基于小波的DEM无级比例尺转换研究

摘要

尺度一直是地理科学关注的焦点问题之一。随着GIS应用领域的不断扩大和需求层次的日益提高，利用多尺度空间数据实现多层次观察和分析地理现象变得越来越重要。空间数据的多尺度处理与表达，已成为建立多尺度空间数据库，实现多尺度GIS或无级比例尺GIS的核心内容。而小波分析理论的多分辨率特性与空间数据多尺度表达内涵极其相似，为此，本文选用小波算法进行DEM的无级比例尺转换研究。 本文选用二进小波算法，以黄土高原的淳化、韭园沟样区为例，应用cofi4小波函数对两样区1：10000DEM进行四次二进转换，并在同一尺度转换时添加不同的小波细节系数—0、25％、50％、75％，实现DEM的多尺度自动综合和连续表达，从而派生一系列不同尺度、不同详细程度的DEM，实现DEM的无级比例尺表达。对派生DEM进行精度的评价，并提取派生DEM的地形信息——坡度、粗糙度、地形曲率、沟壑密度、水系等，分析添加不同细节信息时这些地形因子的变化情况，得出多个尺度之间添加不同的细节信息时地貌信息的变化规律。研究发现选取不同的细节信息不仅可以使多尺度上的DEM保留或突出地貌细节信息，而且可以使地貌的综合在上下两尺度间作连续过渡，达到无级比例尺的转换。 最后在DEM数据无级变换的基础上，从派生DEM中提取综合前后的河网，应用分形扩展的方根模型，得到适用于河网的定量综合模型，从而评估出派生DEM的比例尺。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 问题的提出

1.1.1空间数据多尺度表达问题

1.1.2基于小波分析的数字高程模型(DEM)无级比例尺表达问题

1.1.3派生多尺度数字高程模型(DEM)比例尺评估的必要性

1.2研究进展

1.2.1 DEM数据多尺度表达的发展状况

1.2.2基于小波分析的DEM无级比例尺转换研究现状

1.2.3数字高程模型(DEM)多尺度表达综合程度评估的研究现状

1.2.4目前已有研究的不足

1.3 研究的目的与意义

1.4 研究内容及论文组织

1.4.1研究内容

1.4.2论文组织

第二章研究基础

2.1 实验样区

2.1.1 实验样区的选择

2.1.2 实验样区概况

2.2 实验数据

2.3 研究方法及技术路线

2.3.1 研究方法

2.3.2 研究技术路线

2.3.3 实验软件介绍

2.4本章小结

第三章小波分析理论及分形扩展的方根规律

3.1 小波多尺度分析的原理

3.1.1 小波的分解与重构

3.1.2 小波多分辨率分析的原理

3.1.3 二维小波变换的Mallat算法

3.2分形理论及方根规律

3.2.1 分形理论

3.2.2 无标度区的确定及分维值

3.2.3 分形扩展的方根规律

第四章无级比例尺DEM派生实验及精度评估

4.1 小波多尺度分析的原理

4.1.1 整数尺度DEM的派生

4.1.2 分数尺度DEM的派生

4.2派生不同详细程度DEM精度分析

4.2.1 派生DEM的高程中误差分析

4.2.2 派生DEM的高程信息统计分析

4.3 派生不同详细程度DEM地形分析效应

4.3.1 派生DEM坡度信息的提取

4.3.2 派生DEM粗糙度信息提取

4.3.3 派生DEM曲率信息提取

4.3.4 派生DEM沟壑密度的提取

4.3.5 派生DEM水系的提取

4.4 派生不同详细程度DEM数据量分析

第五章无级比例尺DEM综合尺度评估

5.1河网的提取

5.1.1 河网提取的步骤

5.1.2伪沟谷的删除

5.1.3 汇水阈值的确定

5.2 计算河网分维值

5.2.1 河网分维值求取步骤

5.2.2无标度区的确定

5.2.3 河网分维的确定

5.3 应用分形扩展的方根规律进行尺度评估

第六章结论与探讨

6.1 研究结论

6.2 创新内容

6.3 探讨

主要参考文献

致 谢