曲面拟合结合JPEG 图像压缩的技术应用到实时航迹规划用地形数据库和地形匹配数据库中的地形数据的压 缩上，提出了一种，首先，对大尺度的地形分 块后的小块的地形数据进行基于麦夸特法曲面拟合，对比拟合前后的地形数据，然后计算 残差，对超出飞机飞行安全范围（-l〇〇m?100m)的残差进行JPEG有损压缩。 本专利技术的技术方案为： 所述一种，其特征在于：对大尺度 地形高程数据进行分块，对得到的每个小块地形高程数据进行如下压缩处理： 步骤1 :采用非线性最小二乘优化法中的麦夸特法对地形高程数据进行曲面拟 合，得到对应的高程函数z = f(x，y)，其中（x，y)表示地形高程数据中的位置点，z为点 (X，y)处的拟合高程值； 步骤2 :计算步骤1得到的高程函数中各点的高程数据残差，若所有点的高程数据 残差均在（-l〇〇m?100m)范围内，则采用该曲面拟合结果为数据压缩结果，否则进行步骤 3 ； 步骤3 :以各个点的高程数据残差值作为对应该点的像素值，得到一帧图像，对该 帧图像进行JPEG有损压缩压缩，得到数据压缩结果，其中在进行JPEG有损压缩压缩时需要 使最大正、负向恢复误差最小。 进一步的优选方案，所述一种，其 特征在于：每个小块地形数据中的数据点数是8X8点块的倍数。 进一步的优选方案，所述一种，其 特征在于：每个小块地形数据中的数据点数不大于32X32的数据点数。 有益效果 本专利技术对地形高程数据进行基于麦夸特法曲面拟合，对比拟合前后的地形数据， 然后计算残差，对超出飞机飞行安全范围（-l〇〇m?100m)的残差进行JPEG有损压缩。此 方法不仅保留了地形的起伏变化，还减小了地形高程数据的存储空间。 【专利附图】【附图说明】 图1 :平坦地形的高程数据的拟合前后图像，（a)拟合前的地形，（b)拟合后的地 形； 图2 :复杂地形的高程数据的拟合前后图像，（a)拟合前的地形，（b)拟合后的地 形； 图3 JPEG有损压缩压缩步骤； 图4 JPEG有损压缩压缩量化前后的残差图，（a)原始残差图，（b)保留6变换系 数量化后的残差图； 图5 :原始地形数据与曲面拟合结合JPEG压缩恢复后的地形图对比，（a)原始地形 图，（b)压缩恢复后图； 图6 :原始复杂地形数据压缩前后对比图，（a)原始地形图，（b)压缩恢复后图。 【具体实施方式】 下面结合具体实施例描述本专利技术： 本实施例所用的是东经108度北纬34度的SRTM3文件中分别截取的平坦与复杂 地形的32X32个点组成的地形高程数据，采用32x32的高程数据点，一方面是为了后面对 残差进行JPEG有损压缩得到更好的压缩效果，选取的高程数据点数是8X8点块的倍数；另 一方面采用32x32的高程数据点能够满足分析本算法验证要求，也可以根据实际需要采用 其他的8X8倍数的高程数据块。 首先采用非线性最小二乘优化法中的麦夸特法（Levenberg-Marquardt)，重复次 数为30,控制迭代数为20。对地形高程数据进行曲面拟合优化计算，得到最佳参数、决定系 数、均方根误差等。对比拟合前后的高程数据，得到残差。例如，设X代表东经上的32点，y 代表北纬上的32的点，z为这些点上的高程值。通过上述方法求得函数f，使得z = f (X，y)。 图1中主要是平坦地形的高程数据的拟合前后图像，拟合前虽然有很多小棱角， 但是对整个地形走势，没有太大的影响。拟合之后的高程值残差负值最小为_4m，正值最大 为11米，在飞机的安全范围（-l〇〇m?100m)之内并且不影响了解整个地形走势，残差可以 被忽略。图1的拟合公式为： 均方根误差为3.57。 图2为变化比较复杂、起伏比较大的地形，拟合前后的高程值残差相差太大， 在-216-268之间，超出了低空突防中飞机的安全飞行范围（-100m?100m)，所以这些残差 不能被忽略，必须对他们做JPEG有损压缩，保留这些有用的残差数据。从图2看出拟合后， 地形起伏中的大棱角特征全部磨平了，出现了失真。图2的拟合公式为 ： 【权利要求】1. 一种，其特征在于：对大尺度地形 高程数据进行分块，对得到的每个小块地形高程数据进行如下压缩处理： 步骤1 :采用非线性最小二乘优化法中的麦夸特法对地形高程数据进行曲面拟合，得 到对应的高程函数2 =以1，7)，其中（1，7)表示地形高程数据中的位置点，2为点（1， 7)处 的拟合高程值； 步骤2:计算步骤1得到的高程函数中各点的高程数据残差，若所有点的高程数据残差 均在（-100m?100m)范围内，则采用该曲面拟合结果为数据压缩结果，否则进行步骤3 ; 步骤3 :以各个点的高程数据残差值作为对应该点的像素值，得到一帧图像，对该帧图 像进行JPEG有损压缩压缩，得到数据压缩结果，其中在进行JPEG有损压缩压缩时需要使最 大正、负向恢复误差最小。2. 根据权利要求1所述一种，其特征在 于：每个小块地形数据中的数据点数是8X8点块的倍数。3. 根据权利要求2所述一种，其特征在 于：每个小块地形数据中的数据点数不大于32X32的数据点数。【文档编号】G06T9/00GK104156991SQ201410376630【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月2日 优先权日:2014年8月2日 【专利技术者】刘娜, 李敏哲, 李博本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于低空突防中的机载数字地形数据压缩方法，其特征在于：对大尺度地形高程数据进行分块，对得到的每个小块地形高程数据进行如下压缩处理：步骤1：采用非线性最小二乘优化法中的麦夸特法对地形高程数据进行曲面拟合，得到对应的高程函数z＝f(x,y)，其中(x,y)表示地形高程数据中的位置点，z为点(x,y)处的拟合高程值；步骤2：计算步骤1得到的高程函数中各点的高程数据残差，若所有点的高程数据残差均在(‑100m～100m)范围内，则采用该曲面拟合结果为数据压缩结果，否则进行步骤3；步骤3：以各个点的高程数据残差值作为对应该点的像素值，得到一帧图像，对该帧图像进行JPEG有损压缩压缩，得到数据压缩结果，其中在进行JPEG有损压缩压缩时需要使最大正、负向恢复误差最小。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娜，李敏哲，李博，宗西霞，高志娟，吉洁阳，车明懿，兰宝刚，郝志鹏，姜夏，李金兰，
申请(专利权)人：中国航天科技集团公司第四研究院四零一所，
类型：发明
国别省市：陕西;61