一种基于DEM数据的山顶点提取及分类方法技术

本发明专利技术公开了一种基于DEM数据的山顶点提取及分类方法，涉及基于数字高程模型的地形分析技术领域，解决了当前的研究对山顶点的定义比较粗略，侧重山顶点是局部海拔最高值这一特点，对山顶点所在区域周边的地表形态特征没有顾及到的问题，其技术方案要点是该方法包括如下步骤：S1，输入DEM数据，确定一个分析窗口尺寸，依据确定局部最大值的方式计算分析区域的初始山顶点；S2，依次以步骤S1生成的初始山顶点为圆心，以步骤S1确定的窗口尺寸为直径，确定一个分析圆，并确定分析圆的边界所经过的所有栅格单元；效果是本发明专利技术涵盖山顶点形态指数计算与顾及形态特征的山顶点分类两个关键技术，能够提高基于DEM数据提取山顶点的准确度。能够提高基于DEM数据提取山顶点的准确度。能够提高基于DEM数据提取山顶点的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DEM数据的山顶点提取及分类方法


[0001]本专利技术涉及基于数字高程模型的地形分析
，更具体地说，它涉及一种基于DEM数据的山顶点提取及分类方法。

技术介绍

[0002]从地貌学的角度看，山顶是一座山体的最高部分，具有一定的空间面积，而在制图、空间分析等领域，将山顶抽象为一个点要素。山顶点是地形特征要素的重要组成部分，是构成地形轮廓骨架的关键特征，也是影响水文过程、植被分布等的重要地形特征。因此，准确、快速提取一个区域的山顶点对该区域的地形分析、地貌制图等都具有重要意义。
[0003]从数据源的角度看，地形图和DEM是都包含了地表高程信息，因此也是当前提取山顶点的主要数据源。从提取方法的角度看，已有的关于山顶点提取过程可以分为两种策略：第一种是直接提取，例如采用DEM数据，结合水文分析过程提取山顶点，以及利用等高线数据，根据山顶点与等高线之间的拓扑关系来提取山顶点；第二种策略是先基于邻域统计的方式寻找初始山顶点，然后依据山顶点所处区域的形态特征或者与附近等高线的空间拓扑关系剔除不符合山顶点定义的伪山顶点。
[0004]进一步总结分析当前关于山顶点提取的已有文献，可以看出当前的研究对山顶点的定义比较粗略，侧重山顶点是局部海拔最高值这一特点，对山顶点所在区域周边的地表形态特征没有顾及到。例如多条山脊线交汇区域形成的局部海拔最高点一般为山顶点，而一条山脊线上，也可能因地势起伏形成局部海拔最高点，那该点是否应该定义为山顶点？对这一问题尚未出现系统的论述和分析，这就导致了在山顶点提取完成后的准确度分析部分，关于哪些是应该剔除的伪山顶点，哪些是遗漏的山顶点等问题尚未形成共识，也一定程度上影响了山顶点在地形分析、地貌制图等领域的应用价值。
[0005]为解决上述问题，本专利技术在已有研究的基础上，提出了一种基于DEM数据的山顶点提取及分类方法。本方法首先基于邻域分析找局部高程最大值的方式获取分析区域的初始山顶点，然后从差异化描述山顶点区域地表形态的角度入手设计了三个参数指标，最后根据DEM计算的这三个参数指标剔除伪山顶点，并对剩余的山顶点按照山顶点区域的地表形态特征分为陡峭型山顶点、平缓型山顶点和脊线山顶点。本专利技术方法为山顶点的快速、准确提取提供了一种新的方法，同时该方法能够实现山顶点的形态分类，对数字地貌制图等课题研究有较大的应用价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术从描述山顶区域地表形态特征的角度出发，设计了三个参数指标及其基于DEM数据的计算方法，并基于这三个参数对基于邻域统计法提取的初始山顶点进行分类，以便能去除伪山顶点，并对山顶点按照形态进行分类。该方法包含山顶点形态指数计算与顾及形态特征的山顶点分类两个关键技术，能够提高基于DEM数据提取山顶点的准确度。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种基于DEM数据的山顶点提取及分类方法，包括如下步骤：
[0009]S1，输入DEM数据，确定一个分析窗口尺寸，依据确定局部最大值的方式计算分析区域的初始山顶点；在软件ArcGIS中输入DEM数据，区域不同，或者采用的DEM分辨率不同时，该参数可能都不同，在本示例数据中，采用的分析窗口是1200米
×
1200米的矩形；
[0010]S2，依次以步骤S1生成的初始山顶点为圆心，以步骤S1确定的窗口尺寸为直径，确定一个分析圆，并确定分析圆的边界所经过的所有栅格单元；
[0011]S3，对步骤S2确定的所有分析圆边界经过的栅格单元，分别定义圆心到分析圆边界上栅格单元中心点的向量，然后计算该向量与圆心处向下的单位向量的夹角，再依据计算的角度值依次计算三个参数值：凸度平均指数、凸度标准差指数和凸度不均衡指数；
[0012]S4，依据步骤S3计算的三个参数值，对步骤S1提取的山顶点做进一步处理，去除伪山顶点，并按照形态特征对山顶点进行分类。
[0013]进一步地，所述步骤S3的具体过程为：
[0014]S31，定义过圆心，方向为垂直向下的单位向量，记为
[0015]S32，依次读取分析圆边界上栅格单元中心点的三维坐标，然后计算连接圆心和分析圆上栅格单元中心点的向量，记为
[0016]S33，依次计算向量与向量夹角的余弦值，并存放在指定数组中；
[0017]S34，对所有计算的余弦值，分别计算其平均值和标准差，作为描述山顶点形态的第一、第二参数；
[0018]S35，分别计算圆心高程值与分析圆边界上栅格单元高程值的差，选择差值最大的点，标记为C1点；
[0019]S36，在分析圆边界上，对于除C1点以外的其他栅格单元，寻找另一个栅格单元，使得该栅格单元与圆心、C1点形成的夹角最小，将该点标记为C2点，并计算C1点、圆心、C2点形成的夹角的余弦值，将余弦值加1作为描述山顶点形态的第三参数。
[0020]进一步地，所述步骤S4的具体过程为：
[0021]S41，依据所计算的描述山顶点形态的三个参数值的情况，采用经典的Kmeans空间聚类算法将初始山顶点分成三类；
[0022]S42，利用分析区域的DEM数据，生成分析区域的地貌晕渲图；
[0023]S43，依据S41的分类结果，并参照地貌晕渲图对初始山顶点进行分类标记，其中位于平坦地形的山顶点为伪山顶点，其形态参数特点是三个参数值都比较小；位于单条山脊线上的山顶点为单条山脊型山顶点，其形态参数特点是凸度平均指数和凸度标准差指数较大，而凸度不均衡指数较小；剩余的点则为多条山脊交汇型山顶点。
[0024]一种基于DEM数据的山顶点提取及分类装置，包括：
[0025]分析模块，用于输入DEM数据，确定一个分析窗口尺寸，依据确定局部最大值的方式计算分析区域的初始山顶点；
[0026]确定模块，用于依次以分析模块中生成的初始山顶点为圆心，以分析模块确定的窗口尺寸为直径，确定一个分析圆，并确定分析圆的边界所经过的所有栅格单元；
[0027]计算模块，用于对确定模块中确定的所有分析圆边界经过的栅格单元，分别定义圆心到分析圆边界上栅格单元中心点的向量，然后计算该向量与圆心处向下的单位向量的
夹角，再依据计算的角度值依次计算三个参数值：凸度平均指数、凸度标准差指数和凸度不均衡指数；
[0028]处理模块，用于依据步骤计算模块计算的三个参数值，对分析模块提取的山顶点做进一步处理，去除伪山顶点，并按照形态特征对山顶点进行分类。
[0029]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被计算机运行时执行上述方法。
[0030]本专利技术的技术特点及有益效果：
[0031](1)本专利技术提出的山顶点提取及分类方法首先根据局部高程值最大的原则提取初始山顶点，然后设计了描述山顶点区域形态特征的参数指标，将平坦地表的伪山顶点去除，可以保证最后得到的山顶点没有遗漏。
[0032](2)在去除伪山顶点的基础上，根据山顶点区域地表形态的差异性，本专利技术方法设计了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DEM数据的山顶点提取及分类方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，输入DEM数据，确定一个分析窗口尺寸，依据确定局部最大值的方式计算分析区域的初始山顶点；S2，依次以步骤S1生成的初始山顶点为圆心，以步骤S1确定的窗口尺寸为直径，确定一个分析圆，并确定分析圆的边界所经过的所有栅格单元；S3，对步骤S2确定的所有分析圆边界经过的栅格单元，分别定义圆心到分析圆边界上栅格单元中心点的向量，然后计算该向量与圆心处向下的单位向量的夹角，再依据计算的角度值依次计算三个参数值：凸度平均指数、凸度标准差指数和凸度不均衡指数；S4，依据步骤S3计算的三个参数值，对步骤S1提取的山顶点做进一步处理，去除伪山顶点，并按照形态特征对山顶点进行分类。2.根据权利要求1所述的一种基于DEM数据的山顶点提取及分类方法，其特征在于，所述步骤S3的具体过程为：S31，定义过圆心，方向为垂直向下的单位向量，记为S32，依次读取分析圆边界上栅格单元中心点的三维坐标，然后计算连接圆心和分析圆上栅格单元中心点的向量，记为S33，依次计算向量与向量夹角的余弦值，并存放在指定数组中；S34，对所有计算的余弦值，分别计算其平均值和标准差，作为描述山顶点形态的第一、第二参数；S35，分别计算圆心高程值与分析圆边界上栅格单元高程值的差，选择差值最大的点，标记为C1点；S36，在分析圆边界上，对于除C1点以外的其他栅格单元，寻找另一个栅格单元，使得该栅格单元与圆心、C1点形成的夹角最小，将该点标记为C2点，并计算C1点、圆心、C2点形成的夹角的余弦值，将余弦值加1作为描述山顶点形态的第三参数。3.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明伟，王春，方岳，齐娇娇，黄骁力，江岭，杨灿灿，徐燕，
申请(专利权)人：滁州学院，
类型：发明
国别省市：