山谷脊线的提取方法研究毕业论文.doc

山谷(脊)线的提取方法研究毕业论文 目录 第1章 前言 1 1.1 山谷（脊）线提取的目的和意义 1 1.2 山谷（脊）线提取技术的研究现状 2 1.3山谷（脊）线提取的主要方法分类 4 1.4本文研究内容及方法 5 第2章 基于ArcGIS的山谷（脊）线提取方法 6 2.1 ArcGIS软件简介 6 2.2 ArcGIS山谷（脊）线提取的基本原理 6 2.3 ArcGIS山谷（脊）线提取的方法步骤 7 第3章 基于TauDEM的山谷（脊）线提取方法 17 3.1 TauDEM软件简介 17 3.2 TauDEM山谷（脊）线提取的基本原理 18 3.3 TauDEM山谷（脊）线提取的方法步骤 20 第4章 山谷（脊）线提取结果的对比分析 26 4.1 TauDEM与ArcGIS山谷（脊）线提取结果对比分析 26 4.2 TauDEM山谷（脊）线提取结果优势总结 28 4.3 ArcGIS与TauDEM的结合处理 29 结论 31 致谢 33 参考文献 34 第1章 前言 1.1 山谷（脊）线提取的目的和意义 山谷线和山脊线是重要的地形特征信息，对地形相关领域的研究有重要的意义，山谷（脊）线的提取一直都受到相关研究人员的广泛关注。 通常，山谷（脊）线的提取是基于数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）完成。 山谷（脊）线是一种自身具有特殊几何意义的特征线，它们不但具有特定的物理意义还具有一定的几何意义，它们构成了地形起伏变化的分界线（骨架线）之所以说它们是地形的骨架线（见图1-1所示），是因为在地形的表述中它们是必不可少的，没有其它的特征点、线能代替其重要的位置。另外，由于山脊线具有分水性（故又称分水线），山谷线具有合水性（故又称合水线），山谷（脊）线的这一物理特性使得它在水文地质工程应用方面有着特殊的意义。所以，山谷线与山脊线提取必要的，重要的。 a栅格图 b山谷线1 栅格图与相应的山谷线 从以上两幅图中可以看出，山谷线可以形象的表述地形的骨架，我们不必再根据灰度值进行人为的判断，这方便我们对地形信息的后期处理。例如在影像匹配中，我们需要选取一幅立体像对的公共点，在栅格图上不但不容易找出，而且人为的寻找容易出错，工作量较大，精度也不高。对于提取后的山脊（谷）线，就不会出现这类问题，因为提取出来的山谷（脊）线上有许多与周围的灰度值有明显区别的特征点，这些点计算机可以确的识别，从而使影像匹配的。另外，在测绘行业向数字化发展的今天，很多测绘产品的输出都经过数字化。经过提取之后的山谷（脊）线线条清晰，不但有利于地形图的人工数字化，而且更有利于计算机的自动识别数字化，既提高了工作效率，又保证了较高的精度。 1.2 山谷（脊）线提取技术的研究现状 目前提取山谷（脊）线的基础数据大多是DEM数据所谓的DEM数据是在一定范围内具有规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据集。它用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(Digital Terrain Model， DTM)的一个分支。DEM主要描述区域地貌形态的空间分布，通过等高线或相似立体模型进行数据采集（包括采样和量测），然后进行数据内插而形成的。它是对地貌形态的模拟表示，可派生出等高线、坡度图等信息，也可与数字正射影像图（Digital Orthophoto Map，DOM）或其它专题数据叠加，用于和地形处理与应用相关的处理工作另外其本身也是制作DOM的基础数据。 通常人们认为DTM是描述包括高程在内的各种地貌信息，如坡度、坡向、坡度变化率等各种地形信息在内的线性与非线性组合的空间分布，其中的DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在DEM的基础上派生。因此，我们在进行地形有关信息研究时，通常用DEM数据作为原始的基础数据。 目前，已有的山脊线和山谷线提取算法其原理大致分为两类，基于地形表面集合形态分析的算法和基于地形表面流水分析的算法。其中基于地形表面几何分析算法分为等高线最大曲率判别法、等高线骨架化法和地形断面极值法；基于地形表面流水分析的算法有三维地形表面流水数字模拟法与等高线垂线（坡向）跟踪法两种。 等高线曲率最大判别法，该曲率判别法是提取山谷（脊）线的基础方法，其与地形断面极值法操作步骤基本一样，都是首先从已有数据资料中提取一些可能的山脊线和山谷线上的点的候选点，然后再根据一定规则对这些候选点进行分析，从中提取每条山脊线和山谷线。在提取山脊线和山谷线上的点的候选点时，该方法先计算每条等高线上各点处的曲率值，找出其局部曲率最大值点。由于地形噪音的存在，判定山脊线和山谷线上的候选点时采用同一阈值，因而不