[发明专利]一种河网水系提取方法、装置、电子设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种河网水系提取方法、装置、电子设备及存储介质，属于遥感及水文领域。方法包括：S1，获取研究区域的数字正射影像(DOM)数据和数字高程模型(DEM)数据；S2，基于所述数字正射影像数据提取水文地貌要素；S3，将所述水文地貌要素转换为栅格数据，所述栅格数据与所述数字高程模型数据的数据范围和格网间距相同；S4，根据所述水文地貌要素对径流的作用类型，修正所述水文地貌要素所在栅格的高程值；S5，基于修正后的数字高程模型数据，采用D8算法提取所述研究区域的河网水系。本发明把与河网水系密切相关的水文地貌信息作为先验知识，并利用它们对DEM进行扩展，提高了河网水系的提取质量。

技术领域

本发明属于遥感及水文领域，更具体地，涉及一种河网水系提取方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

河网水系是地貌学中最重要的特征要素之一，是水文地质建模、水资源管理、洪水风险分析、地表水制图的基础数据源。数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)是自动化精确提取河网水系的主要数据源。基于数字高程模型提取河网水系的方法主要分为两类：一类是基于等高线和沟谷线以及图像识别的地貌学方法；另一类是基于水文模拟的地表汇流方法。随着DEM获取方式更加便捷以及数据精度不断提高，使得后者成为了目前河网水系自动提取的主要方法。在基于水文模拟的地表汇流方法中，D8算法是最早出现的最经典的流向判断方法。然而该方法在实际应用过程中，会遇到中心栅格存在两个或多个流向、以及平坦区无法确定流向等问题。究其原因，一是D8单一流向难以表达平原区复杂水流形态；二是DEM数据精度不足无法刻画微小的地形落差；三是DEM中承载的信息量有限无法表达影响地表径流的要素。

由于DEM数据中承载的信息量有限，无法全面准确反映地形地貌特征，导致数字河网极易受数据噪声影响，因而提高DEM数据质量是提升数字河网精度的最为直接的手段。粗糙分辨率DEM中大量地形细节被综合，使得提取的河网偏离真实河网，在平坦地区尤其严重。提高DEM空间分辨率和高程精度能够提取高精度河网。随着新一代测绘技术，如卫星遥感、激光雷达扫描(Light Detection And Ranging，LiDAR)、运动恢复结构摄影测量(Structure From Motion,SFM)等地形图测绘技术广泛应用，获取的DEM精度显著提高，空间分辨率从数十米提升到米级、亚米级，高程精度也提高到分米甚至厘米级，为高精度河网提取奠定了坚实的数据基础，在一定程度上提升了地貌学方法的有效性。然而随着DEM精度提高，微地形信息的出现导致噪声增大，产生了新的问题，对地貌学方法造成了干扰。特别是在平缓区域，忽视了道路、人工渠系、桥涵等径流响应要素的影响，使得数字河网自动提取的精度受到很大的影响。因此，基于DEM的高精度河网水系提取方法面临新的挑战。

发明内容

针对目前基于高精度DEM的数字河网自动提取中对具有径流响应的先验知识应用较为零散，没有建立统一的数学模型来描述，从而导致河网提取结果产生瑕疵的问题，本发明提出一种河网水系提取方法、装置、电子设备及存储介质。创新性提出一种数字高程扩展模型(Digital elevation-eXtended Model,DXM)数学模型来对所有径流响应相关先验知识进行分类表达，解决了先验知识无法用数学方式表达的难题，并利用它们对DEM进行扩展，提高了河网水系的提取质量。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种河网水系提取方法，包括：

S1，获取研究区域的数字正射影像数据和数字高程模型数据；

S2，基于所述数字正射影像数据提取水文地貌要素；

S3，将所述水文地貌要素转换为栅格数据，所述栅格数据与所述数字高程模型数据的数据范围和格网间距相同；

S4，根据所述水文地貌要素对径流的作用类型，修正所述水文地貌要素所在栅格的高程值；

S5，基于修正后的数字高程模型数据，采用D8算法提取所述研究区域的河网水系。