【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信息科学，具体是一种基于山体阴影分析的启发式dem综合方法。
技术介绍
1、数字高程模型(dem：digital elevation model)是国家空间数据基础设施(nsdi：national spatial data infrastructure)的重要组成部分，是不同层级实景三维中国建设的地形基底，具有多层次、多尺度特征。在空间规划、工程建设、立体导航等不同应用场景下，需要不同尺度、不同分辨率dem数据的支撑。简单而高效的dem综合方法是实现多尺度dem有效途径，有助于提高nsdi建设效率、促进实景三维中国建设步伐、拓展多维度情境化dem应用场景，具有重要的理论和实用价值。
2、现有的dem综合方法主要有三类。第一类是滤波方法，该方法将原始数据分为高频滤波和低频滤波两部分，高频部分对应于地形的细节信息，低频部分对应于地形的特征信息，通过消除数据中的高频部分可实现dem综合。第二类是基于dem数据点的显著性评价的方法，其基本思想是通过一些规则来评估每个dem数据点的重要性，然后选择高重要性的dem数据点或关键地形点(峰、坑、鞍)来重建低分辨率的dem。第三类是基于结构选取的启发式dem综合方法，在这类方法中，首先识别和提取隐藏在dem网格中的地形特征，然后根据其地理或水文意义评估每个地形特征的重要性，最后通过删除次要地形特征来重新生成dem数据。由于dem数据隐藏了许多地形特征，如山脊、山峰、鞍部、山谷、平原、洼地等，人们认为dem综合的本质是一个信息抽象的过程，而不是一个数据压缩的过程。信息抽象
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种基于山体阴影分析的启发式dem综合方法，该方法采用山体阴影分析和局部邻域分析方法分别提取dem数据中隐含的地形骨架特征线和地形特征点，然后以特征线和特征点作为约束，进行重采样和dem内插，本质上是一种启发式dem综合方法。该方法可以有效提升dem的效率并改善综合效果。
2、为实现上述目的，本专利技术采用了一种技术方案：一种基于山体阴影分析的启发式dem综合方法，包括如下步骤：
3、步骤s1：设定山体阴影分析及dem综合的超参数，包括dem山体阴影分析的天顶距(水平面方向上的角度，单位为度)参数α和输出dem的分辨率β；
4、步骤s2：构建山体阴影分析的光照模型，基于给定的天顶距参数，以10°为间距，构建36个不同方位角(与正北方向的夹角，单位为度)的光照模型；
5、步骤s3：基于山体阴影分析方法提取dem数据隐含的地形骨架特征；
6、步骤s4：基于局部邻域分析提取dem数据中的高程地形特征点；
7、步骤s5：基于提取的特征要素将dem数据分为特征数据和非特征数据两类，分别采用重采样和反距离插值方法进行启发式dem综合。
8、本专利技术与现有技术相比能更加简单、有效地实现启发式dem综合，且综合结果符合空间认知和dem表达的基本规律，具体来讲具有以下有益效果：
9、1.本专利技术基于山体阴影分析实现dem地形骨架特征的提取，从0°方向开始、每10°间隔设置一个方位角，可提取多视角下的地形骨架特征，该特征作为启发式dem综合的基本约束之一，可有效改善dem综合效果；
10、2.本专利技术基于局部邻域分析实现dem高程特征点的提取，以焦点函数提取高程极大值和极小值点并进行筛选，形成点状地形特征要素，该特征作为启发式dem综合的基本约束之二，可进一步改善dem综合效果；
11、3.本专利技术将dem数据分割为地形特征数据和非特征数据，分别采用重采样和反距离插值方法进行dem尺度变换，能在顾及dem地形特征的基础上进行启发式dem综合，综合效果更加符合数据的空间分布特征和人类空间认知。
12、在以上所述的一种基于山体阴影分析的启发式dem综合方法中，所述步骤s1和s2先设定山体阴影分析及dem综合的超参数，包括dem山体阴影分析的天顶距(水平面方向上的角度，单位为度)参数α和输出dem的分辨率β；然后构建山体阴影分析的光照系列，基于给定的天顶距参数，以10°为间距，构建36个不同方位角(与正北方向的夹角，单位为度)的光照模型，具体光照模型参数如下：
13、(α,0)、(α,10)、(α,20)、(α,30)、(α,40)、(α,50)、(α,60)、(α,70)、(α,80)、(α,90)、(α,100)、(α,110)、(α,120)、(α,130)、(α,140)、(α,150)、(α,160)、(α,170)、(α,180)、(α,190)、(α,200)、(α,210)、(α,220)、(α,230)、(α,240)、(α,250)、(α,260)、(α,270)、(α,280)、(α,290)、(α,300)、(α,310)、(α,320)、(α,330)、(α,340)、(α,350)。
14、在以上所述的一种基于山体阴影分析的启发式dem综合方法中，所述步骤s3对于待综合的dem数据d，基于山体阴影分析方法提取dem数据中隐含的地形骨架特征线，具体步骤如下：
15、步骤3.1，取步骤2中的36个光照参数(α,0)…(α,350)，分别对d进行山体阴影分析，分析结果为36个山体阴影栅格数据集，记为hs1，hs2，…,hs36；
16、步骤3.2，对36个山体阴影栅格数据集hs1，hs2，…,hs36分别进行拉普拉斯高通滤波(laplace filter)边缘探测，运算结果为边缘探测分析的36个栅格数据集，记为ed1，ed2，…,ed36；
17、步骤3.3，对36个边缘探测结果的栅格数据集ed1，ed2，…,ed36进行叠加融合，该叠加操作提取所有滤波层ed1，ed2，…,ed36的每个输入单元的最大边缘值，生成的栅格层将包含关于地形骨架特征的所有候选点，记为c；
18、步骤3.4，设定选取比例参数r，对c进行二分类，将c中的点分为dem骨架特征点和非骨架特征点，分类结果栅格数据集记为b；
19、步骤3.5，对二分类栅格b用数学形态学中的侵蚀和扩张算子进行综合操作，将包含骨架线的区域转换为骨架特征线，综合结果栅格数据集记为s；
20、步骤3.6，对骨架特征线数据集s进行矢量化，设定长度参数l，提取其中长度大于l的线特征作为最终的保留骨架线，并栅格化，结果栅格数据集记为fs。
21、在以上所述的一种基于山体阴影分析的启发式dem综合方法中，所述步骤s4，对于待综合的dem数据d，基于局部邻域分析方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.本专利技术提供了一种基于山体阴影分析的启发式DEM综合方法，步骤如下：
【技术特征摘要】
1.本发明提供了一种基于山体阴影分析...
【专利技术属性】
技术研发人员：李精忠，闫浩文，朱庆，禄小敏，张黎明，李文德，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：
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