[发明专利]基于尺度空间的自适应山谷山脊线提取方法及系统

说明书

本发明提供一种基于尺度空间的自适应山谷山脊线提取方法及系统，包括首先对原始DEM过采样作为处理的初始DEM，根据初始DEM建立第0组尺度空间；根据金字塔的总层数N，先挑选第0组尺度中空间尺度最大的DEM作为金字塔最底层，然后将第0层DEM进行降采样，并相应建立第1组尺度空间，再从中挑选尺度最大的DEM作为DEM金字塔的第1层，依次类推；从DEM金字塔的顶层开始，进行自适应多角度地形断面高程极值法提取，并经过后处理得到山脊线和山谷线，然后逐层精化提取结果。本发明与现有方法相比，既能兼顾山脊(谷)提取的整体趋势及细节变化，保证提取的精度，又能快速地得到提取结果，保证提取的效率。

技术领域

本发明属于数字地形分析技术领域，涉及一种基于尺度空间的自适应山谷山脊线提取方法。

背景技术

数字高程模型(Digital Elevation Model，简称DEM)是对地球表面的一种离散化的数学表示，也是遥感和地理信息系统中进行三维空间数据处理和数字地形分析的核心数据之一。而山脊线和山谷线是可以从数字高程模型中提取的一种表示山地地形变化的重要分界线，在地形表示、数字地形分析、测绘及工程设计中都有着重要的应用。因此从DEM中自动高效地提取山脊线和山谷线一直都是数字地形分析领域的一个重要课题。

现有的提取方法从原理上可以分为整体算法和局部算法两类。整体算法主要有各种基于地形流水模拟的方法。整体算法具有较强的抗噪音的能力，但对于起伏较小的山脉，提取效果较差，并且计算量大，算法计算量随规则格网的数量的增加成平方关系增长。这些缺陷使得该方法用于山脊线和山谷线的提取有着许多不便之处。局部算法有地形断面高程极值法、曲面拟合的方法等，局部算法的主要特点是计算量小，速度快，但其不能够顾及地形的整体变化规律，使得提取结果也会有所遗漏，并且容易受到噪声影响，会给后续山脊线和山谷线的正确判定带来不便。这两类方法无法兼顾整体和细节，精度与效率，因此不能满足自动提取山脊线和山谷线的效率和精度要求。

发明内容

针对现有山脊(谷)线提取方法的缺点，本发明的目的是提供一种快速有效的从DEM中提取山脊(谷)的方法——一种基于尺度空间的自适应山谷山脊线提取方法，既能兼顾山脊(谷)提取的整体趋势及细节变化，保证提取的精度，又能快速地得到提取结果，保证提取的效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案提供一种基于尺度空间的自适应山谷山脊线提取方法，包括以下步骤，

步骤1，尺度空间的生成，包括首先对原始DEM过采样作为处理的初始DEM，对初始DEM进行从低到高地不同程度的高斯平滑得到一组DEM的尺度空间，称为第0组尺度空间；

步骤2，DEM金字塔的建立，包括根据金字塔的总层数N，先挑选第0组尺度中空间尺度最大的DEM作为DEM金字塔的最底层，记为第0层，然后将第0层DEM进行降采样，并相应建立第1组尺度空间，再从中挑选尺度最大的DEM作为DEM金字塔的第1层，依次类推，最终建立N层DEM金字塔，最顶层记为第N-1层；

步骤3，从DEM金字塔的顶层开始，进行自适应多角度地形断面高程极值法提取，并经过后处理得到山脊线和山谷线，然后逐层精化提取结果；包括以下子步骤，

步骤3.1，对第N-1层DEM利用自适应多角度地形断面高程极值法和后处理进行提取，得到第N-1层的提取结果；令当前层标记i＝N-2；

步骤3.2，对第i层DEM利用自适应多角度地形断面高程极值法进行提取，将第i+1级的提取结果映射到第i级DEM上，并与第i级DEM上的自适应多角度地形断面高程极值法提取结果进行叠加，然后进行后处理，得到第i级DEM上的提取结果；

步骤3.3，判断是否i＝0，是则输出结果，否则令i＝i-1，返回步骤3.2；