一种基于局部基准底面的地形地貌自动分类方法技术

本发明专利技术公开一种基于局部基准底面的地形地貌自动分类方法，步骤如下：基于研究区域原始DEM数据生成汇流累积量数据；基于汇流累积量构建河网，以河网点作为基底地形的高程控制点，构建局部基准底面DEM；用原始DEM数据减去局部基准底面DEM，得到研究区域的表面起伏度，根据起伏度大小划分山地平原的范围，按起伏度对山地进一步划分；以高程为分类基准对研究区域进行全域高程分类，综合起伏度分类结果和高程分类结果，得到最终分类结果；分类结果后处理。本发明专利技术通过使用TIN构建局部基准底面有效提升了地形地貌分类的精度与区域完整性，能够实现在仅以DEM为本源数据的情况下，全球地形地貌类别的高精度自动划分，为全球地貌研究提供了坚实的数据基础。供了坚实的数据基础。供了坚实的数据基础。

【技术实现步骤摘要】
一种基于局部基准底面的地形地貌自动分类方法


[0001]本专利技术属于自然地貌自动分类
，具体涉及一种基于局部基准底面的地形地貌自动分类方法，更详细地为一种基于不规则三角网的地形地貌自动分类方法。

技术介绍

[0002]地貌指的是地表高低起伏的几何形态特征，是内外地质营力相互作用的结果。地球表面上任意一个地理区内的地貌，都是由多次重复、彼此互相交替的地貌形态所组成，如何合理地划分地貌类型是研究地貌形态组合的基础。
[0003]地貌分类，是对地球表面形态单元的形态、成因、物质组成、年龄等属性，按照内在逻辑关系进行划分。由于分类原则和方法的不同，形成了多种地貌分类体系，但随着地貌分类理论的发展，现代地貌学逐渐确定了以成因和形态为核心的分类体系的主导地位。在此体系下，全球陆地地貌可被分为三等六级，即地貌纲、地貌类和地貌型三种等级，以这三等为基础又进一步细分为地貌纲、地貌亚纲、地貌类、地貌亚类、地貌型和地貌亚型六型。其中，对于地貌纲和地貌亚纲的分类被称为基本地貌形态分类，也即地形地貌分类；在此基础上进一步细分的地貌类和地貌亚类被称为地貌成因分类；地貌型通过对地貌类的形态进一步细分得到；对于地貌亚型的划分则是涉及物质组成的地貌类型分类。
[0004]地形地貌分类，是根据地貌的宏观形态特征和海拔高度对地貌进行分类。普遍采用的地形地貌分类方法将地表形态划分为平原、台地、丘陵、小起伏山地、中起伏山地、大起伏山地和极大起伏山地等7个具体的地貌纲，再按海拔高度将地貌纲进一步细分为低海拔、中海拔、高海拔、极高海拔四级的地貌亚纲，进而构成了24个基本的地貌类型。
[0005]早期，地貌分类与制图主要依赖于人工对地形图的目视判读和野外调查，这种方法不仅成本高、效率低，还存在部分区域无法分类的情况。随着地理信息科学技术的发展，数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)因其兼备地表细节层次丰富和计算迅速的优势，逐渐成为地貌自动分类领域的数据基础，进而衍生出了一系列以数字高程模型为主要数据源的地形地貌自动分类方法。现有的基于数字高程模型的地形地貌自动分类方法主要有基于聚类的方法、专家知识规则化的方法和基于机器学习的方法。基于聚类的分类方法对于对单一地貌类型提取效果显著，但由于其以数据为驱动，不具有明显的地理意义，难以体现实际的地貌空间分布规律；专家知识规则化的分类方法将专家知识转化为规则，具有明确的地理意义，但是专家知识的规则化过程具有一定的难度，且该方法的普适性较差；基于机器学习的方法通常将典型地貌样区与机器学习方法相结合，通过机器学习的方法挖掘样区中隐含的信息，该方法考虑了数据的空间位置关系与专家知识，但分类结果受制于选取的样区中地貌丰富度。
[0006]本专利技术提出的基于局部基准底面的地形地貌自动分类方法隶属于专家知识规则化的分类方法，在周成虎提出的中国陆地1：100万数字地貌分类体系的基础上，以地形起伏度和海拔高度为主要分类指标，将全球地貌按照形态分为23类(低海拔平原、中海拔平原、高海拔平原、极高海拔平原、低海拔丘陵、中海拔丘陵、高海拔丘陵、极高海拔丘陵、小起伏
低山、小起伏中山、小起伏高山、小起伏极高山、中起伏低山、中起伏中山、中起伏高山、中起伏极高山、大起伏低山、大起伏中山、大起伏高山、大起伏极高山、极大起伏中山、极大起伏高山、极大起伏极高山)。区别于以像元为基本单元的地形地貌自动分类方法，本专利技术加入了对宏观地形地貌整体性的考虑，提升了分类结果的一致性。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：考虑到传统地形地貌自动分类方法的局限，本专利技术提出了一种基于局部基准底面的地形地貌自动分类方法，仅使用DEM作为数据源，融合局部基准面的思想，是一种能够同时兼顾地貌整体性和分类准确性的全球地形地貌自动分类方法。
[0008]技术方案：一种基于局部基准底面的地形地貌自动分类方法，步骤如下：
[0009](1)基于研究区域原始DEM数据生成研究区域汇流累积量数据；
[0010](2)基于汇流累积量数据，自适应确定汇流阈值构建河网，从河网生成研究区域局部基准底面的高程控制点，进而构建不规则三角网，将不规则三角网转为栅格生成局部基准底面DEM，本方法提出的局部基准底面，是由研究区域中相对低的地面点模拟而成的局部地形的基底面，是研究区域起伏度计算的基准；
[0011](3)用原始DEM数据减去局部基准底面DEM，得到研究区域的表面起伏度，设定一定的起伏度分类阈值，划分平原和山地；针对山地部分，依据起伏度大小进行二次分类；
[0012](4)以高程为分类标准对研究区域原始DEM进行全域高程分类，得到综合高程和起伏度的地形地貌自动分类结果；
[0013](5)对步骤(4)的结果进行细碎图斑消除和错分图斑的修正，平滑不合理的类型边界，得到最终的地形地貌分类结果。
[0014]作为优选，所述步骤(1)中基于研究区域原始DEM数据生成研究区域汇流累积量数据具体步骤如下：
[0015](101)根据研究区域的范围，对区域范围内的DEM数据进行裁剪和拼接，仅保留研究区域的陆地部分得到研究区域原始DEM数据；
[0016](102)以研究区域原始DEM数据为基础，基于优先漫水算法，计算研究区域内的地表流向数据；
[0017](103)基于研究区域原始DEM数据和计算生成的地表流向数据，计算研究区域的汇流累积量数据。
[0018]作为优选，所述步骤(2)中局部基准底面DEM的生成步骤具体如下：
[0019](201)基于步骤(1)生成的汇流累积量数据，根据研究区域原始DEM数据生成自适应的汇流阈值，大于该阈值的汇流栅格被提取为河网，小于阈值的栅格设置为空值；
[0020](202)基于步骤(201)生成的河网数据为基准底面的控制点，将原始DEM数据中对应位置处的高程值提取至河网栅格；
[0021](203)对于步骤(202)生成局部基准底面控制点由栅格转换为离散的矢量点，作为构建局部基准底面的高程控制点；
[0022](204)以步骤(203)生成的局部基准底面高程控制点为输入，构建符合Delaunay三角测量的TIN，即研究区域的局部基准底面；
[0023](205)基于步骤(204)生成的TIN，将TIN转为与原始DEM栅格大小和范围一致的局
部基准底面DEM。
[0024]作为优选，所述步骤(3)使用的GIS软件包括ArcGIS Pro。
[0025]作为优选，所述步骤(3)中起伏度分类阈值为30。
[0026]作为优选，所述步骤(3)中平原和山地以及山地部分的二次分类方法具体如下：
[0027](301)将原始DEM数据与局部基准底面DEM数据相减，得到研究区域的起伏度栅格；
[0028](302)根据30米的起伏度分类阈值对步骤(301)生成的结果进行分类，大于阈值的栅格被分类为山地，小于起伏度阈值的被分类为平原，生成只包含0和1的山地平原类别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于局部基准底面的地形地貌自动分类方法，其特征在于，步骤如下：(1)基于研究区域原始DEM数据生成研究区域汇流累积量数据；(2)基于汇流累积量数据，自适应确定汇流阈值构建河网，从河网生成研究区域局部基准底面的高程控制点，进而构建不规则三角网，将不规则三角网转为栅格生成局部基准底面DEM；(3)用原始DEM数据减去局部基准底面DEM，得到研究区域的表面起伏度，设定一定的起伏度分类阈值，划分平原和山地；针对山地部分，依据起伏度大小进行二次分类；(4)以高程为分类标准对研究区域原始DEM进行全域高程分类，综合高程分类结果和起伏度分类结果，得到地形地貌自动分类结果；(5)对步骤(4)的结果进行细碎图斑消除和错分图斑的修正，平滑不合理的类型边界，得到最终的地形地貌分类结果。2.根据权利要求1所述的一种基于局部基准底面的地形地貌自动分类方法，其特征在于，所述步骤(1)中基于研究区域原始DEM数据生成研究区域汇流累积量数据具体步骤如下：(101)根据研究区域的范围，对范围内的DEM数据进行裁剪和拼接，仅保留研究区域的陆地部分，得到研究区域原始DEM数据；(102)以研究区域原始DEM数据为基础，基于优先漫水算法，计算研究区域内的地表流向数据；(103)基于研究区域原始DEM数据和计算生成的地表流向数据，计算研究区域的汇流累积量数据。3.根据权利要求1所述的一种基于局部基准底面的地形地貌自动分类方法，其特征在于，所述步骤(2)中局部基准底面DEM的生成步骤具体如下：(201)基于步骤(1)生成的汇流累积量数据，根据研究区域原始DEM数据生成自适应的汇流阈值，大于该阈值的汇流栅格被提取为河网，小于阈值的栅格设置为空值；(202)以步骤(201)生成的河网数据为基准底面的控制点，将原始DEM数据中对应位置处的高程值提取至河网栅格；(203)对于步骤(202)生成的局部基准底面控制点由栅格转换为离散的矢量点，作为构建局部基准底面的高程控制点；(204)以步骤(203)生成的局部基准底面高程控制点为输入，构建符合Delaunay三角测量的TIN，即研究区域的局部基准底面；(205)基于步骤(204)生成的TIN，将TIN转为与原始DEM栅格大小和范围一致的局部基准底面DEM。4.根据权利要求1所述的一种基于局部基准底面的地形地貌自动分类方法，其特征在于，所述步骤(3)使用的GIS软件包括ArcGIS Pro。5.根据权利要求1所述的一种基于局部基准底面的地形地貌自动分类方法，其特征在于，所述步骤(3)中起伏度分类阈值为30。6.根据权利要求1所述的一种基于局部基准底面的地形地貌自动分类方法，其特征在于，所述步骤(3)中平原和山地以及山地部分的二次分类方法具体如下：(301)计算原始DEM与局部基准底面DEM的差值，得到研究区域的起伏度栅格；
(302)根据30米的起伏度分类阈值对步骤(301)生成的结果进行分类，大于阈值的栅格被分类为山地，小于起伏度阈值的被分类为平原，生成只包含0和1的山地平原类别结果数据，其中0代表山地，1代表平原；(303)基于步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨昕，李昕，陈阳，李思进，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：