基于弯曲特征的河流裂点提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于弯曲特征的河流裂点提取方法，包括：(1)根据待提取河流的剖面数据，获取该河流的区间[start,end]；(2)基于最大弯曲系数从该河流区间[start,end]中提取一弯曲处，弯曲处区间记为[s,e]；(3)从弯曲处区间[s,e]中提取出候选裂点candidateKP，并划分为两个子区间；(4)二分迭代执行步骤(2)至(3)，直至完成待提取河流的所有弯曲处以及候选裂点的提取；(5)在步骤(4)中得到的弯曲处和候选裂点中，提取出上凸弯曲处对应的候选裂点作为该河流的最终裂点进行输出。本发明专利技术与现有技术相比，自动化程度高，且裂点提取质量较高。

River Crack Point Extraction Method Based on Bending Characteristics

【技术实现步骤摘要】
基于弯曲特征的河流裂点提取方法
本专利技术涉及地理信息技术应用领域，具体涉及一种基于河流剖面弯曲特征的河流裂点提取方法。
技术介绍
裂点是反应沟谷水系发育、侵蚀速率、断层活动的重要地貌指标之一。长期以来，对于裂点的研究多依赖于野外考察。由于受地形条件和人力资源的限制，野外考察只能局限于一定规模的小流域尺度，难以进行大范围的详尽调研。通过野外调查获取裂点数据需要消耗大量人力物力，且效率低下。随着空间数据采集方式的进步，数字高程模型(DigitalElevationModel,简称DEM)为河流裂点提取提供了有效的数据源，使得基于DEM进行低成本、大范围的裂点提取成为可能。目前，河流裂点的提取方法主要有纵剖面高程陡降法、点坡降法和S-A双对数法3类(参见王婷婷,杨昕,叶娟娟,王琛智.不同尺度DEM的河流裂点提取及其效应分析.地球信息科学学报,2014,16(06):882-889.)。纵剖面高程陡降法基于裂点在河流纵剖面上(由河流下游至上游方向)表现为上凸异常部位，且相应裂点上下河道坡度表现为快速地由小变大这一特征进行裂点提取(WhippleKX.Fluviallandscaperesponsetime:Howplausibleissteady-statedenudation.AmericanJournalofScience,2001,301(4-5):313-325.)；点坡降法则是计算河流纵剖面中每一点的坡降，若坡降大于阈值，则为裂点(HayakawaYS,OguchiT.DEM-basedidentificationoffluvialknickzonesanditsapplicationtoJapanesemountainrivers.Geomorphology,2006,78(1):90-106.)；S-A双对数法则通过计算坡度、流域面积、绘制双对数曲线图、曲线拟合等处理环节，来判断裂点位置(WhippleKX.Bedrockriversandthegeomorphologyofactiveorogens.AnnuRevEarthPlanetSci,2004,32:151–185.)。上述方法中，纵剖面高程陡降法需要人工目视解译，解译质量受解译者的经验、主观影响较大；点坡降法中阈值的选定会对结果造成较大的影响，阈值过大易造成较多漏判，阈值过小则产生较多虚判；S-A双对数法实现过程复杂，且不适合小规模裂点的提取。此外，相关方法均是基于微观特征进行河流裂点提取，易受数据嗓声的影响，且通常产生较多虚判。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种基于弯曲特征的河流裂点提取方法。技术方案：本专利技术所述的基于弯曲特征的河流裂点提取方法包括：(1)根据待提取河流的剖面数据，获取该河流的区间[start,end]，其中，start和end为河流剖面区间的起点和终点；(2)基于最大弯曲系数从该河流区间[start,end]中提取一弯曲处，弯曲处区间记为[s,e]，其中，s和e为弯曲处区间的起点和终点；(3)从弯曲处区间[s,e]中提取出候选裂点candidateKP，将河流区间[start，end]划分为[start，candidateKP]、[candidateKP，end]两个子区间；(4)针对[start，candidateKP]、[candidateKP，end]两个子区间，二分迭代执行步骤(2)至(3)，直至完成待提取河流的所有弯曲处以及候选裂点的提取；(5)在步骤(4)中得到的弯曲处和候选裂点中，提取出上凸弯曲处对应的候选裂点作为该河流的最终裂点进行输出。进一步的，步骤(2)具体包括：(2-1)设置i＝start；(2-2)设置j＝end；(2-3)计算pi和pj两点之间的弯曲系数rij，其中，pi和pj分别为位置i和j上的点；(2-4)将j＝j-1，并返回执行(2-3)，直至j<i+2时执行(2-5)；(2-5)将i＝i+1，并返回执行(2-2)，直至i>end-2时执行(2-6)；(2-6)获取弯曲系数最大且大于阈值R的值所对应的两个点，其位置分别记为s、e。进一步的，步骤(2-3)中弯曲系数rij的计算公式为：式中，形如x*,y*分别为对应点p*在河流剖面中的横坐标和纵坐标，lenij为pi和pj两点间剖面线的长度。进一步的，步骤(3)具体包括：(3-1)基于s、e所对应的两点，提取[s，e]区间内与连接s、e的线段距离最大的点作为候选裂点，记为candidateKP；(3-2)根据candidateKP，将河流区间[start，end]划分为[start，candidateKP]、[candidateKP，end]两个子区间。进一步的，步骤(5)具体包括：(5-1)对于步骤(4)中得到的任一弯曲处和对应候选裂点，根据下列公式计算候选裂点所在的弯曲特征A：A＝(yk-ys)+(xs-xk)×(ys-ye)/(xs-xe)式中，形如x*,y*分别为对应点p*在河流剖面中的横坐标和纵坐标，s和e为弯曲处区间的起点和终点，k为候选裂点candidateKP；(5-2)判断A是否大于0，若大于0，则判定当前弯曲处为上凸弯曲处，所对应候选裂点确定为裂点；(5-3)重复执行(5-1)至(5-2)，直至对所有弯曲处和对应候选裂点处理完毕，输出所有判定为裂点的点。有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：本专利技术基于裂点位于河流剖面上凸弯曲处这一宏观特征进行提取，能较好地避免数据噪声的影响，具有较低的虚判概率。附图说明图1是本专利技术的一个实施例的流程示意图；图2是本实施例中采用的实验数据图；图3是本实施例提取的候选裂点以及裂点所在弯曲示意图；图4是本实施例中上凸、下凹弯曲分类示意图；图5是本实施例中上凸弯曲示意图；图6是本实施例提取的裂点示意图；图7是坡降法提取的裂点示意图。具体实施方式本实施例提供了一种基于弯曲特征的河流裂点提取方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤1：根据待提取河流的剖面数据，获取该河流的区间[start,end]，其中，start和end为河流剖面区间的起点和终点。本实例实验数据采用的是由庐山地区DEM数据(5米分辨率)提取的某河流剖面数据，如图2所示。步骤2：基于最大弯曲系数从该河流区间[start,end]中提取一弯曲处，弯曲处区间记为[s,e]，其中，s和e为弯曲处区间的起点和终点。本步骤具体包括：(2-1)设置i＝start；(2-2)设置j＝end；(2-3)计算pi和pj两点之间的弯曲系数rij，其中，pi和pj分别为位置i和j上的点，弯曲系数rij的计算公式为：式中，形如x*,y*分别为对应点p*在河流剖面中的横坐标和纵坐标，lenij为pi和pj两点间剖面线的长度；(2-4)将j＝j-1，并返回执行(2-3)，直至j<i+2时执行(2-5)；(2-5)将i＝i+1，并返回执行(2-2)，直至i>end-2时执行(2-6)；(2-6)获取弯曲系数最大且大于阈值R的值所对应的两个点，其位置分别记为s、e。本实施例中，首次得到的s、e的值分别为99、107。步骤3：从弯曲处区间[s,e]中提取出候选裂点candidateKP，将河流区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于弯曲特征的河流裂点提取方法，其特征在于包括：(1)根据待提取河流的剖面数据，获取该河流的区间[start,end]，其中，start和end分别为河流剖面区间的起点和终点；(2)基于最大弯曲系数从该河流区间[start,end]中提取一弯曲处，弯曲处区间记为[s,e]，其中，s和e为弯曲处区间的起点和终点；(3)从弯曲处区间[s,e]中提取出候选裂点candidateKP，将河流区间[start，end]划分为[start，candidateKP]、[candidateKP，end]两个子区间；(4)针对[start，candidateKP]、[candidateKP，end]两个子区间，二分迭代执行步骤(2)至(3)，直至完成待提取河流的所有弯曲处以及候选裂点的提取；(5)在步骤(4)中得到的弯曲处和候选裂点中，提取出上凸弯曲处对应的候选裂点作为该河流的最终裂点进行输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于弯曲特征的河流裂点提取方法，其特征在于包括：(1)根据待提取河流的剖面数据，获取该河流的区间[start,end]，其中，start和end分别为河流剖面区间的起点和终点；(2)基于最大弯曲系数从该河流区间[start,end]中提取一弯曲处，弯曲处区间记为[s,e]，其中，s和e为弯曲处区间的起点和终点；(3)从弯曲处区间[s,e]中提取出候选裂点candidateKP，将河流区间[start，end]划分为[start，candidateKP]、[candidateKP，end]两个子区间；(4)针对[start，candidateKP]、[candidateKP，end]两个子区间，二分迭代执行步骤(2)至(3)，直至完成待提取河流的所有弯曲处以及候选裂点的提取；(5)在步骤(4)中得到的弯曲处和候选裂点中，提取出上凸弯曲处对应的候选裂点作为该河流的最终裂点进行输出。2.根据权利要求1所述的基于弯曲特征的河流裂点提取方法，其特征在于：步骤(2)具体包括：(2-1)设置i＝start；(2-2)设置j＝end；(2-3)计算pi和pj两点之间的弯曲系数rij，其中，pi和pj分别为位置i和j上的点；(2-4)将j＝j-1，并返回执行(2-3)，直至j<i+2时执行(2-5)；(2-5)将i＝i+1，并返回执行(2-2)，直至i>end-2时执行(2-6)；(2-6)获取弯曲系数最大且大...

【专利技术属性】
技术研发人员：章含笑，李安波，邓珣，闾国年，
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