引入改进Snake模型的黄土地形沟沿线连接算法_周毅.pdf

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1、第３８卷第１期武汉大学学报·信息科学版Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．１２０１３年１月ＧｅｏｍａｔｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＪａｎ．２０１３文章编号：１６７１－８８６０（２０１３）０１－００８２－０４文献标志码：Ａ引入改进Ｓｎａｋｅ模型的黄土地形沟沿线连接算法周毅１，２２３２汤国安习羽田剑（１陕西师范大学旅游与环境学院，西安市长安南路１９９号，７１００６２）（２南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室，南京市文苑路１号，２１００４６）（３西安市水环境监测中心，西安市航天中路１

2、２９号，７１０１９９）摘要：提出了一种利用坡面汇流改进的Ｓｎａｋｅ模型实现黄土地貌沟沿线栅格点自动连接的新方法。该方法基于高分辨率ＤＥＭ数据，利用正负地形边界处坡度转折特征，识别沟沿线点，进而用坡面汇流方向场改进了Ｓｎａｋｅ模型中的梯度矢量流场，指引分水线缓冲曲线向沟沿线点蠕移，达到有序连接沟沿线点从而实现正、负地形的自动分割的目的。对比实验结果表明，该方法所识别的黄土沟沿线较好地逼近真实的地形特征。关键词：沟沿线；正负地形；数字高程模型；主动轮廓模型中图法分类号：Ｐ２０８黄土正负地形是衡量区域地表侵蚀和地貌发利用图

3、形图像处理中膨胀腐蚀算法，将一定阈值［５－６］育的重要地理要素，同时也是构建区域性空间分范围内断点沟沿线连接。然而，在实际操作布式机理———过程模型的基础地理参数，在黄土中，效果不甚满意，极易出现如图１所示的错误连［１－２］高原地貌研究中有着举足轻重的作用。接。其原因是因为自然沟沿线曲折绵延的复杂性目前，正负地形自动划分依赖于其分界和无序性所致，相距较近的点并不一定就是合乎线———沟沿线的自动识别。分割的基本思路主要逻辑的连接点。本文利用小流域坡面汇水均是从是通过黄土坡面的典型坡折结构特征实现沟沿线分水线向沟谷汇拢，

4、并且均通过沟沿线这个客观的有效识别，从而实现正负地形的划分。其中，闾事实，利用坡面汇流方向场改进的Ｓｎａｋｅ模型，指［３］国年等提出了沟沿线提取技术方法；刘鹏举等引分水线缓冲区线向沟沿线候选点聚拢，从而达利用特征点识别算法提取坡面汇流路径上的沟沿到顺次连接沟沿线断点的目的。［４］线点；周毅等利用沟沿线处坡度转折特征，利用１．１Ｓｎａｋｅ模型［５－６］窗口分析方法实现沟沿线点的识别。由于黄Ｓｎａｋｅ模型最早是由Ｋａｓｓ等人提出，又称主［７－１０］土地形的复杂性，使得沟沿线的自动提取存在局动轮廓线模型（ａｃｔｉｖｅｃｏｎ

5、ｔｏｕｒｍｏｄｅｌ）。其蠕部断点，从而影响正负地形划分，而使用膨胀腐蚀自动连接算法并不能有效解决这一问题，极大地［５－６］影响了自动分割的效率。针对这一情况，本文提出了一种基于改进的主动轮廓模型（Ｓｎａｋｅ模型），实现沟沿线局部断点自动连接的新算法。图１膨胀腐蚀法连接沟沿线栅格点出现的错误１算法原理Ｆｉｇ．１ＦａｕｌｔｙＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎＲｅｓｕｌｔＰｒｏｃｅｓｓｅｄｂｙＥｘｐａｎｓｉｖｅＣｏｒｒｏｓｉｏｎＭｅｔｈｏｄ正负地形的划分需要空间连续的沟沿线数据。在前期的算法设计中，不考虑地形因素，主要移过程由如下能量函

6、数控制：收稿日期：２０１２－１１－１２。项目来源：国家自然科学基金重点资助项目（４０９３０５３１）；国家自然科学基金资助项目（４１２０１４６４，４１１７１２９９）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（ＧＫ２０１１０２０１２）；江苏高校优势学科建设工程资助项目。第３８卷第１期周毅等：引入改进Ｓｎａｋｅ模型的黄土地形沟沿线连接算法８３１起伏信息，避免提取结果出现图１（ｂ）中错误。ＥＳｎａｋｅ＝（Ｅｉｎｔ（ｖ（ｓ））＋Ｅｅｘｔ（ｖ（ｓ）））ｄｓ∫０（１）内外力所构成的综合图像力将其拖向显著的图像特征附近。特别是Ｘｕ等人

7、设计的梯度矢量流（ｇｒａｄｉｅｎｔｖｅｃｔｏｒｆｌｏｗ）模型根据图像势能函数的梯度建立外部能量场，使演化曲线的收敛范围扩图３ＤＥＭ高程矩阵生成汇流方向场［１１－１２］大到整个图像域。Ｆｉｇ．３ＦｌｏｗＤｉｒｅｃｔｉｏｎＦｉｅｌｄＤｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍＤＥＭ１．２算法设计与改进本文方法最明显的改进之处是将Ｓｎａｋｅ模型５）逐次蠕移初始Ｓｎａｋｅ曲线。将汇流方向中的图像压力场，替换为流域汇流方向场，利用地场层、初始Ｓｎａｋｅ曲线层以及沟沿线候选点等３形特征指引流域分水线缓冲曲线向沟沿线蠕移，个层面进行叠置。初始Ｓｎａｋｅ

8、曲线上各栅格点依达到自动有效连接的目的。算法设计如下。照汇流场指示方向进行蠕移，如图４所示。到达１）生成沟沿线候选点。利用黄土地貌沟沿沟沿线点之后，停止蠕移。而在沟沿线断裂处，线处上下的坡度转折，自动识别沟沿线点。具体Ｓｎａｋｅ曲线将漏过，向沟底蠕移，直到与沟谷线接操作及阈值设置依据文献［４－６］中设计的沟沿线触后停止蠕移。提取算法进行。２）噪