基于规则格网DEM提取地形特征线的方法研究

论文摘要

数字高程模型(DEM)中蕴含着各种地形地貌结构的特征信息,如山脊线和山谷线。山脊线和山谷线是地形起伏变化的分界线,又是分水线和汇水线,对于地形地貌的研究有着重要的意义,同时在工程应用方面也有着特殊的意义。格网DEM受数据结构的影响,往往没有保存地形特征信息,如目前国家生产的1:1万DEM。从DEM中自动提取山脊线和山谷线是地学研究的重点问题之一。本文针对以既有地形图生产的规则格网DEM,研究地形特征线的提取方法。介绍了提取地形特征线方法的国内外研究现状和相关理论;阐述了地形形态特征分析对地形特征线提取的重要性;归纳总结了地形特征线提取的判断依据和方法;系统地论述了基于格网DEM提取坡度、坡向和曲率的原理与方法。研究了规则格网DEM的数据预处理问题,并改进了洼地处理方法。作者认为,基于格网DEM进行地形特征线提取的关键技术在于:如何高效而精确地提取有关地形因子;获取地形因子后如何确定合理的分类决策方案。通过实验验证了本文的理论分析和实验方法的可行性。本文的贡献在于:(1)对现有的规则格网DEM的数据预处理进行了改进,给出了基于栅格分类与检索的新的DEM源数据预处理算法,对检索出的洼地栅格进行相应的处理,从而达到去洼填平的效果。(2)提出了通过确定地形特征线的潜在区域,并结合利用Split方法提取地形特征点,以实现从规则格网DEM中提取地形特征线的算法。可以预期本文的研究成果对于水文分析、土地利用等领域的应用具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和课题的提出
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 本文的研究内容、方法
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 地形形态特征分析
• 2.1 理论依据
• 2.2 地形特征点的分类与判断
• 2.3 地形特征线的数学定义
• 2.3.1 山脊线的数学定义
• 2.3.2 山谷线的数学定义
• 2.4 本章小结
• 第3章 地形因子的计算
• 3.1 地形因子计算的原理
• 3.2 坡度和坡向的计算
• 3.3 地形表面曲率的计算
• 3.3.1 两个曲率公式及其意义
• 3.3.2 规则格网DEM的曲率提取
• 3.4 格网DEM的导数估计统一公式
• 3.5 本章小结
• 第4章 地形特征线潜在区域确定的算法
• 4.1 算法思想及流程
• 4.2 基本步骤的介绍
• 4.3 本章小结
• 第5章 DEM源数据的预处理算法
• 5.1 相关算法回顾
• 5.2 DEM中伪洼地的处理算法
• 5.2.1 栅格分类与检索
• 5.2.2 洼地的有效填平处理
• 5.3 新预处理算法的优点
• 5.4 本章小结
• 第6章 地形特征线提取的实验研究
• 6.1 实验的总体设计
• 6.1.1 实验软件与开发语言
• 6.1.2 实验数据的准备
• 6.1.3 实验流程的设计
• 6.2 实验的理论依据
• 6.3 地形特征线潜在区域的提取
• 6.3.1 数据的导入与用自定义程序加载
• 6.3.2 规则格网DEM的坡向变化率提取
• 6.3.3 反地形规则格网DEM的坡向变化率的提取
• 6.3.4 规则格网DEM纠正坡向变率的提取
• 6.3.5 地形特征线潜在区域位置偏差的消除
• 6.3.6 阈值赋予和提取结果
• 6.4 地形特征线上候选点的提取
• 6.4.1 Split算法思想
• 6.4.2 提取结果
• 6.5 地形特征线的提取及结果分析
• 6.5.1 地形特征线提取
• 6.5.2 结果分析
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文