专利名称：一种基于嫦娥dem数据的自动识别山谷和山脊线的方法
技术领域：
本发明属于GIS的数字地形分析领域。本发明是一种实现自动识别山谷和山脊线的方法，特别是以数字高程模型DEM为基础，根据地形曲面的特征，利用几何分析的方法来确定地形特征点，并提取特征线，如山谷线、山脊线等的方法。本发明可用于月球、火星等的轮廓线提取。
背景技术：
参考文献[1], Hutchinson M F, Gallant J C 2000. Digital elevation models and representation of terrain shape. In :ffilson J p, Gallant J C(eds. ). Terrain Analysis :Principles and Applications. New York :John Wiley and Sons. 29 ~ 50.[2]. Gandner T W, Sasowsky K C, Day R L. 1990. Automated extraction of geomorphometric properties fromdigital elevation data. Zeischrift fur Geomorphologie Supp1,80 :57 68.[3], Gallant J C, Wilson J p.1996.TAPES-G :A grid-based terrain analysis program for the environmentalsciences. Computer and Geosciences,22(7) :713 722.[4], Bolstad P V, Stowe T J. 1994. An evalustion of DEM accuracy evevalation, slope and aspect. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 60 :1327 1332.在基于DEM数据的自动识别山谷和山脊线的方法过程，一方面可快速对地物进行分析，另一方面也可避免只用人工肉眼识别带来的偶然误差的影响。经过30余年的发展和完善，目前的基于DEM的地形特征提取出现了很多算法。这些算法从范围角度讲，有局部算法和整体算法之分，前者基于地表的局部特性对每个单独的元素进行分类，称为局部方法， 后者从整个DEM数据范围获取地形整体信息，试图通过一个一致的地表特征结构从而获取地形特征，称之为整体算法；识别线性地物的算法中，大多基于规则的地球局部DEM的识别。参考文献[1]. Desmet PJJ, Govers G. 1996a. Comparison of routing algorithms for digital elevation modelsand their implication for predicting ephemeral gullies. International Journal ofGeographical Information science,10 (10) 311 ~ 331.
发明内容
本发明针对嫦娥一号全月DEM，通过对以往地球DEM算法的修正，也达到了比较好的效果。本发明的技术方案如下其特征在于包含如下步骤(1)潜在特征点的选择；(2)特征点的追踪连接；C3)特征线整理；最后获得山脊和山谷矢量数据。(1)特征点的选择，采用极值法，通过搜索地形曲面上的极值点来确定结构线的特征点。例如，山谷线是由一系列的谷线点，即连续的极小值点构成的，而山脊线由山脊点，及连续的极大值点构成。采用曲率极值法，算法如下；山脊线和山谷线上的点在等高线上的特征为其局部曲率最大点，亦为等高线弯曲变形花的特征点。采用Split方法，其基本思想是对于闭合曲线的最左边和最右边的两个点作为起始点；对于非闭合曲线，选择其两个端点作为起始点。起始点确定后，顺序计算曲线上位于两个起始点之间的每一个点距离两个起始点的垂距，并找出其最大垂距点。若该最大垂距值大于给定的阈值，则改点为特征点。再用该点分别与原两个起始点构成两对新的起始点，用相同的方法找到曲线的特征点。(2)特征点的追踪连接采用基于知识推理的方法，山谷追踪算法如下假设地形特征点确定的极大值点(山脊点)位置存贮在Xmax、Ymax、Hmax数组中，极小值点(山谷点)位置存贮在Xmin、Ymin、Hmin数组中基本假设1.山谷线由极小值点构成；2.从最高点(上游)起，山谷线的点值(高程)应是越来越小；3.除了闭合的盆地外，一般的说山谷线终止于另一谷线，湖泊或海洋，DEM的边缘。山谷线的跟踪是逐条进行的。首先从Xmin、Ymin、Hmin中找出具有最大高程值的尚未跟踪的极小值点，从此点开始，寻找其后继点，知道该条山谷线终止，再跟踪另一条谷线。当xfflin> Ymin、Hfflin中所有的点都被跟踪后，则山谷线跟踪完毕。当一条山谷线开始跟踪后，上一次被确认的谷线作为当前点，以改点为中心定义一或两倍于DEM格网边长的搜索窗口，位于该窗口内的某极小值点则被选为下一个谷线点，其必须满足以下三个条件1.该点是高程低于当前点的所有极小值点中距当前点最近的点。2.连接改点与当前点不与任何已跟踪的谷线交叉；3.连接点与当前点不通过任何极大值点。一旦极小值点被确认新的谷线点，必须进一步检查其是否已被跟踪，如已被跟踪，则说明两条山谷线相汇合，跟踪停止，转向跟踪新的谷线；否则检查改点的山谷线是否位于DEM边缘，如果是跟踪亦停止，转向新的谷线；否则继续跟踪。在搜索窗口中，可能所有极小值点都不满足上述三个条件。跟踪停止，启动一根新的跟踪线。(3)特征线整理采用通过追踪出的地形结构线的长度、点数的控制来实现。本发明采用基于图论的弗洛伊德(Floyd)最短路径算法，将最长路径一一选择，最后剔除过短路径的方法确定。
图1谷线跟踪示意图；图2本发明基于知识推理的算法流程图。
权利要求
1.一种基于嫦娥DEM数据的自动识别山谷和山脊线的方法，其特征在于利用根据地形曲面的特征，利用几何分析的方法来确定地形特征点，并提取特征线，如山谷线、山脊线等， 地表形态的几何特征是这种分析方法的主要依据；其具体包括如下步骤(1)潜在特征点的选择，采用断面极值法确定；( 特征点的追踪连接，将临近特征点连接为对应特征线； (3)特征线的整理，通过追踪出的的地形结构线的长度、点数的控制来实现是否剔除。
2.根据权利1所述的一种基于嫦娥DEM数据的自动识别山谷和山脊线的方法，其特征在于特征点的追踪连接采用了基于知识推理的算法计算。
3.根据权利1所述的一种基于嫦娥DEM数据的自动识别山谷和山脊线的方法，其特征在于特征线的整理采用基于图论的弗洛伊德(Floyd)最短路径算法，将最长路径一一选择，最后剔除过短路径的方法确定。
全文摘要
本发明提供一种基于嫦娥DEM数据的自动识别山谷和山脊线的方法。其特征在于利用嫦娥DEM的地形曲面的特征，通过几何分析的方法来确定地形特征点，并提取地形特征线，如山脊线、山谷线等，从而能够比较快速的确定月球表面大致轮廓。其优点在于考虑了月球地貌特征，对提取算法进行了针对不同于地球地貌的特别考虑，优化了执行算法，避免了通过手工带来的偶然误差并极大地提高了识别速度，执行结果为标准矢量，便于对地物的量算。本发明可以用于月球、火星等地物轮廓线的提取。
文档编号G06K9/46GK102567702SQ201010578489
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者刘荣高 申请人:中国科学院地理科学与资源研究所