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基于数字高程模型（DEM）的地形特征提取

作　者: 查正军
导　师: 鲍峰
学　校: 同济大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 数字高程模型地形特征提取特征线断裂伪相交
分类号: P224
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 5次
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内容摘要

数字高程模型(DEM)是记录地形起伏变化的资料，当中蕴含着各种地形地貌的结构信息，其中包括山谷线和山脊线。由于山谷线和山脊线是地形起伏变化的分界线，因此它们对于地形地貌研究有着重要的意义；同时山谷线和山脊线又是汇水线和分水线，所以它们在工程应用方面也有着特殊的意义；从DEM中自动提取出山谷线和山脊线是目前地学研究的热点之一。基于数字高程模型的地形特征提取方法，按照数据源主要可以分为基于规则格网数据的地形特征提取和基于等高线数据的地形特征提取，本文先后研究了这两种地形特征提取方法。在研究基于规则格网数据地形特征提取过程中，本人先后介绍了断面极值法和流水模拟法。在断面极值法中，针对传统断面极值法生成的特征线存在零碎、并行交叉等缺点，我们改进了传统的局部断面极值法，在特征线连接过程中增加了“将特征点邻域内其它候选特征点设置为已被引用、根据特征线长度与范围阈值筛选特征线”等条件，以克服生成的特征线存在的零碎和并行交叉问题。在流水模拟法中，以ArcGIS软件为例，阐述了流水模拟法生成特征线的过程，并简单讨论了流水模拟法的优缺点。在研究基于等高线数据地形特征提取过程中，本人按照特征点提取、特征点类型识别和特征线的连接三个方面系统地展开了研究：对不同的特征点提取方法进行了分析比较；对不同情况特征点类型进行识别；分析比较了现有的特征线连接算法，针对这些算法普遍表现出来的“特征线容易断裂”这一缺点进行了改进，介绍了改进的基于等高线数据特征提取算法-考虑伪相交的特征线算法和在高差两倍等高距等高线上搜索特征点算法，并通过比较总结了改进的基于等高线数据特征提取算法的优点。最后本人对工作进行了总结，指出目前地形特征提取所存在的问题以及以后需要解决的问题。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-23
  1.1 研究背景和课题的提出  12-15
    1.1.1 数字地球、GIS与空间数据挖掘  12-14
    1.1.2 课题的提出  14-15
  1.2 研究的依据和现状分析  15-21
    1.2.1 基于规则格网数据的地形特征提取算法  15-19
    1.2.2 基于等高线数据的地形特征提取算法  19-21
    1.2.3 基于TIN的地形特征提取算法  21
  1.3 研究的内容和关键技术  21-22
    1.3.1 研究内容  21-22
    1.3.2 关键技术  22
  1.4 本章小结  22-23
第2章数字高程模型(DEM)  23-33
  2.1 引言  23-25
    2.1.1 DEM的概述  23
    2.1.2 DEM的定义  23
    2.1.3 DEM的表示  23-25
  2.2 DEM的特点  25
  2.3 DEM的数据结构  25-28
    2.3.1 离散点数据结构  25-26
    2.3.2 不规则三角网数据结构  26-27
    2.3.3 等高线的数据结构  27
    2.3.4 规则格网DEM  27-28
    2.3.5 混合式DEM数据结构  28
  2.4 DEM的数据获取  28-30
    2.4.1 数据来源  28-29
    2.4.2 数据采集方法  29-30
  2.5 DEM误差来源  30-31
  2.6 DEM的研究  31-32
  2.7 DEM的应用  32
  2.8 本章小结  32-33
第3章基于规则格网数据的地形特征提取  33-39
  3.1 地形断面极值法  33-35
    3.1.1 地形特征点的提取  33-34
    3.1.2 传统的特征线连接算法  34-35
    3.1.3 改进的特征线连接算法  35
  3.2 流水物理模拟法  35-38
    3.2.1 洼地填平  36
    3.2.2 水流方向矩阵计算  36-37
    3.2.3 水流累积量矩阵计算  37-38
  3.3 本章小结  38-39
第4章基于等高线数据的地形特征提取  39-64
  4.1 准备数据  39-40
  4.2 数据预处理  40-41
    4.2.1 合并断开的等高线  40
    4.2.2 数据压缩  40-41
  4.3 特征点的提取  41-44
    4.3.1 特征点提取算法回顾  41-43
    4.3.2 角度限差法/曲率分析法与Split方法的比较  43-44
    4.3.3 阈值自动获得的探讨  44
  4.4 特征点类型识别  44-48
    4.4.1 特征点类型的识别原理  44-45
    4.4.2 特征点类型的判断  45-47
    4.4.3 特征点类型识别流程图  47-48
    4.4.4 识别出的特征点图  48
  4.5 特征点类型识别涉及的算法  48-51
    4.5.1 矢量基本运算  48-49
    4.5.2 线段相交判断算法  49-50
    4.5.3 线段相交判断公式  50-51
  4.6 特征线的连接  51-63
    4.6.1 现有的特征线生成算法  51-52
    4.6.2 比较现有的特征线连接算法  52-54
    4.6.3 考虑伪相交的特征线连接算法  54-57
    4.6.4 考虑伪相交的加权连接法流程图  57-58
    4.6.5 在高差两倍等高距等高线内搜索特征点算法  58-60
    4.6.6 在高差两倍等高距等高线内搜索特征点算法流程图  60-62
    4.6.7 改进的基于等高线数据的地形特征提取算法与两种算法的比较  62
    4.6.8 特征线连接过程中几个数学公式  62-63
  4.7 本章小结  63-64
第5章总结与展望  64-68
  5.1 基于格网数据的地形特征提取总结及展望  64-65
    5.1.1 总结  64-65
    5.1.2 展望  65
  5.2 基于等高线数据的地形特征提取总结及展望  65-68
    5.2.1 总结  65-66
    5.2.2 展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
个人简历以及在读期间发表的学术论文  72

基于数字高程模型（DEM）的地形特征提取

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