特征点与骨架线约束的DEM简化

针对基于特征的地形简化方法不能很好的同时顾及特征点和骨架线的问题,提出了一种特征点与骨架线约束下的数字高程模型简化方法,在选取重要的地形特征点构建简化不规则三角网的同时,利用地形骨架线对简化过程中不规则三角网的生长实施约束。从等高线生成、高程精度、地形形态描述指标和地形骨架线保持程度4个方面,与广受关注的特征点方法、新近提出的复合方法进行对比。实验结果表明,本文提出的方法在各个方面均较显著地优于前两种方法,能够在地形简化过程中更全面、更大程度的保留初始地形的形态。     

利用地形信息强度进行DEM地形简化研究

在对现有的DEM地形简化方法进行总结分析的基础上,提出了一种利用地形信息强度指数的DEM简化方案.首先提取DEM点位地形信息强度指数值,然后通过阈值法确定候选地形特征点重构DEM,以国家基本比例尺1∶5万DEM作为参照目标,并将重要点法和三维道格拉斯法作为对比方法,对应用该方法进行地形简化的效果进行了综合评价.实验结果表明,该方法应用于大范围DEM简化中可以有效地保留地形骨架的结构特征,同时具有较高的数值精度,可以满足不同层次的多尺度DEM建模的要求.     

基于流域边界分析的山脊线提取方法研究

针对以往基于DEM数据提取山脊线存在的平行效应或设置参数过多、自动化程度较低等问题,提出了一种基于流域边界分析的山脊线提取方法.实验结果表明,该方法能得到连续的山脊线,且与DEM的地形走向保持一致,避免了脊线段断续以及平坦地段出现平行效应等问题;相同密度的山脊线能与河网相互有效衔接,形成可概括地形的骨架线网络;不同汇流阈值的河网可获得不同面积大小的流域边界,从而形成详略程度不一的山脊线网络,可为地形综合研究提供了新的思路.     

地形平坦地区DEM生成算法的比较研究

数字高程模型(DEM)是GIS的基础数据之一,是许多涉及高程信息的空间分析的重要基础。DEM插值精度的好坏直接影响基于DEM的各种地学分析及应用,因此研究高精度的DEM插值算法具有重要意义。介绍了基于水文强化算法的DEM插值算法——ANUDEM,并与传统的TIN建立DEM的算法进行了比较。认为在地形复杂地区由于等高线密集,高程信息丰富,两种插值算法效果都比较好;而在地形平坦地区ANUDEM算法精度优于TINDEM,并且,ANUDEM得到的DEM很好地避免了平山顶、阶梯状地形,其派生的等高线和水系与原始数据更加吻合。相对于TINDEM算法,ANUDEM算法更适合地形平坦地区的DEM建立。     

点坡度熵在地形简化中的应用

坡度是定量描述地貌形态特征的重要因子。针对DEM坡度在地形简化中应用研究较少的现状,本文基于信息熵理论提出了点坡度熵（SEP）概念,构建了量化地形信息的点坡度熵模型,研究了基于点坡度熵的地形简化方法。结合试验样区数据,将常用的重要点法与该方法进行了应用对比。结果表明,该方法可有效保留地形骨架信息,取主舍次效果优于重要点法。该方法对后续DEM地形简化研究具有一定参考价值。     

一种基于汇水区合并的DEM综合方法

提出一种基于汇水区合并的结构化DEM综合方法。使用汇水区作为联系谷地实体与DEM数据网格点的纽带,在次要谷地删除的基础上进行谷地汇水区的合并,以合并后的汇水区边界线(汇水区边界包含山脊线、山顶和鞍部三种地形骨架)和谷底线为约束条件进行DEM内插,从而实现结构化DEM综合。实验表明,该方法在删除次要地形特征的同时,能较好地保持主要地形结构特征。     

数字地貌晕渲的特征增强方法研究

小比例尺DEM制作的晕渲图地形破碎,含有大量的干扰细节,不利于从宏观上把握地形的骨架。为了增强数字地貌晕渲图中的地形特征,本文利用滤波和平面曲率相组合的DEM化简方法来描述山谷和山脊区域。分别针对盆地、平原和山地三种地貌类型,采用90 m、100 m和110 m三种分辨率的DEM数据进行实验,研究发现,这三种地貌类型最佳的山脊夸张系数都为1.3,相应的山谷深化系数分别为0.4、0.6和0.8;而三种分辨率情况下山地的最佳山谷深化系数都为0.8,且山脊的夸张系数都为1.3。     

用等高线内插DEM的不同算法的误差分析

本文以南方丘陵地区为研究区域,利用ARCG IS软件平台,对不同的DEM内插算法的误差进行了对比研究,研究表明:不同的算法内查高程误差总体符合正态分布,且较大误差主要分布在地形结构线附近;研究还表明:在南方丘陵地区,与人们通常采用的TIN方法建立的DEM相比,ANUDEM插值生成的DEM更能够精确地模拟真实的地形。     

黄土丘陵沟壑第三副区水文地貌关系正确DEM的建立与评价

本文以黄土丘陵沟壑第三副区的藉河流域为研究区,利用ANUDEM软件和1:5万地形图研究了水文地貌关系正确DEM的建立方法,从派生等高线与原始数字化等高线对比等方面对建立的DEM进行了质量评价。并且与传统TIN方法建立的不同水平分辨率的DEM做了比较。结果表明:由等高线、高程点、河流和陡崖线在ANUDEM5.1中生成的DEM质量优于由等高线、高程点和地形特征点用TIN方法生成的DEM。ANUDEM建立的DEM更能精确地反映水文地貌特征。在此基础上,研究了确定集水面积阈值的方法,通过在Arc/Info环境下运行AML程序自动提取了基于水文地貌关系正确DEM的流域特征。     

用ANUDEM建立水文地貌关系正确DEM的方法研究

针对区域尺度的径流、水土流失定量评价和植被适宜性评价等研究工作需要,利用1∶25万数字地形图和ANUDEM软件,对黄土丘陵区中等分辨率水文地貌关系正确DEM建立方法进行了研究。结果表明该方法所建立的DEM,可以正确反映地貌梁、沟结构及其与流水线网络的关系,对地形描述的能力优于TIN方法建立的DEM;利用ANUDEM和1∶25万地形图插值建立黄土丘陵区DEM的三个主要参数分别为分辨率50或100,计算迭代次数40,第二糙率系数0.8。     

采样数据密度及栅格尺寸对高程中误差的影响分析

利用全数字摄影测量得到的高精度点数据,获取不同密度的点数据,建立基于ANUDEM和TIN方法的两种DEM,比较两种DEM的高程中误差,分析数据密度、栅格尺寸与高程中误差的关系。研究结果表明,建立1∶100 00比例尺,具有高程中误差2m左右、栅格尺寸5m以下的ANUDEM,需要的点密度水平为大于7 000个/km2,而TINDEM则为8 500个/km2。同时,当栅格尺寸小于20m、数据密度介于7 000～9 400个/km2时,无论是ANUDEM还是TINDEM,高程中误差都处于一个较稳定的状态。     

An improved ANUDEM method combining topographic correction and DEM interpolation

Void filling and anomaly replacement in conjunction with auxiliary sources of data have been widely used to improve the quality of existing problematic high-resolution digital elevation models. However, the traditional interpolation methods used for this purpose have always failed to eliminate the discrepancies between different data-sets. In this paper, an improved ANUDEM method is presented for DEM interpolation, which incorporates the idea of topographic correction using high correlation of topological structure between contour lines (CLs) from multi-scale digital elevation models (DEM). Firstly, the terrain topological structure is extracted from the CLs of a low-resolution DEM. The topographic surface correction is then undertaken based on the extracted structure, which recovers the topographic information of the sharp depressions and eminences to fit the high-resolution representation. Finally, the breaklines of the terrain surface are distilled and integrated into the denser DEM generation. The experiments undertaken confirmed the superiority of the proposed method over the other DEM interpolation methods. It is shown that the proposed method can provide results with a higher accuracy, as well as a better visual quality.     

Improving a digital elevation model by reducing source data errors and optimising interpolation algorithm parameters: An example in the Loess Plateau,China

A hydrologically correct digital elevation model (DEM) forms a basis for realistic environmental modelling, especially in complex terrain. We have performed a study in the Coarse Sandy Hilly Catchments (CSHC) of the Loess Plateau, China, which demonstrates pragmatic, yet effective methods for improving the quality of the DEM by: (1) identifying and correcting source topographic data errors and (2) optimising ANUDEM algorithm parameters. Improvement in the DEM based on fixing over 1100 errors in the input topographic data, and optimising key ANUDEM parameters was assessed using higher accuracy independent validation of 32 contributing areas and 1474 spot heights, and by semi-quantitative analysis of DEM derivatives produced from ANUDEM and Triangular Irregular Network (TIN) algorithms. Improvement in the ANUDEM DEM over the original TIN DEM was shown where the percentage of the total absolute difference in contributing areas reduced from 10.43 to 3.51%, and the bias between the spot heights and DEM elevations reduced from 45 to 32 m. Large improvement in DEM quality was gained by using ANUDEM instead of TIN, with smaller improvement gained by fixing source data errors, and optimising ANUDEM parameters.     

栅格DEM微地形分类的BP神经网络法

栅格DEM微地形分类是数字地形精细化应用的基础,基于规则化知识的栅格DEM微地形分类方法存在自动化程度低、分类残缺等问题。本文利用BP神经网络的优势构建了栅格DEM微地形分类的人工智能方法与实现途径。以山体部位分类为微地形分类典型样例进行试验验证与分析,试验结果表明,栅格DEM微地形分类的BP神经网络法较已有的地形因子叠加分析方法存在明显优势,不仅在流程上可避免烦琐的数据叠加分析过程,而且分类结果的完整性和错分率都得到有效改善;在山体部位分出的6种微地形中,冲积地对该方法适应性最强,准确率为100%,背坡的适应性最弱准确率为89.23%。     

The Effect of DEM Raster Resolution on First Order, Second Order and Compound Terrain Derivatives

It is well known that the grid cell size of a raster digital elevation model has significant effects on derived terrain variables such as slope, aspect, plan and profile curvature or the wetness index. In this paper the quality of DEMs derived from the interpolation of photogrammetrically derived elevation points in Alberta, Canada, is tested. DEMs with grid cell sizes ranging from 100 to 5 m were interpolated from 100 m regularly spaced elevation points and numerous surface‐specific point elevations using the ANUDEM interpolation method. In order to identify the grid resolution that matches the information content of the source data, three approaches were applied: density analysis of point elevations, an analysis of cumulative frequency distributions using the Kolmogorov‐Smirnov test and the root mean square slope measure. Results reveal that the optimum grid cell size is between 5 and 20 m, depending on terrain com‐plexity and terrain derivative. Terrain variables based on 100 m regularly sampled elevation points are compared to an independent high‐resolution DEM used as a benchmark. Subsequent correlation analysis reveals that only elevation and local slope have a strong positive relationship while all other terrain derivatives are not represented realistically when derived from a coarse DEM. Calculations of root mean square errors and relative root mean square errors further quantify the quality of terrain derivatives.     

基于粗DEM的立体SAR像对配准

影像配准是雷达立体摄影测量技术获取数字高程模型的一个关键步骤,也是一大难点。为了能够自动而又稳健地获取高精度的立体SAR像对配准结果,文中设计一种基于粗DEM、距离多普勒SAR构像模型和基于区域逐级窗口的立体SAR像对配准方法。该方法采用距离多普勒SAR成像模型和粗DEM获取像素级的粗略配准结果。在此基础上,采用基于区域的逐级窗口配准方法获取高精度的配准结果。文中最后利用立体SAR像对进行实验研究。实验结果表明,设计的立体像对配准方法可行,其配准精度可以达到子像素级,距离向为0.3像素左右,方位向为0.1像素左右,完全能够满足雷达立体测图的要求,而且该方法还具有很好的稳健性。     

散乱数据内插平原地区DEM的方法

以我国东部平原地区钱营孜煤矿矿区为案例,根据实测的散乱数据,使用交叉统计检验和视觉特征分析了ANUDEM方法和与地理信息系统领域中常用传统插值方法的空间插值结果。分析表明,在平原地区,TIN方法生成的DEM具有较高的精度,ANUDEM方法生成的DEM能够准确反映水文地貌。     

基于随机过程的格网DEM精度场模型

针对目前DEM格网精度从理论上难于统一量化描述问题,提出一种基于随机过程的格网DEM（grid digital elevation model, grid DEM）精度场模型,该模型从随机过程理论入手,借助DEM的统一插值模型,建立了DEM两类误差（噪声误差和逼近误差）的数学表达,并分析了构成DEM误差的各个分量的数学意义。与已有的模型相比,该模型实现了传统DEM两类误差的统一描述,此外,该模型适用任意插值方式生成的格网DEM的精度评价。     

一种基于谷地填充的DEM综合方法

提出一种基于次要谷地特征识别与填充的结构化DEM综合方法,该方法将地理层次的综合决策与几何层次综合操作整合到一起,以水文重要性作为谷地取舍的依据,对被舍弃的次要谷地填充其覆盖区域使局部地形变得平滑,从而实现DEM综合.该方法的原理基于如下考虑:地貌形态是内力和外力作用共同影响的结果,内力地质构造形成主要形态,外力侵蚀作用形成次要形态.旨在获得地貌主体特征简化表达的DEM综合可看做是一个弃除外力作用、还原内力作用的过程.通过实验及与其他基于图像处理算法(如重采样、低通滤波)的比较,发现本方法能够较好地保持地形特征的主体结构.