一种基于等高线模型的鞍部点提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于等高线模型的鞍部点提取方法，包括如下步骤：1、获取等高线数据并进行线转面处理，得到面集合S；2、从S中找到处于最外围的等高面s；3、遍历集合S，找到所有在面s所围区域的内部且与s相邻接的面，组成内部邻接面集合T；集合T中高程值大于面s的高程值的内部邻接面组成集合W；4、对集合W中的内部邻接面两两之间提取鞍部点，组成集合U；将集合U中没有位于集合T中任一内部邻接面内部的鞍部点加入集合Us中；5、将面s从面集合S中删除，重复步骤2‑4，直到当前最外围等高面中内部邻接面个数小于2。该方法充分利用了鞍部点的地形特征以及鞍部点在等高线中的空间特性，解决了传统提取鞍部点过程中产生伪鞍部点的问题，提高了鞍部点的提取精度。

A Saddle Point Extraction Method Based on Contour Model

【技术实现步骤摘要】
一种基于等高线模型的鞍部点提取方法
本专利技术属于地理信息技术应用领域，具体涉及一种基于等高线模型的鞍部点提取方法。
技术介绍
鞍部是指位于相邻两山头之间呈马鞍形的低凹部位。鞍部点和山顶点、径流节点、沟头点、侵蚀基准点及溯源侵蚀裂点等一起，构成了对地形起伏特征具有重要控制作用的地形特征点簇。其中，鞍部点与相邻山顶点的高程差往往作为判别地面正地形起伏特征的重要指标，成为基于地形特征点簇的地貌模式识别的依据之一。基于数字高程模型(DEM)的鞍部点自动、高效识别与提取一直是国内外学者研究的热点问题。目前，对鞍部点的提取多是基于格网DEM实现，传统基于格网DEM的鞍部点提取方法一般基于移动窗口实现。这种方法通过中心栅格与相邻栅格进行地形参数比较实现，但是会产生大量伪鞍部点，提取精度不够理想；或是采用基于正反地形提取鞍部点的方法，该方法利用正地形中的山脊线和反地形中的山脊线求交来提取鞍部点，在一定程度上提高了提取精度，但是该方法忽略了鞍部点不一定位于反地形山脊线上的特征，仍然产生了伪鞍部点；还有采用基于DEM汇流模拟提出的提取改进方法，该方法利用汇流模拟提取出的汇水线与正地形相交得到消除负地形影响的山脊线，然后在原DEM的基础上计算出反地形的流域边界线(即原始地形的山顶控制区域边界线)，最后山脊线与流域边界线求交得到鞍部点，该方法的提取精度有较大的提高，但是该算法在利用流域分水线与正地形叠加的计算过程中产生了破碎山脊线，给鞍部点提取结果带来了误差，且在计算正地形的汇水区域时，汇流阈值难以确定，增加了算法的复杂度。在用规则格网DEM提取鞍部点的过程中，由于鞍部点提取结果对DEM格网大小有着较高要求，因此对于不同的实验区域确定规则格网DEM合适的格网大小至关重要，为鞍部点提取造成了麻烦。
技术实现思路
专利技术目的：针对使用DEM数据提取鞍部点会遇到的数据处理困难和易产生伪鞍部点等问题，本专利技术提供了一种采用等高线数据，利用鞍部点在真实地形中的形态特征进行鞍部点提取的方法。技术方案：本专利技术采用如下技术方案：一种基于等高线模型的鞍部点提取方法，包括如下步骤：(1)获取待处理区域的等高线数据，将获取的等高线数据进行线转面处理，得到所有等高线转面后的面集合S；清空鞍部点集合Us；(2)从面集合S中找到处于最外围的等高面s；(3)遍历面集合S，找到所有在最外围等高面s所围区域的内部且与s相邻接的面，组成内部邻接面集合T；集合T中高程值大于最外围等高面的高程值的内部邻接面组成集合W；(4)对集合W中的内部邻接面两两之间提取鞍部点，所提取的鞍部点组成集合U；依次判断集合U中的鞍部点是否位于集合T中任一内部邻接面内部，如果不是，则将此鞍部点加入集合Us中；(5)将等高面s从面集合S中删除，重复步骤2-4，直到当前最外围等高面中内部邻接面个数小于2；得到获取的鞍部点集合Us。步骤(1)中等高线转等高面采用ArcGIS软件实现。步骤(2)获取最外围等高面的步骤为：对面集合S中所有面所对应的等高线按顺时针方向进行检索，处于等高线左侧的为左多边形，处于等高线右侧的为右多边形，记录每条等高线的左多边形和右多边形；左多边形为空的等高线所对应的等高面即为最外围等高面s。步骤(4)中获取两个内部邻接面t1和t2之间鞍部点的步骤为：在t1等高面中取距离t2等高面最近的一点A，在t2等高面中取距离t1等高面最近的一点B，计算A点和B点的中点C，将C点作为两个内部邻接面t1和t2之间的鞍部点。所述点A和点B是下式最小化问题的解：s.t.C1:(x1,y1)∈t1C2:(x2,y2)∈t2其中(x1,y1)为等高面t1上的点的水平坐标；(x2,y2)为t2中的点的水平坐标。有益效果：与现有技术相比，本专利技术公开鞍部点提取方法充分利用了鞍部点的地形特征以及鞍部点在等高线中的空间特性，解决了在传统DEM提取鞍部点过程中产生伪鞍部点的问题，提高了鞍部点的提取精度。附图说明图1为本专利技术公开的基于等高线模型的鞍部点提取方法的流程图图2为本专利技术实施例中实验样区的等高线图；图3等高线转面示意图；图4为最外围等高面示意图；图5为提取最外围等高面的内部邻接面示意图；图6为鞍部点提取示意图；图7为实施例中提取的鞍部点结果示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术。如图1所示，一种基于等高线模型的鞍部点提取方法，包括如下步骤：步骤1、获取待处理区域的等高线数据，将获取的等高线数据进行线转面处理，得到所有等高线转面后的面集合S；清空鞍部点集合Us；本实施例选择黄土高原地区地形起伏度较高的山西省长治市黎城县境内的东山作为实验样区，样区等高线如图2所示，等高距为5m；东山位于黎城县境内中部偏北区域，以中等构造侵蚀山地为主，区域内地形起伏较大，不同山峰分布明显，有利于目视寻找鞍部点来检验结果；同时区域内有较多的小山峰，小山峰中山峰点与鞍部点之间相对海拔较小，在DEM中不利于提取，选择该区域有利于检验本方法提取的精度。对等高线数据进行线转面处理，得到所有等高线转面后的集合，线转面采用ArcGIS10.2软件中转面工具完成，其利用等高线数据不相交的特征(陡崖等特殊地形除外)，按照一条或多条等高线之间所形成的封闭区域进行生成面。如图3所示，D4环状区域为X4等高线和X5等高线之间的封闭区域，记录X4等高线的高程值作为D4的高程值；D5区域为X5等高线形成的封闭区域，记录X5等高线的高程值作为D5的高程值。对所有等高线进行以上操作，就得到了由等高线数据生成的面集合S。步骤2、从面集合S中找到处于最外围的等高面s；对面集合S中所有面所对应的等高线按顺时针方向进行检索，处于等高线左侧的为左多边形，处于等高线右侧的为右多边形，记录每条等高线的左多边形和右多边形；如图4所示，对等高线X5进行检索，记录其左多边形为D4，右多边形为D5。等高线检索完成后，左多边形为空的等高线所对应的等高面即为最外围等高面s。步骤3、遍历面集合S，找到所有在最外围等高面s所围区域的内部且与s相邻接的面，组成内部邻接面集合T；集合T中高程值大于最外围等高面的高程值的内部邻接面组成集合W；根据面集合S中所有元素之间的拓扑关系来寻找在最外围的面内部并与其邻接的面，即找到的面与指定最外围面的拓扑关系仅为既包含于该面且邻接该面，不符合该拓扑关系则不处理，组成内部邻接面集合T；如图5所示，若当前最外围面为D1，则根据拓扑关系，包含于其内部且与其邻接的面只有D2一个，此时没有鞍部点；如图6所示，当前最外围邻接面为D2，则其内部邻接面为D3、D4，两个面之间的平缓区域可能存在鞍部点。判断D2与D3、D4的高程值，如果D3或D4的高程值小于D2的高程值，那么D3和D4之间不存在鞍部点。本实施例中D3和D4的高程值均大于D2的高程值。步骤4、对集合W中的内部邻接面两两之间提取鞍部点，所提取的鞍部点组成集合U；依次判断集合U中的鞍部点是否位于集合T中任一内部邻接面内部，如果不是，则将此鞍部点加入集合Us中；在D3等高面中取距离D4等高面最近的一点A，在D4等高面中取距离D3等高面最近的一点B，在实际地形中，A点和B点基本可以认为处于两座山峰的山脊线上且距离非常小，因此计算A点和B点的中点C，在误差允许的范围内，可以将C点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于等高线模型的鞍部点提取方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取待处理区域的等高线数据，将获取的等高线数据进行线转面处理，得到所有等高线转面后的面集合S；清空鞍部点集合Us；(2)从面集合S中找到处于最外围的等高面s；(3)遍历面集合S，找到所有在最外围等高面s所围区域的内部且与s相邻接的面，组成内部邻接面集合T；集合T中高程值大于最外围等高面的高程值的内部邻接面组成集合W；(4)对集合W中的内部邻接面两两之间提取鞍部点，所提取的鞍部点组成集合U；依次判断集合U中的鞍部点是否位于集合T中任一内部邻接面内部，如果不是，则将此鞍部点加入集合Us中；(5)将等高面s从面集合S中删除，重复步骤2‑4，直到当前最外围等高面中内部邻接面个数小于2；得到获取的鞍部点集合Us。

【技术特征摘要】
1.一种基于等高线模型的鞍部点提取方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取待处理区域的等高线数据，将获取的等高线数据进行线转面处理，得到所有等高线转面后的面集合S；清空鞍部点集合Us；(2)从面集合S中找到处于最外围的等高面s；(3)遍历面集合S，找到所有在最外围等高面s所围区域的内部且与s相邻接的面，组成内部邻接面集合T；集合T中高程值大于最外围等高面的高程值的内部邻接面组成集合W；(4)对集合W中的内部邻接面两两之间提取鞍部点，所提取的鞍部点组成集合U；依次判断集合U中的鞍部点是否位于集合T中任一内部邻接面内部，如果不是，则将此鞍部点加入集合Us中；(5)将等高面s从面集合S中删除，重复步骤2-4，直到当前最外围等高面中内部邻接面个数小于2；得到获取的鞍部点集合Us。2.根据权利要求1所述的基于等高线模型的鞍部点提取方法，其特征在于，步骤(1)中等高线转等高面采用ArcGIS软件实现。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海龙，刘海鹏，余锦慧，杨昕，代文，程益涵，
申请(专利权)人：南京泛在地理信息产业研究院有限公司，南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32