一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法技术

本发明专利技术提供的一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法，在删减地形细节信息时能较好的保持地形特征，该方法构建数字高程模型金字塔，通过填补不同级别的洼谷地形生成不同综合程度的数字高程模型图层，调整各个数字高程模型图层的权重系数来突出或则削弱某一图层，在删减地貌碎部的同时较好的保持地形特征，而且还能通过权重系数的设置突出地形的关键地形特征，制作出一览性好重点突出且三维立体感强的数字地貌晕渲图。填补洼谷地形时考量周围等高线在洼谷地形内走势，并分段插值洼谷地形内网格单元高程值，填补后的洼谷地形内地形与周围地形平滑过渡，数字地貌晕渲图的洼谷地形表达更加准确自然，地貌晕渲图更加清楚美观。

【技术实现步骤摘要】
一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法
本专利技术涉及一种地貌晕渲图洼谷地形填补方法，特别涉及一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法，属于地貌晕渲图制作

技术介绍
地貌是地球表面各形态的总称，有多种空间实物形体，分为自然形体和人工形体两大类。地球表面自形成以来一直在不断的变化，地球表面各种地貌形态是内力和外力共同作用的结果，其中内力因素决定地貌主要形态，外力因素的侵蚀作用形成地貌的次级形态。地球表面面积巨大，地貌形态千姿百态，在不同比例尺的地图中合理正确的表示不同的地貌形态，一直是地图制图的重点难点。地图中地貌表现方法主要有晕滃法、地貌写景法、等高线法、分层设色法、地貌晕渲法，地貌晕渲法根据光照原理，采用明暗和冷暖对比表现地形起伏，该方法表达直观生动，能够容易的建立三维立体感。相对于其它地貌表示方法优势明显，是平面地图中表示地貌形态的最主要方法，得到了广泛的研究和应用。在手工制图时代，制作晕渲图是一项复杂的制图过程，需要有丰富的专业制图知识，熟悉各种地貌类型，有很好的三维立体感，同时需要制图人员有相当的绘图和色彩运用能力。手工晕渲制图不仅非常依赖制图人员的制图水平和经验，而且是一个非常复杂艰苦的过程，一张手工晕渲图需要耗费大量的精力，这是手工制作晕渲图的巨大瓶颈。当前计算机技术飞速发展，其在地图制图领域里也得到广泛的应用，数字地图制图技术彻底变换了传统的地图制图的方式。作为数字地貌晕渲图的基本信息源，数字高程模型获取方式不断丰富，数据精度不断提高，这也促进了数字地貌晕渲技术的发展。数字地貌晕渲技术有许多优势：一是成图速度快，大大缩短了数字制图周期；二是制图成本低，数字制图成图周期降低，人工成本减少，制图成本直线下降；三是受制图人员主观因素影响小。数字晕渲已是制作晕渲图的主要方法，很多制图软件如ArcGIS等都能制作数字地貌晕渲图。但数字地貌晕渲制图也有明显不足之处，地貌晕渲没有数量概念，只表现地貌高低起伏，数字地貌晕渲是以数字高程模型为基本信息源，但高精度的数字高程模型数据包含太多的地形细节信息，这些零碎的地形细节信息干扰了数字晕渲图中主体地貌特征的表达，淡化了晕渲图的一览性，降低了地貌晕渲图的表现力。为制作直观和表现力强的数字地貌晕渲图，需要对地貌进行科学合理的综合，在保持或夸张主体地貌特征基础上，综合不必要的地形细节信息，突出地貌的主体特征。因此，地貌综合是数字地貌晕渲图制作必不可少的环节和重要的手段，地貌综合的好坏直接关系到地貌晕渲图的质量高低，特别是中小比例尺的地貌晕渲图更为明显，所以地貌综合是地貌晕渲技术中关键问题。现有技术中，数字地貌晕渲中一张晕渲图的光照方向一般都是固定不变，为了改善数字地貌晕渲的效果，采用模拟手工地貌晕渲中局部调整光照的方法，同时为了在地貌晕渲图中突出一些关键地形特征，计算地形单元受光量是考量平面曲率等地形因素，但这些方法效果都不够理想。以数字高程模型为基础信息源制作数字地貌晕渲图时，晕渲图中的主体地貌特征往往受到数字高程模型过度精细的地形细节干扰。数字地貌晕渲技术是以数字高程模型为基础信息源，在制作中小比例尺地貌晕渲图时，零碎的地形细节阻碍了关键地形特征的表达，需要对数字高程模型进行综合，以删减不必要的地形细节信息，而且随着数字高程模型数据获取的精度的提高，数字地貌晕渲中进行地貌综合显得尤为必要，现有技术出现了空间滤波算法对数字高程模型进行综合，并且尽量避免关键地形特征被过渡平滑。对于制作小比例尺晕渲图可以采用重采样方法综合数字高程模型，同时对数字高程模型进行局部的地形夸张，通过分辨率互补的方法融合实验区域高低分辨率的数字高程模型数据，但对于不同地貌形态综合效果不一,特别是陡坡和大面积平地效果不好。综合来看，针对现有技术存在的一些缺陷，本专利技术拟解决以下问题：一是在制作数字晕渲图特别是中小比例尺的晕渲图中，数字高程模型中包含的过度精细的地形细节会降低晕渲图的一览性与三维立体感，所以需要从数字高程模型中删减这些不必要的地形细节信息，数字地貌晕渲中往往采用地貌综合的方法删减数字高程模型中过多的地形细节，但是这也不可避免地导致地形的主要特征被过渡平滑与削弱，针对综合掉数字高程模型中零碎的地形细节的同时保持地形的主要特征的难题；二是删减次级地形细节与保持主体地形特征的矛盾问题，数字地貌晕渲是以数字高程模型为基础数据信息源,晕渲图的主体地貌特征的描述往往被数字高程模型所包含的过度零碎的地形细节所干扰,这些零碎的地形细节信息干扰了数字晕渲图中主体地貌特征的描述，特别是对于中小比例尺的晕渲图的影响尤为明显，往往导致关键地形特征被综合漏掉；三是现有技术洼谷地形填补的数字高程模型综合方法属于结构线综合方法，该方法填补待删减的次级洼谷地形，达到删减地形细节综合数字高程模型的目的，该方法先确定洼谷地形区域与边界，计算洼谷地形的大致走向，最后根据洼谷地形线的法线方向延伸到洼谷地形边界，在洼谷地形边界两点之间进行线性填补。这样填补的洼谷地形等高线沿着洼谷地形线的法线方向延伸，比较平直，与洼谷地形周边的等高线不协调，无法使等高线平滑过渡，地貌晕渲图的整体效果不够好。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供的一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法，在删减地形细节信息时能较好的保持地形特征，该方法构建数字高程模型金字塔，通过填补不同级别的洼谷地形生成不同综合程度的数字高程模型图层，调整各个数字高程模型图层的权重系数来突出或则削弱某一图层，在删减地貌碎部的同时较好的保持地形特征，而且还能通过权重系数的设置突出地形的关键地形特征，制作出一览性好重点突出且三维立体感强的数字地貌晕渲图。填补洼谷地形时考量周围等高线在洼谷地形内走势，并分段插值洼谷地形内网格单元高程值，使得填补后的洼谷地形内地形与周围地形平滑过渡，数字地貌晕渲图的洼谷地形表达更加准确自然，数字地貌晕渲图更加清楚美观。为达到以上技术效果，本专利技术所采用的技术方案如下：一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法，采用洼谷地形填补方法综合数字高程模型，填补次级洼谷地形删减地形细节信息，依次填补不同级别的洼谷地形生成不同综合程度的数字高程模型图层，即数字高程模型金字塔，并为各层数字高程模型图层设置相应的权重系数，通过调整权重系数突出重建地形中的关键地形特征；在删减过度零碎的地形细节信息时避免关键地形特征被淡化，通过数字高程模型图层权重系数的调整适当夸张关键地形特征；填补洼谷地形时考量周围等高线的趋势，采用三次多项式插值法填补待删减的洼谷地形；一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法的具体步骤为：第一步，提取洼谷地形线：采用物理流水模拟法提取集水线；第二步，洼谷地形分级编码：基于霍顿分级的编码原则，编码唯一且包含洼谷地形重要信息；第三步，洼谷地形识别：基于洼谷地形分级编码和网格单元的流向确定洼谷地形的范围和洼谷地形边界；第四步，考量填补洼谷地形周围等高线趋势：根据等高线与洼谷地形边界的交点和在交点处等高线切线模拟等高线的走势；第五步，三次多项式插值：根据等高线与洼谷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法，其特征在于，采用洼谷地形填补方法综合数字高程模型，填补次级洼谷地形删减地形细节信息，依次填补不同级别的洼谷地形生成不同综合程度的数字高程模型图层，即数字高程模型金字塔，并为各层数字高程模型图层设置相应的权重系数，通过调整权重系数突出重建地形中的关键地形特征；在删减过度零碎的地形细节信息时避免关键地形特征被淡化，通过数字高程模型图层权重系数的调整适当夸张关键地形特征；填补洼谷地形时考量周围等高线的趋势，采用三次多项式插值法填补待删减的洼谷地形；/n一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法的具体步骤为：/n第一步，提取洼谷地形线：采用物理流水模拟法提取集水线；/n第二步，洼谷地形分级编码：基于霍顿分级的编码原则，编码唯一且包含洼谷地形重要信息；/n第三步，洼谷地形识别：基于洼谷地形分级编码和网格单元的流向确定洼谷地形的范围和洼谷地形边界；/n第四步，考量填补洼谷地形周围等高线趋势：根据等高线与洼谷地形边界的交点和在交点处等高线切线模拟等高线的走势；/n第五步，三次多项式插值：根据等高线与洼谷地形边界交点和在交点处的等高线的切线方向进行三次多项式插值填补洼谷地形；/n第六步，插值等高线间插值：采用线性插值法变换插值新生成的等高线间的洼谷地形单元；/n第七步，构建数字高程模型金字塔：填补不同级别洼谷地形获得不同详细程度的数字高程模型图层，通过各图层的权重系数突出或削弱某一级别的地形特征。/n...

【技术特征摘要】
1.一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法，其特征在于，采用洼谷地形填补方法综合数字高程模型，填补次级洼谷地形删减地形细节信息，依次填补不同级别的洼谷地形生成不同综合程度的数字高程模型图层，即数字高程模型金字塔，并为各层数字高程模型图层设置相应的权重系数，通过调整权重系数突出重建地形中的关键地形特征；在删减过度零碎的地形细节信息时避免关键地形特征被淡化，通过数字高程模型图层权重系数的调整适当夸张关键地形特征；填补洼谷地形时考量周围等高线的趋势，采用三次多项式插值法填补待删减的洼谷地形；
一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法的具体步骤为：
第一步，提取洼谷地形线：采用物理流水模拟法提取集水线；
第二步，洼谷地形分级编码：基于霍顿分级的编码原则，编码唯一且包含洼谷地形重要信息；
第三步，洼谷地形识别：基于洼谷地形分级编码和网格单元的流向确定洼谷地形的范围和洼谷地形边界；
第四步，考量填补洼谷地形周围等高线趋势：根据等高线与洼谷地形边界的交点和在交点处等高线切线模拟等高线的走势；
第五步，三次多项式插值：根据等高线与洼谷地形边界交点和在交点处的等高线的切线方向进行三次多项式插值填补洼谷地形；
第六步，插值等高线间插值：采用线性插值法变换插值新生成的等高线间的洼谷地形单元；
第七步，构建数字高程模型金字塔：填补不同级别洼谷地形获得不同详细程度的数字高程模型图层，通过各图层的权重系数突出或削弱某一级别的地形特征。


2.根据权利要求1所述的一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法，其特征在于，第一步，提取洼谷地形线时，物理流水模拟法提取集水线的过程分为五个步骤：
第1步，网格单元的流向确定；
第2步，网格数字高程模型数据中的洼地和平地处理；
第3步，网格单元汇水量计算；
第4步，汇水流量阈值确定；
第5步，集水点连接。


3.根据权利要求1所述的一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法，其特征在于，本发明提出基于霍顿分级的洼谷地形编码方法,洼谷地形根据霍顿定律分级,每条洼谷地形都对应一个唯一的洼谷地形编码，且包含洼谷地形间的连接关系、洼谷地形级别和洼谷地形在洼谷地形系统中编号信息。


4.根据权利要求1所述的一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法，其特征在于，洼谷地形编码后，各条洼谷地形都有一个唯一且包含了洼谷地形信息的洼谷地形编码，根据洼谷地形编码进行洼谷地形集水区域识别和洼谷地形边界的识别；
洼谷地形集水区域识别中，流向洼谷地形所在单元的网格单元属于当前洼谷地形的集水区域；依次遍历洼谷地形数据的存储结构，获得洼谷地形的编码和点集，查询洼谷地形的点集，找到集水量最大网格单元，洼谷地形集水量最大的单元即洼谷地形的出水口；如果洼谷地形集水量最大的点不是连接点，则把该集水量最大的网格单元压入一个先进先出的堆栈，弹出堆栈的堆首单元，并以该单元为中心建立3*3的滑动窗口，把其中流向中心单元的网格单元设置当前洼谷地形编码并压入堆栈，表明该单元为当前洼谷地形的集水区域，循环直至先进先出的堆栈为空结束，数字高程模型的网格单元中洼谷地形编码为当前洼谷地形编码的区域就是当前洼谷地形的集水区域；当洼谷地形集水量最大的点是一个连接点即与父级洼谷地形相交时，从洼谷地形的点集中找出集水量第二高的点，以这个点做为洼谷地形的出水口，进行递归迭代计算出当前洼谷地形的集水区域；
洼谷地形边界识别中，建立一个3*3的滑动窗口，使滑动窗口滑动遍历数字高程模型所有的网格单元，如果中心单元的洼谷地形编码不为空且为洼谷地形集水区域的边界，则以该单元为起始单元顺时针沿洼谷地形集水区域的边界遍历，沿着固定方向把当前洼谷地形集水区域的边界单元依次加入到边界数组中；接下来用一个3*3滑动窗口从头开始遍历洼谷地形集水区域边界数组，如果窗口中存在二个以上的相邻边界单元，则比较这几个边界相邻的单元，如果其中单元有重复，只保留其中的一个边界单元，其余的边界单元类型从边界改为洼谷地形集水区域内部单元。


5.根据权利要求1所述的一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法，其特征在于，本发明在填补洼谷地形时考量周围登高线的趋势，根据填补洼谷地形的级别提取相应等高距的等高线，计算等高线与填补洼谷地形边界的交点；采用等高线与洼谷地形边界交点处的斜率表示等高线的趋势，根据同一条等高线与洼谷地形边界的二个交点和二个交点处的斜率进行三次多项式插值，将交点间的插值单元赋值等高线的高程；填补洼谷地形内高程没有修改的单元沿着洼谷地形的大致走势进行线性内插，直到所有填补洼谷地形内的单元高程都被修改为止。


6.根据权利要求1所述的一种表现力强的地貌晕渲图洼谷地形填补方法，其特征在于，本发明提出根据等高线与洼谷地形边界...

【专利技术属性】
技术研发人员：扆亮海，李蕊男，
申请(专利权)人：扆亮海，
类型：发明
国别省市：浙江;33