一种基于数字高程模型的城市洼地提取方法与流程

本发明涉及一种洼地提取
技术领域：
，尤其是涉及一种基于数字高程模型的城市洼地提取方法。
背景技术：
：在已有的对城市洼地提取技术的研究中，对于数字高程模型数据处理研究，大多数都仅限于城市地势、地貌分析方面；对于运用城市水流方向的研究，也均限于城市河流流量、流经区域的研究；然而，将处理数字高程模型数据得到的水流方向运用于城市洼地点位提取，却较为匮乏。现有的城市洼地提取方法往往依靠人工测量，计算过程复杂，费时费力，难以实现对内涝灾害的快速、实时评估，不能满足城市防汛应急需要。已有的城市洼地提取方法很少将数字高程模型数据与地理信息技术相结合实现可视化表达。根据国外相关研究表明，在城市洼地提取领域，还存在以下问题：1.仅仅依靠人工实地测量，难以快速、实时评估内涝灾害；2.依靠数字高程模型提取水流方向的方法不成熟，无法高效的计算出城市水流方向；3.城市洼地深度计算和可视化表达技术的实现过程复杂繁琐。技术实现要素：本发明主要是解决现有技术中洼地提取方法存在计算过程复杂，费时费力，以及很少将数字高程模型数据与地理信息技术相结合实现可视化表达的问题，提供了一种利用遥感卫星获取的数字高程模型数据，通过洼地提取的方法，简单快速的提取城市洼地空间分布信息的基于数字高程模型的城市洼地提取方法。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于数字高程模型的城市洼地提取方法，包括以下步骤：s1.制作检测区域数字高程模型；s2.根据检测区域数字高程模型进行水流方向模拟，获得流向数据；s3.根据流向数据对洼地进行提取，获得洼地数据；s4.根据流向数据和洼地数据对洼地贡献区进行提取，获得洼地贡献区数据；s5.根据洼地贡献区数据和区域数字高程模型数据计算区域洼地深度；s6.根据区域洼地深度形成区域洼地深度等级评估图。本发明利用数字高程模型，结合遥感和地理信息技术，高效快速的提取城市洼地点位，进行深度计算与可视化表达。实现了对内涝快速、实时评估，满足了城市防汛应急需要。本发明对基础高精度数字高程模型数据进行流向分析获取洼地栅格，通过分水岭分析将研究区划分为多个集水区域，对每一个集水区都进行区域内最低高程计算与出水口高程计算，基于这两类数据获取每一个数字高程模块栅格位置的相对深度，进行洼地分层，获取城区洼地信息。作为一种优选方案，步骤s1中检测区域数字高程模型的获取，具体步骤包括：s11.获取检测地区的数字高程模型数据和检测地区城市边界数据；s12.根据城市边界数据对检测地区的数字高程模型进行裁剪，得到检测区域数字高程模型；s13.对检测区域数字高程模型进行栅格化。本方案利用nasa的新一代对地观测卫星观测结果制作而成的数字高程模型数据。选取第二次地理国情普查数据，结合所选检测区域行政区划定义，利用矢量文件进行数字高程模型剪裁处理，作为研究水流方向数据。作为一种优选方案，步骤s2中流向数据的获取，具体过程包括：s21.在区域数字高程模型中，排除边缘的栅格后的区域作为检测区域，选择检测区域左上的栅格作为被处理栅格；s22.以被处理栅格为中心的3×3的矩阵栅格范围内，分别计算被处理栅格与相邻8个栅格之间距离权落差，采用公式为：其中imum_drop为两个栅格单元距离权落差，change_in_z-value为两个栅格单元之间的高程差，distance为两个栅格单元中心之间的距离；s23.若存在最大距离权落差，则选取距离权落差最大的栅格单元为流出栅格，以流出栅格到被处理栅格的矢量方向为流出栅格方向，根据流出栅格方向对流出栅格进行赋值，赋值范围为数字1-255，其中1：东，2：东南，4：南，8：西南，16：西，32：西北，64：北，128：东北，将流出栅格的属性值赋予给被处理栅格；s24.若距离权落差都为0，则不存在流出栅格，将被处理栅格赋值为0；s25.自左向右、从上到下遍历检测区域数字高程模型，根据步骤22-24，对检测区域数字高程模型中每一个栅格进行赋值，获得流向数据，区域数字高程模型中每一个栅格将其属性值以灰度颜色进行显示，生成区域水流方向图。流向数据被划分为大量的灰度呈阶梯状分布的区块，每一个区块的颜色代表着该区域的水流方向。从区域水流方向图中可以推算出数字高程模型数据中每一个栅格的水流方向，获取水流流向数据。作为一种优选方案，步骤s3中洼地数据的获取，具体过程包括：s31.自左向右、从上到下遍历流向数据，提取出属性值为0的栅格；s32.对提取的栅格进行判别，判别是否满足以下任一条件，条件为：1)栅格的相邻8个栅格中所有栅格属性值为0；2)栅格与相邻8个栅格的相对位置与其水流流向相反；3)栅格与相邻8个栅格的相对位置与其水流流向相反，且栅格的相邻8个栅格中所有栅格属性值为0；获得符合判别条件的栅格，则为洼地栅格；s33.提取所有的洼地栅格，获得洼地区块，即获得洼地数据。本方案中提取洼地有两条基本规律，一是栅格区块不尊重水流流向数据；二是栅格区块周边有着四处汇集而来的水流，即四周水流流向全部指向该区块。另外若栅格属性值为0，但该栅格处于数据边界，则不能将其判定为洼地栅格。作为一种优选方案，步骤s4中地贡献区数据的获取，具体过程包括：s41.获得流向数据和洼地数据，对两个数据进行叠加分析；s42.对洼地数据中的每一个独立的洼地都赋予一个相互之间都不相同的属性值；s43.以洼地数据为种子，对流向数据采用区域生长算法，算法要求为栅格与相邻8个栅格的相对位置与其水流流向相反，将满足要求的所有栅格进行赋值，其值与种子相同，直到遇到不满足要求的栅格，结束区域生长计算；s44.流向数据形成多块属性互不相同的区块，每一个区块为一个洼地贡献区，所有区块进行集合获得洼地贡献区数据。区块与区块之间属于相邻关系。每个区块即为一个洼地贡献区，其属性值与其洼地中心即洼地数据中对应洼地的属性值相同，每一个区块的边界就是不同洼地贡献区之间的分水岭。作为一种优选方案，步骤s5中洼地深度的计算，具体过程包括：s51.将洼地贡献区数据与数字高程模型数据叠加并进行分区统计分析，设源数据为洼地贡献区数据，赋值数据为数字高程模型数据；s52.将洼地贡献区数据的每一个区块所对应数字高程模型数据中栅格高程的最小值赋予给该区块，获得该洼地区块的最低高程，同理，将洼地贡献区数据的每一个区块所对应数字高程模型数据中栅格高程的最大值赋予给该区块，获得该洼地区块的最高高程；s53.通过栅格数学分析，将最高高程数据与最低高程数据相减，获得的差值为每一个洼地的深度。每个洼地贡献区的最低高程即每个洼地的最大深度，出水口高度是指洼地地区水位所能达到的最高的高度，两个高度数据即洼地区块的最低高程与最高高程。作为一种优选方案，步骤s6中区域洼地深度等级评估图形成过程，具体包括：s61.对洼地进行深度等级划分，1)无洼地：不存在洼地或洼地深度在3cm以下，不形成积水；2)一般洼地：洼地深度在3-10cm之间，形成微量积水，对社会生活没有影响；3)严重洼地：洼地深度大于25cm，严重威胁社会生产生活；s62.将洼地根据洼地深度进行深度等级分类，并以不同颜色进行显示，生成区域洼地深度等级评估图。因此，本发明的优点是：利用数字高程模型，结合遥感和地理信息技术，高效快速的提取城市洼地点位，进行深度计算与可视化表达。实现了对内涝快速、实时评估，满足了城市防汛应急需要。附图说明附图1是本发明的一种流程示意图；附图2是本发明中的栅格值赋予规律图；附图3是本发明实施例中一种数字高程模型图；附图4是本发明实施例中一种水流方向图；附图5是本发明实施例中一种洼地区域深度等级评估图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例：本实施例一种基于数字高程模型的城市洼地提取方法，包括以下步骤：s1.制作检测区域数字高程模型；具体步骤包括：s11.获取检测地区的数字高程模型数据和检测地区城市边界数据；例如获取某市地区的数字高程模型数据，考虑需要较高精度的地形数据，选择分辨率为1米的地区数字高程模型数据。另外获取该市城区的市区边界数据。s12.根据城市边界数据对检测地区的数字高程模型进行裁剪，得到检测区域数字高程模型；s13.对检测区域数字高程模型进行栅格化，得到的检测区域数字高程模型图如图3所示。s2.根据检测区域数字高程模型进行水流方向模拟，获得流向数据；具体过程包括：s21.在区域数字高程模型中，排除边缘的栅格后的区域作为检测区域，选择检测区域左上的栅格作为被处理栅格；s22.以被处理栅格为中心的3×3的矩阵栅格范围内，分别计算被处理栅格与相邻8个栅格之间距离权落差，采用公式为：其中imum_drop为两个栅格单元距离权落差，change_in_z-value为两个栅格单元之间的高程差，distance为两个栅格单元中心之间的距离；s23.若存在最大距离权落差，则选取距离权落差最大的栅格单元为流出栅格，以流出栅格到被处理栅格的矢量方向为流出栅格方向，根据流出栅格方向对流出栅格进行赋值，如图2所示，赋值范围为数字1-255，其中1：东，2：东南，4：南，8：西南，16：西，32：西北，64：北，128：东北，然后将流出栅格的属性值赋予给被处理栅格；s24.若距离权落差都为0，则不存在流出栅格，将被处理栅格赋值为0；s25.自左向右、从上到下遍历检测区域数字高程模型，根据步骤22-24，对检测区域数字高程模型中每一个栅格进行赋值，获得流向数据，区域数字高程模型中每一个栅格将其属性值以灰度颜色进行显示，如图4所示，生成区域水流方向图，流向数据被划分为大量的灰度呈阶梯状分布的区块，每一个区块的颜色代表着该区域的水流方向。s3.根据流向数据对洼地进行提取，获得洼地数据；具体过程包括：s31.自左向右、从上到下遍历流向数据，提取出属性值为0的栅格；s32.对提取的栅格进行判别，判别是否满足以下任一条件，条件为：1)栅格的相邻8个栅格中所有栅格属性值为0；2)栅格与相邻8个栅格的相对位置与其水流流向相反；3)栅格与相邻8个栅格的相对位置与其水流流向相反，且栅格的相邻8个栅格中所有栅格属性值为0；获得符合判别条件的栅格，则为洼地栅格；s33.提取所有的洼地栅格，获得洼地区块，即获得洼地数据。如下表所示，24481610016810001612864016321128643232s4.根据流向数据和洼地数据对洼地贡献区进行提取，获得洼地贡献区数据；获取的过程包括：s41.获得流向数据和洼地数据，对两个数据进行叠加分析；s42.对洼地数据中的每一个独立的洼地都赋予一个相互之间都不相同的属性值；属性值数值不同，例如采用1、…、n。s43.以洼地数据为种子，对流向数据采用区域生长算法，算法要求为栅格与相邻8个栅格的相对位置与其水流流向相反，将满足要求的所有栅格进行赋值，其值与种子相同，直到遇到不满足要求的栅格，结束区域生长计算；s44.流向数据形成多块属性互不相同的区块，每一个区块为一个洼地贡献区，所有区块进行集合获得洼地贡献区数据。s5.根据洼地贡献区数据和区域数字高程模型数据计算区域洼地深度；计算过程包括：s51.将洼地贡献区数据与数字高程模型数据叠加并进行分区统计分析，设源数据为洼地贡献区数据，赋值数据为数字高程模型数据；这里以一个4*4洼地贡献区举例说明，设源数据如下所示，442142231123233赋值数据如下所示，223241332131144s52.将洼地贡献区数据的每一个区块所对应数字高程模型数据中栅格高程的最小值赋予给该区块，获得该洼地区块的最低高程，如下所示，221221132213133同理，将洼地贡献区数据的每一个区块所对应数字高程模型数据中栅格高程的最大值赋予给该区块，获得该洼地区块的最高高程，如下所示；443243343334144s53.通过栅格数学分析，将最高高程数据与最低高程数据相减，获得的差值为每一个洼地的深度。s6.根据区域洼地深度形成区域洼地深度等级评估图。形成过程包括：s61.对洼地进行深度等级划分并对内涝风险进行分析，1)无洼地：不存在洼地或洼地深度在3cm以下，不形成积水；2)一般洼地：洼地深度在3-10cm之间，形成微量积水，对社会生活没有影响；3)严重洼地：洼地深度大于25cm，严重威胁社会生产生活；s62.将洼地根据洼地深度进行深度等级分类，并以不同颜色进行显示，如图5所示，生成区域洼地深度等级评估图，较浅灰色表示无洼地范围，次浅灰色表示一般洼地范围，较深灰色表示严重洼地范围。根据颜色获得区域内洼地风险评估。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属
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的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。当前第1页12