第八章 特征地形要素的提取

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1、第八章特征地形要素的提取刘爱利liuaili@nuist.edu.cn提纲一、地形形态特征提取的内容及原理二、地形特征点的提取三、山脊线、山谷线的提取四、沟沿线的提取五、水系的提取六、流域的提取七、可视性分析一、地形形态特征提取内容及原理地形形态特征提取的主要内容1、解析法基于地形形态的几何分析法（解析法）设在坐标系0-xyH中，地形曲面H=f(x,y)为一光滑连续曲面，当任意地形点P为山脊点或山谷点时，该点必为f(x,y)的一个局部极值点。地形特征点的识别可转化为地形曲面局部极值点的识别。地形形态特征提取的原理2、模拟法基于地表物质运动的水流模拟方法。基本思想：在自然表面上，水流沿最陡方向

2、向下流，并不断地向下游汇聚。地形形态特征提取的原理二、地形特征点的提取1、类型：山顶点（Peak）凹陷点（洼地点，Pit）脊点（Ridge）谷点（Channel）鞍点（Pass）平地点（坡面点，Plane）2、判断方法：（1）利用x、y方向的凹凸性判断2、判断方法：（2）利用中心点与邻域点的高程关系判断123478965三、山脊线、山谷线的提取1、基于图像处理技术原理的算法移动窗口算法1（Pecuker和Douglas，1975）设计一2×2窗口对DEM进行扫描第一次扫描，将窗口中具有最低高程值的点进行标记，自始至终未被标记点即为山脊线上的点；第二次扫描，将窗口中具有最高高程值的点进行标记，

3、自始至终未被标记点即为山谷线上的点。缺点：提取特征点时必须排除DEM中噪声的影响将特征点连接成线时的算法设计较困难三、山脊线、山谷线的提取1、基于图像处理技术原理的算法移动窗口算法2（陈永良等，2001）设当前格网单元为（i,j），以该单元为中心，建立一个(2m+1)×(2m+1)(m=1,2,…,5)的局部窗口。如果在局部窗口中，当前格网单元的高程值满足如下条件之一者，则可能为山脊点，其中1≦k≦m：四、山脊线、山谷线的提取1、基于图像处理技术原理的算法移动窗口算法2（陈永良等，2001）如果在局部窗口中，当前格网单元的高程值满足如下条件之一者，则可能为山谷点，其中1≦k≦m：如果当前格网

4、单元为鞍部点，该点高程同时满足上述两组公式中的任意一个。2、基于地形表面几何形态分析原理的算法断面极值法基本思想：地形断面曲线上的高程极大值点即分水点，而高程极小值点即汇水点。按纵、横两个方向内插曲面的纵、横剖面线，逐剖面线计算极大值点和极小值点，即得到潜在的地形特征点。缺陷：未顾及每条地形特征线自身的变化规律，在全区域采用相同的阈值，因而造成地形结构线的漏判和误判。所确定地形特征线具有一定近似性，与实际地形特征线存在差异。3、基于地形表面流水物理模拟分析原理的算法方法：汇水量——汇水线（山谷线）——分水线（山脊线）缺陷：汇水线误判：高处汇水量少的点被排除；低处汇水量大的点被误认为是地形特征

5、点。分水线闭合与实际不符4、平面曲率与坡位组合法四、沟沿线的提取四、沟沿线的提取提取沟沿线五、水系的提取1、相关概念河流stream水系streamnetworks水流网络：水流到达集水出口所流经的网络结构。五、水系的提取2、基于地表径流漫流模型的水系提取算法洼地处理平地处理水道起始位置的确定水流方向及水流累积量的确定五、水系的提取2、基于地表径流漫流模型的水系提取算法（1）洼地处理1）处理方法：平滑处理填平处理2）洼地识别：根据水流方向确定凹陷型洼地、阻挡型洼地（Garbrecht）单格网洼地、独立洼地、复合洼地（李志林）凹陷型洼地的填充阻挡型洼地的填充垫高降低洼地：区域地形的积水区域，洼

6、地底点的高程通常小于其相邻点高程（李志林，1999）。3）洼地填平方法单格网洼地指DEM中的某一点的八邻域点的高程都大于该点的高程，并且该点的八邻域点至少有一个是该洼地的边缘点。处理方法：直接赋予其邻域格网中的最小高程值或邻域格网高程的平均值。3）洼地填平方法独立洼地指洼地区域内只有一个谷底点，且该点的八邻域中没有一个是该洼地区域的边缘点。处理方法：以谷底点为起点，按流水的反方向找出独立洼地区域的边界线。在边界线找出其高程最小的点将独立洼地区域内的高程值低于该点高程值的所有点的高程用该点的高程代替。3）洼地填平方法复合洼地洼地区域中有多个谷底点，并且各谷底点所构成的洼地区域相互邻接。处理方法

7、：以各个谷底点为起点，按水流反方向找出各个谷底点所在洼地的边缘、洼地相互关联关系，各洼地集水出水口位置对于出水口位于与非洼地区域关联边上的洼地区域，找出出水口高程最小（h1）的洼地（1），并将（1）区域内高程低于h1的点用h1代替。若与洼地（1）相邻的洼地区域（2）的集水出口，位于洼地（1）、（2）的相邻边缘，且其高程h2小于h1时，令h2=h1。其他洼地依次处理（2）平地处理处理方法：Martz和Garbr