一种等高线生成DEM的内插方法技术

一种等高线生成DEM的内插方法，它包括以下步骤：步骤一，获取并加载满足特定条件的矢量等高线数据，所述特定条件为：每一条等高线在空间上连续分布、不会中断，且奇数等高线和偶数等高线间隔出现；步骤二，进行形态学腐蚀重建和形态学膨胀重建分别生成下高原图像和上高原图像；步骤三，进行障碍欧氏距离变换获取测地路径和测地距离，并进行沿流水线的线性内插生成DEM。本发明专利技术生成的DEM具有高精度、高保真的特点，通过线性内插方法生成DEM，并且在只使用等高线数据的情况下获取的DEM精度等于或高于用地图代数方法获取的DEM精度，不但无需人工干预，而且不受到迭代次数的限制，真正实现了自适应算法，各行各业都可以应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数字高程模型（DEM)的内插方法，具体地说是一种等高线生成 DEM的内插方法，属于地图学与地理信息科学

技术介绍
数字高程模型（DigitalElevationModel，DEM)是对地球表面地形地貌的一种离 散的数字表达。自20世纪50年代后期被提出以来，DEM受到极大的关注，并在测绘、土木 工程、地质、矿山工程、景观建筑、道路设计、防洪、农业、规划、军事工程、飞行器与战场仿真 等领域得到了广泛的应用。与此同时，对DEM的研宄始终方兴未艾，其中生成DEM的内插方 法是研宄的重点之一。一般而言，不同数据源需要不同的内插方法来生成DEM。目前，生成 DEM的数据主要来源于地形图、遥感数据（既包括航天航空影像，又包括合成孔径雷达干涉 测量数据和激光雷达数据）、地面测量、既有DEM等；其中，从地形图上获取DEM是目前应用 最为广泛的一种方法。我国的测绘部门就分别利用1 :1万、1 :5万和1 :25万比例尺的数字 线划图（地形图的一种载体）生成了多种分辨率的DEM。 通常，由地形图获取DEM时，基于等高线的分布特征，有三种方式生成DEM:等 高线离散化、等高线内插和等高线构建狄洛尼不规则三角网（TriangulatedIrregular Network，TIN)。等高线离散化方法实质是将等高线看作不规则分布的数据，并没有考虑等 高线本身的特性，这导致生成的DEM可能会出现一些异常；Lebel和Olson提出的基于等高 线数据生成DEM的最陡坡度（流水线）内插算法，内插原理比较简单，但由于数字化的等高 线远远没有纸质地形图等高线直观，因此，该方法实现起来还存在许多问题；由于直接由等 高线构建的TIN存在"平坦三角形"（即，水平三角形）问题，因此，目前工程生产中普遍采 用基于等高线和附加的"特征数据"（如地形结构线和特征数据点诸如山顶点、凹陷点、鞍部 点等）构建TIN的方法。 近几年提出了很多新的等高线生成EffiM的内插方法，其中胡鹏、胡海等人的研宄 成果比较具有代表性。他们的立论依据：上述"特征数据"本质上是等高线的对偶形式，并不 是必须的；而且在工程生产中，很难控制特征数据的密度以平衡DEM的精度和工作量。基于 此，胡鹏、胡海等先后论述了利用地图代数直接由等高线内插生成DEM的方法，S卩：MADEM。 地图代数，本质上讲，是建立在距离变换运算基础上的一种图像操作；它用来内插生成DEM 时，不仅不需要额外的辅助特征数据，而且生成的DEM具有较高的精度，满足"高程序同构" 的DEM精度评价标准。目前，基于地图代数开发的DEM生成软件已经开始部分地应用于我 国1 :5万DEM的生产过程中，其效率和精度逐渐获得科研和生产部门的认可。 但基于地图代数的内插方法也存在亟待改进之处。具体而言，由于该方法是通过 迭代求取半距等高线（即到两相邻等高线距离相等的线）Ci/2,Q/4,Ci/8,Ci/16, (V32-(Cl 为地形图上等高线的基本等高距）来生成DEM的，即迭代地求取两相邻等高线的Voronoi 图的边界、并将两等高线的平均值赋予该边界；至再分已无必要时，以l/2n+lV〇r〇n〇i图为 界（其中，n为最大迭代次数），分层赋相应高程。本质上这也是一种线性内插方法。但是， 该方法需要预先输入最大迭代次数，超过了最大迭代次数时，未插值到的点均赋予最后一 个半等高距的增量。可见，最大迭代次数是该方法内插生成DEM中的一个关键的指标。但 由于该指标采用了人工干预的方式，没有做到自适应，这在一定程度上限制了该方法的工 程性应用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种等高线生成DEM的内插方法，它无须任 何人工干预，通过线性内插方法生成DEM，并且获取的DEM精度等于或高于用地图代数方法 获取的DEM精度。 本专利技术解决其技术问题采取的技术方案是：一种等高线生成EffiM的内插方法，其 特征是，包括以下步骤： 步骤一，获取并加载满足特定条件的矢量等高线数据，所述特定条件为：每一条等 高线在空间上连续分布、不会中断，且奇数等高线和偶数等高线间隔出现； 步骤二，进行形态学腐蚀重建和形态学膨胀重建分别生成下高原图像和上高原图 像； 步骤三，进行障碍欧氏距离变换获取测地路径和测地距离，并进行沿流水线的线 性内插生成DEM。 优选地，在步骤一中，通过数字化纸质地形图中的等高线、或者从数字线画图中剥 离出等高线专题数据以获取矢量形式的等高线数据，并给每一条等高线赋予相应的高程 值，要求每一条等高线在空间上连续分布且不得无故中断；获取的等高线中任意两个相邻 等高线中一个等高线为奇数等高线、另一个等高线为偶数等高线，且奇数等高线和偶数等 高线间隔出现。 优选地，在步骤二中，对矢量等高线进行栅格化操作生成一个等高线影像，对等高 线影像进行形态学腐蚀重建和形态学膨胀重建分别生成一个下高原图像和上高原图像。 优选地，在步骤三中，分别由以偶数等高线为障碍物的奇数等高线的距离变换和 以奇数等高线为障碍物的偶数等高线的距离变换两个障碍欧氏距离变换得到等高线影像 上任意一个像素到其上等高线和下等高线的测地路径的长度，进行沿流水线的线性内插生 成DEM。 进一步地，所述步骤一具体包括以下步骤：（1)获取矢量等高线数据；（2)处理断 裂的等高线，并给等高线赋予其相应的高程值；（3)检查相邻等高线高程值的奇偶特征。 进一步地，所述步骤二具体包括以下步骤：（1)矢量等高线栅格化；（2)生成辅助 影像；（3)进行形态学腐蚀重建和形态学膨胀重建。 进一步地，所述步骤三具体包括以下步骤：（1)奇、偶等高线的障碍欧氏距离变 换；（2)进行沿流水线的线性内插。 本专利技术的有益效果如下： (1)根据数学形态学的测地距离的概念，基于形态学重建和障碍距离变换两种图 像运算，本专利技术提出了一种基于形态学重建和障碍欧氏距离变换集成的DEM内插方法。内 插方法是影响数字高程模型精度的一个重要因素，从等高线获取DEM的过程中，内插方法 的选择是一个十分重要的技术环节，它对生成DEM的精度有着重要的影响。本专利技术中，形态 学重建用于获取任一像素点对应的较高等高线和较低等高线的高程值，障碍欧氏距离变换 用于获取该点到上下两条等高线的测地距离，使用线性内插获取该点的高程值，整个流程 相当的严密、且具有科学性。 (2)与胡鹏、胡海提出的"MADEM"内插方法相比，在只使用等高线数据的情况下， 本专利技术生成的DEM精度等于或者高于"MADEM"获取的结果。但是，胡鹏、胡海提出的"MADEM" 内插方法需要人工干预，受到迭代次数的限制，限制了该方法的工程性应用；而本专利技术采用 DEM内插方法不但无需人工干预，而且不受到迭代次数的限制，真正实现了自适应算法，各 行各业都可以应用。【附图说明】 图1为本专利技术的方法流程图； 图2 (a)至图2 (g)为等高线的高程分布在630-920m之间，长和宽分别为 1400mX1100m时基于形态学重建和障碍欧氏距离变换集成的等高线内插的示意图； 图2(a)为等高线影像的示意图； 图2 (b)为下尚原图像的不意图； 图2 (c)为上尚原图像的不意图； 图2(d)为奇等高线到偶等高线的测地距离的示意图； 图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等高线生成DEM的内插方法，其特征是，包括以下步骤：步骤一，获取并加载满足特定条件的矢量等高线数据，所述特定条件为：每一条等高线在空间上连续分布、不会中断，且奇数等高线和偶数等高线间隔出现；步骤二，进行形态学腐蚀重建和形态学膨胀重建分别生成下高原图像和上高原图像；步骤三，进行障碍欧氏距离变换获取测地路径和测地距离，并进行沿流水线的线性内插生成DEM。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：齐义良，田雷，林祥国，王家民，刘元德，宗浩，王梅勋，朱先志，李峰，王文杰，谭效磊，刘文涛，徐蕊，王丽丽，高强，
申请(专利权)人：山东临沂烟草有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37