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1、第31卷第1期测绘科学Vol131No112006年1月ScienceofSurveyingandMappingJan山脊线和山谷线自动提取的一种新方法①②①②②张渭军,孔金玲,王文科,翁晓鹏(①长安大学地球科学与国土资源学院,西安710054;②长安大学环境科学与工程学院,西安710054)【摘要】针对当前山脊线和山谷线的提取都是从其几何特征或物理特征的单一方面进行研究和设计,不能够利用隐含在数字化资料中的山脊线和山谷线的有效信息的弊端;本文利用几何分析方法DouglasOPeuker提取山脊线和山谷线的特征
2、点,并结合提取区域内地形概略的分水线和汇水线,用概略的分水线和汇水线对特征点进行识别、归类、顺序提取各条山脊线和山谷线,把山脊线的几何特性与物理特性结合起来,克服了各自的弊端。实践表明提取的山脊线和山谷线与实际基本符合。【关键词】DouglasOPeuker;山脊线;山谷线;数字化;特征点【中图分类号】P282【文献标识码】A【文章编号】1009O2307(2006)01O0033O02方法从数字化等高线数据中提取山脊线和山谷线的特征点;1引言再用本文的方法提取区域内地形概略的分水线和汇水线;山脊线和山谷线不仅
3、构成了地形起伏变化的分界线,最后用概略分水线和汇水线对已得到的山脊线和山谷线特[1]而且由于山脊线具有分水性,山谷线具有合水性,因此征点进行识别、归类、顺序提取各条山脊线和山谷线。它们在水文地质工程应用方面有着特殊的意义。通过等高3山脊线和山谷线特征点的提取线图来自动提取山脊线和山谷线是地理信息系统、水文地质学中一个重要的问题。目前对于山脊线和山谷线的提取理论上讲特征点的提取在DEM上十分简单[4]、方便,都是从其几何特征或物理特征的单一方面进行研究和设它们都是在数字化时就已输入的特征点,但怎样才能被计[2]计
4、,该方法不能够准确地提取隐含在数字化资料中的山算机识别,因为山脊线和山谷线上的点在等高线上的特征脊线和山谷线的有效信息,本文将几何特征和物理特征结为其局部曲率最大点,亦为等高线弯曲变化的特征点。目合起来并用于算法设计,通过数据挖掘以最大限度地发现前在进行曲线综合时常用的方法有:步行法、分形法以及隐含的、先前不知道的、潜在山脊线和山谷线中有用的信DouglasOPeuker综合曲线[3]。步行法不能保持曲线弯曲的特息,并提取较精确的山脊线和山谷线信息。先用DouglasO征,它是按事先确定的步长在曲线上获取一系列
5、点,并把Peuker方法从数字化等高线数据中提取山脊线和山谷线的特这些点按顺序放在数组中,依次连接这些点,由于步长的征点;再用本文的方法提取区域内地形概略的分水线和汇取值不可能恰好在弯曲的特征点上,如果步长太大一些特水线;最后用概略分水线和汇水线对已得到的山脊线和山征点会丢失,有可能把凹凸互换,是原来本来凹下去的曲谷线特征点进行识别、归类、顺序提取各条山脊线和山线向上凸起,但若步长太小,加大了内存开销,并且也达谷线。不到综合曲线的目的。分形方法它应用于刻画图形的某些2山脊线山谷线提取算法概述特征而不是全部本质特
6、征,它的基本出发点是认为形态具有某种意义的局部与整体的自相似性,并不随观察尺度的已有的山脊线和山谷线提取从其设计原理上可分为变化而变化,该方法应用的理论范畴表明它对图形的描述两类:基于地形表面几何形态分析的算法和基于地形表是基于统计概念的而非精确的,当然谈不上对曲线凹凸性面流水分析的算法。前者以等高线曲率最大判别法为代保持问题。因此本文采用DouglasOPeuker进行特征点的提[3]表,后者代表算法有三维地形表面流水数字模拟法。取。该法优点之一是它具有严格的保凹凸性,一个弯曲或等高线曲率最大判别法是先从已有
7、的数据资料中提取一保持它的凹凸,或删去成为直线段,没有凹凸互变的情况,些山脊线和山谷线的候选点,然后再根据一定的规则对其二保留弯曲采用弯曲的深度指标,使它有严格的弯曲的已得到的候选点进行筛选、排序得到所需的山脊线和山量度控制。换言之,大弯曲在一般情况下能够保持,删掉谷线,由于地形噪音的存在以及在判定山脊线和山谷线的仅是某种意义上的小弯曲,在某些不适当的深度指标下,候选点时采用同一阈值,因而不能顾及区域地形变化的它具有自相交的情况,可通过适当调节深度指标来予以特殊规律,再一个当阈值选取过大时,会遗漏山脊线和调整。
8、山谷线上的一些点,反之会增加一些不必要的点,对后DouglasOPeuker法的基本原理如图1,图中A、B为曲续的识别和归类带来极大的困难。三维地形表面流水数线的起点与终点,曲线AB途径C、D、E、F各特征点,字模拟法是以山脊线和山谷线的物理特性为依据,通过AB长为跨距,C、D、E、F对其垂线长最大者为矢距,当分析和模拟地形表面的流水状况以得到分水线和合水C点矢距超过矢距阈值而被选留时
