基于规则格网DEM提取地形特征线的方法研究

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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