特征地理要素提取.ppt

第八章 特征地理要素提取,提纲,地形特征点的提取山脊线、山谷线的提取沟沿线的提取水系的提取流域的提取可视性分析,8.1 地形特征点的提取,地形特征点主要包括山顶点、凹陷点、山脊点、山谷点、鞍点、平地点等。,利用DEM提取地形特征点，可通过3*3或者更大的栅格窗口，通过中心格网点与8个邻域格网点的高程关系来进行判断和获取。即在一个局部区域内，用x方向和y方向上关于高程z的二阶导数的正负组合关系来判断。,（1）加载DEM,（2）生成间隔为15米的等高线,（3）生成间隔为75米的等高线,（4）利用Hillshade模块提取光照晕渲图，作为等高线的背景。如果需要还要进行有效数据的提取，主要采用DEM=0的办法进行低洼地的排除。然后按照15米、75米等高线、山脊阴影文件的顺序进行排序。,（5）利用Neighborhood Statistics模块进行领域单元的统计，提取分析窗口最大值。,（6）利用栅格计算模块，提取山顶点区域。主要采用maxpoint-DEM=0。,8.2山脊线、山谷线的提取谷脊特征线提取方法概述,山脊线和山谷线构成了地形起伏变化的分界线，它对于地形研究有重要意义。对于水文物理过程研究而言，山脊线和山谷线的提取实质上也是分水线与汇水线的提取。已有的自动提取山脊线和山谷线的方法，按照使用的数据大致可以分为三种：基于数字化等高线数据的方法；基于规则格网DEM数据的方法；基于Delaunay三角网和Voronoi数据的方法；从算法设计原理上来分，大致可以分为以下四种：基于图像处理技术的原理；基于地形表面几何形态分析的原理；基于地形表面流水物理模拟分析原理；基于地形表面几何形态分析和流水物理模拟分析相结合的原理。,8.2山脊线、山谷线的提取谷脊特征线提取算法,（1）基于图像处理技术的原理的算法采用各种滤波算子进行边缘提取。这种方法提取山脊山谷线的主要过程有两步：首先提取地形特征点（山脊点、山谷点、鞍点等）；将特征点连成地形特征线（山脊线、山谷线）；该方法存在两个主要缺陷：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为困难。,（2）基于地形表面几何形态分析原理的算法典型算法就是断面极值法。其基本思想就是地形断面曲线上高程的极大值点就是分水点，而高程的极小值点就是汇水点。该方法的基本过程为：找出DEM的纵向与横向的两个断面上的极大、极小值点，作为地形特征线上的备选点；根据一定的条件或准则将这些备选点划归各自所属的地形特征线。,由于这种方法对地形特征线上点的判定与其所属的地形特征线的判定是分开进行的，在确定地形特征线时，全区域采用一个相同的曲率阈值作为判定地形特征线上点的条件。因此它忽略了每条地形特征线必然存在的曲率变化现象。当阈值选择较大时，会丢失许多地形特征线上的点，导致后续跟踪的地形特征线间断且较短；如果选择过小，会产生地形特征线上点的误判，给后续地形特征线的跟踪带来困难。由于该方法只选择纵、横两个断面来去确定高程变化的极值点，因此它所确定的地形特征线具有一定的近似性，与实际的地形特征线有一定的差异，有时候还会出现遗漏。这种算法存在两个主要缺陷：,（3）基于地形表面流水物理模拟分析原理的算法这种算法的基本思想是：按照流水从高至低的自然规律，顺序计算每一栅格点上的汇水量，然后按汇水量单调增加的顺序，由高到低找出区域中的每一条汇水线。根据得到的汇水线，通过计算找出各自汇水区域的边界线，就得到了分水线。这一算法采用了DEM的整体追踪分析的思路与方法，分析结果具有系统性好，还便于进行相应的径流成因分析。,该方法也存在以下两个明显的缺陷：由于该算法所计算的汇水量与汇水量小，高程值小的地形特征线上的点的汇水量大。因此，可能导致低处非地形特征线上的点的汇水量也较大而被误认为地形特征线上的点；而位于高处的地形特征线上的点会因为汇水量小而被排除；这就造成用该算法所确定的地形特征线（汇水线）的两端效果很差。由于该算法降格汇水区域的公共边界视为分水线，因此它所确定的分水线均为闭合曲线，这与实际的地形特征线（山脊线）不符。,（4）基于地形表面几何形态和流水物理模拟分析的算法基本思路是：首先采取较稀疏的DEM格网数据，按流水物理模拟算法去提取区域内概略的地形特征线；然后用其引导，在其周围邻近区域对地形进行几何分析，来精确的确定区域的地形特征线。关键步骤：求出已提取的概略的地形特征线与DEM格网线的交点，在该交点附近的一个小区域内，对DEM数据进行几何分析，即找出该区域内与概略的地形特征线正交方向地形断面上高程变化的极值点，该点即为地形特征线的精确位置。基本过程：1）概略DEM的建立；2）地形流水物理模拟；3）概略地形特征线提取；4）地形几何分析；5）地形特征线精确确定。,（5）平面曲率与坡位组合法即首先利用DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，取正地形上平面曲率的大值即为山脊，负地形上平面曲率的大值为山谷。该种方法提取的山脊、山谷的宽度可由选取平面曲率的大小来调节，方法简便效果好。,8.3沟沿线的提取沟沿线是黄土高原地貌最重要的一条地形特征线。利用DEM提取沟沿线方法的核心是利用沟间地和沟坡地在形态与成因上的差异性进行提取。坡度：沟间地和沟坡地在坡度上存在明显差异。剖面曲率：沟沿线与大剖面曲率值的黑色条带呈很好的吻合。,沟壑：利用DEM首先提取沟坡地上的切沟与冲沟，并以此构建缓冲区，再作等值连接，即形成沟沿线。,高程变异：基于沟沿线的数学特征，引入边缘检测算子，检测反映沟沿线两侧高程变化的候选点，借助形态学方法把这些候选点连接成线段，再通过滤除细碎线段，最终生成沟沿线。,8.4水系的提取水系提取的有关概念：集水流域、集水出口、子流域、分水岭、水流网络,基于地表径流漫流模型的水系提取方法四个基本问题：洼地的处理平地的处理水流方向及水流累积量的确定水道起始位置的确定,水流方向及水流累积量的确定,8.5流域的提取,8.6可视性分析两点之间的可视性,可视性分析最基本的用途可视查询地形可视结构计算（即可视域的计算）水平可视计算,思考题1.什么是特征地形要素？其在地形分析中具有什么作用？2.山脊线、山谷线的提取方法有哪些？3.说明基于栅格DEM提取沟谷、水系的原理与技术路线，该方法的主要优缺点是什么？4.对比有洼地填充和无洼地填充所提取的水系的差异。,