一种DEM数据中盆地的自动标识方法技术

本发明专利技术公开了一种DEM数据中盆地的自动标识方法，包括以下步骤：1)提取DEM数据中每个DEM格网点的海拔高度值，并计算各个DEM格网点的地势起伏度值，形成由平原点和山地点构成的二值标注图；2)利用二值形态学滤除二值标注图中面积及形状小于预设值的平原点；3)构建盆地的闭合度计算函数，计算二值标注图中每个平原点被其周围山地点包围的闭合度，选取闭合度大于预设闭合度阈值TC的平原点作为初选盆地；4)在各初选盆地中选取面积大于预设面积阈值TA且相对高差大于预设相对高差阈值TD的初选盆地作为最终盆地，得最终盆地标识图。该方法能够实现DEM数据中盆地的标识。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术数字地形分析领域的地貌类型自动划分
，涉及一种DEM数据中盆地的自动标识方法。
技术介绍
地形与地貌是重要的地理要素，基于数字高程模型(Digital Elevation Model，简称DEM)的地貌类型划分及标识是数字地形分析在地貌学中的重要研究方向之一。我国幅员辽阔，地貌组成复杂，研究丰富多样的地貌类型对于了解自然地理环境的形成及发展起着极为重要的作用。盆地即是一种重要的地貌类型，它由平原、丘陵和山地组合而成，其四周高、中间低、形如盆状，通常称其边缘部分为盆周，中央部分为盆心。盆周区域地势起伏峻峭，在地质构造上呈隆升趋势，主要是由山地和丘陵构成；盆心区域地势较为平坦，在地质构造上呈沉降趋势，主要由平原构成。盆地对气流有一定的阻挡作用，会对气候产生重要的影响，盆地边缘往往还储藏着丰富的矿产资源，因此，许多国际化大都市往往建立于其中。基于DEM数据自动识别并标注出盆地是本专利技术的核心。目前基于DEM的中国陆地地貌类型划分方法种类众多。周廷儒等人在文献“周廷儒，施雅风，陈述彭.中国地形区划草案[M].北京：科学出版社，1956:21－56.”中将我国地貌划分为平原(海拔多数﹤200m，相对高度﹤50m)、盆地(盆心与盆周高差﹥500m以上)、高原(海拔﹥1000m，与附近低地高差﹥500m)、丘陵(海拔多数﹤500m，相对高度50～500m)、中山(海拔500～3000m，相对高度500m以上)和高山(海 拔﹥3000m)等六大类型。在文献“中国1:1000000地貌图制图规范(试行)[M].北京：科学出版社，1987:1－44.”中将我国的地貌划分为平原、丘陵和山地三种，并以海拔高度和地势起伏度为量化指标做出了更细的划分准则。陈志明在文献“陈志明.1:400万中国及其毗邻地区地貌图说明书·中国地貌纲[M].北京：中国地图出版社，1993:7－13.”中对中国地貌按地形起伏度分为微缓起伏(0～20m)、小起伏(20～75m)、中起伏(75～200m)、山地起伏(200～600m)和高山起伏(﹥600m)等5级。刘爱利等在文献“刘爱利，汤国安.中国地貌基本形态DEM的自动划分研究[J].地球信息科学，2006，8(4):8-14”中以我国1:100万DEM数据为对象，对其上的地势起伏度、地表切割度、地表粗糙度、高程变异系数、平均坡度、平均高程6个地形因子开展了主成份分析，并把ISODATA非监督分类法与Bayesian最大似然监督分类法相结合，将我国地貌划分为平原、丘陵、低山、低中山、高中山、高山、极高山7种类型。李炳元等在文献“李炳元，潘保田等.中国地貌区划新论[J].地理学报，2013，68(3):291-306”中以中国的1:400万地貌图为基础，应用GIS方法，结合中国三大地貌阶梯及其内部地貌格局的特点，通过分析我国各地基本地貌类型组合的差异及其形成原因，将我国划分为东部低山平原大区、东南低中山地大区、中北中山高原大区、西北高中山盆地大区、西南亚高山地和青藏高原大区6个地貌大区。梁立恒等在文献“梁立恒.基于空间形态的模糊数据集数字地貌研究[D].长春：吉林大学，2011”中利用ASTER-DEM数据，以平均坡度、截面曲率、最大曲率和最小曲率等地形因子为参数，基于自组织映射神经网络构建了地貌形态划分方法，将 地貌划分为山峰、鞍部、中坡山脊、平缓山脊、陡坡沟谷、中坡沟谷、平缓沟谷、中坡平原、平缓平原、洼地10种类型。李炳元等在文献“李炳元，潘保田，韩嘉福.中国陆地基本地貌类型及其划分指标探讨[J].第四纪研究,2008,28(4):535-543.”中认为我国陆地地貌起伏复杂、台阶众多，以海拔和地势起伏度作为特征因子进行划分较为合理，但对于每种地貌具体的划分指标学界尚未形成统一的标准。雷红涛在文献“雷红涛.基于DEM的山脉线提取及地貌类型判别方法研究[D].西安：西安建筑科技大学，2015.”中以地势起伏度、海拔和面积为特征因子分别描述盆心和盆周的地貌形态，将盆心和盆周分离开，依据盆心和盆周的高差建立盆地形态的完整描述。该方法设定了理想前提，即认为整个待处理区域内只归属于一种地貌，这与实际地形相去甚远，不能将区域内多个相互独立的盆地区域自动标注出来。综上所述，目前基于DEM的中国陆地地貌划分研究成果颇丰，但这些方法或在宏观上将地貌标识为平原、丘陵和山地等基本地貌类型，或在微观上将地貌标识为山顶、山脊、山谷、平地和洼地，未见对盆地地貌的自动标识方法研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种DEM数据中盆地的自动标识方法，该方法能够实现DEM数据中盆地的标识。为达到上述目的，本专利技术所述的DEM数据中盆地的自动标识方法包括以下步骤：1)提取DEM数据中每个DEM格网点的海拔高度值，并计算各个DEM格网点的地势起伏度值，根据每个DEM格网点的海拔高度值及地势起伏度值初判每个DEM格网点的地貌类型归属，然后根据DEM数据中各DEM格网点的地貌类型归属形成由平原点和山地点构成的二值标注图；2)利用二值形态学滤除二值标注图中面积及形状小于预设值的平原点；3)构建盆地的闭合度计算函数，计算二值标注图中每个平原点被其周围山地点包围的闭合度，选取闭合度大于预设闭合度阈值TC的平原点作为初选盆地；4)在各初选盆地中选取面积大于预设面积阈值TA且相对高差大于预设相对高差阈值TD的初选盆地作为最终盆地，得最终盆地标识图。步骤1)的具体操作为：a1)提取DEM数据中每个DEM格网点的海拔高度值，并计算各个DEM格网点的地势起伏度值；a2)根据每个DEM格网点的海拔高度值和地势起伏度值初判每个DEM格网点的地貌类型归属，其中，每种地貌类型对应K-Means算法中的一个类簇，再统计DEM数据的地貌类型个数k，即聚类中心数为k，然后再计算各种地貌类型中所有DEM格网点的平均海拔及平均地势起伏度，形成每个类簇的初始聚类中心值Ci；a3)根据聚类中心数k和各类簇的初始聚类中心值Ci对DEM数据进行聚类处理，再将初始聚类中心值最小的类簇格网点划归为平原地貌，并标记为1，将其它类簇格网点划归为山地地貌，并标记为0，形成由平 原点和山地点构成的二值标注图。步骤2)的具体操作为：设置形态学结构元素，利用开启运算滤除二值标注图中比形态学结构元素小的突刺噪声，同时利用闭合运算填充二值标注图中比形态学结构元素小的缺口及孔洞。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的DEM数据中盆地的自动标识方法在具体操作时，根据每个DEM格网点的海拔高度值及地势起伏度值初判每个DEM格网点的地貌类型归属，实现盆地中盆心与盆周的分离，形成由平原点和山地点构成的二值标注图；然后通过构建闭合度计算函数，计算二值标注图中每个平原点被其周围山地点包围的闭合度，使盆地周围山地对中央平原的闭合程度得以可测和量化，从而选取出初选盆地，然后再初选盆地中以面积及高差为阈值选取最终的盆地，从而实现DEM数据中盆地的标识，操作简单，便于实现。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2(a)为本专利技术中海岸线闭合度模型的示意图图2(b)为本专利技术中海岸线闭合度模型的示意图图3(a)为本专利技术中盆地闭合度计算模型的示意图(一条交线)；图3(b)为本专利技术中盆地闭合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DEM数据中盆地的自动标识方法，其特征在于，包括以下步骤：1)提取DEM数据中每个DEM格网点的海拔高度值，并计算各个DEM格网点的地势起伏度值，根据每个DEM格网点的海拔高度值及地势起伏度值初判每个DEM格网点的地貌类型归属，然后根据DEM数据中各DEM格网点的地貌类型归属形成由平原点和山地点构成的二值标注图；2)利用二值形态学滤除二值标注图中面积及形状小于预设值的平原点；3)构建盆地的闭合度计算函数，计算二值标注图中每个平原点被其周围山地点包围的闭合度，选取闭合度大于预设闭合度阈值TC的平原点作为初选盆地；4)在各初选盆地中选取面积大于预设面积阈值TA且相对高差大于预设相对高差阈值TD的初选盆地作为最终盆地，得最终盆地标识图。

【技术特征摘要】
1.一种DEM数据中盆地的自动标识方法，其特征在于，包括以下步骤：1)提取DEM数据中每个DEM格网点的海拔高度值，并计算各个DEM格网点的地势起伏度值，根据每个DEM格网点的海拔高度值及地势起伏度值初判每个DEM格网点的地貌类型归属，然后根据DEM数据中各DEM格网点的地貌类型归属形成由平原点和山地点构成的二值标注图；2)利用二值形态学滤除二值标注图中面积及形状小于预设值的平原点；3)构建盆地的闭合度计算函数，计算二值标注图中每个平原点被其周围山地点包围的闭合度，选取闭合度大于预设闭合度阈值TC的平原点作为初选盆地；4)在各初选盆地中选取面积大于预设面积阈值TA且相对高差大于预设相对高差阈值TD的初选盆地作为最终盆地，得最终盆地标识图。2.根据权利要求1所述的DEM数据中盆地的自动标识方法，其特征在于，步骤1)的具体操作为：a1)提取DEM数据中每个DEM格网点的海拔高度值...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔月萍，刘大维，万晨，戚艳军，毛立栋，张跃鹏，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61