[發明專利]降雨過程中土壤侵蝕地表形態DEM構建、觀測方法及裝置

有效

• 申請號: 201910515164.0
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110363857B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 史海靜;趙軍;展小云;稅軍峰;曹曉萍;姜艷敏;劉一新;林奇;郭明航
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學;西安敦瑞測量技術有限公司
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06V10/762
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李婷

本發明公開了一種降雨過程中土壤侵蝕地表形態DEM構建、觀測方法及裝置，利用K?means算法逐像素地對灰度值進行處理，從多個像素值中重建一個去雨霧后的像素值，提高了圖像去雨霧的準確率以及效率；能夠在連續降雨過程中觀測下墊面形態，數字化、圖形化表達土壤侵蝕發生、發展的過程。更為重要的是，實現了從時間和空間兩個維度同時描述下墊面形態，這為土壤侵蝕過程、機理科學研究提供了有力的手段。

技術領域

本發明涉及土壤侵蝕形態演化觀測方法，具體涉及一種降雨過程中土壤侵蝕地表形態DEM構建、觀測方法及裝置。

背景技術

數字高程模型(DEM)是通過有限的地形高程數據實現對地面地形的數字化模擬(即地形表面形態的數字化表達)，它是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型，現有技術中對土壤侵蝕地表形態DEM構建的方法主要是數字近景攝影測量法，它是一種非接觸式的測量方法方便對土壤形態進行建模，數字近景攝影測量技術雖然達到厘米甚至毫米級的精度，但由于在降雨過程中利用三維建模方法中對采集到的圖像中雨滴難以處理，使得其在連續降雨條件下難以實現對土壤侵蝕地表形態DEM的構建。

在獲取了土壤侵蝕地表形態DEM的基礎上，可以通過對多個時刻的土壤侵蝕地表形態DEM進行處理，以實現對土壤侵蝕的動態觀測，土壤侵蝕是土壤或其他地面組成物質在外營力作用下，被剝蝕、破壞、分離、搬運和沉積的過程。在此過程中的每一個時刻，土壤侵蝕表面的形態都會不斷發生變化。同時，在土壤侵蝕過程中所涉及到的微粒包括雨滴、團聚體、泥沙等都達到亞厘米或者毫米級尺度。因此，準確獲取這些微尺度下的侵蝕面形態變化，對于研究土壤侵蝕機理、土壤侵蝕演化過程等具有重要意義，反映土壤侵蝕過程的參數主要有徑流量、泥沙含量以及侵蝕面的地形變化等。

發明內容

本發明的目的在于提供一種降雨過程中土壤侵蝕地表形態DEM構建、觀測方法及裝置，用以解決現有技術中的在降雨過程中利用三維建模方法中對采集到的圖像中雨霧難以處理，無法實現在連續降雨條件下對土壤侵蝕下墊面的進行三維建模的問題。

為了實現上述任務，本發明采用以下技術方案：

1.一種降雨過程中土壤侵蝕地表形態DEM構建方法，用于獲得降雨過程中土壤侵蝕下墊面的DEM，按照以下步驟執行：

步驟1、在所述待建模的土壤侵蝕下墊面的正上方設置N個攝像機，N為大于1的整數，利用每個攝像機同時采集所述的待建模的土壤侵蝕下墊面的多幅圖像，獲得N個初始圖像組，所述初始圖像組中每幅初始圖像的大小相同；

步驟2、對所述的N個初始圖像組分別進行去雨霧處理，獲得N幅去雨霧圖像：

其中對第n個初始圖像組進行去雨霧處理，獲得第n幅去雨霧圖像，具體包括：

步驟2.1、獲取第n個初始圖像組中每幅初始圖像的第i個像素點的灰度值，獲得灰度值序列，i∈I，I為第n個初始圖像組中每幅初始圖像中像素點的總數，I為正整數；

步驟2.2、將灰度值序列中灰度值最小值作為初始種子點C₀，將灰度值序列中灰度值中間值作為初始種子點C₁，將灰度值序列中灰度值最大值作為初始種子點C₂；

步驟2.3、利用K-means聚類算法將步驟2.1中獲得的灰度值序列中所有灰度值進行迭代聚類，獲得三個新的聚類中心，分別是新的聚類中心X₀、新的聚類中心X₁以及新的聚類中心X₂，所述新的聚類中心X₁大于新的聚類中心X₀且小于新的聚類中心X₂；

步驟2.4、將新的聚類中心X₁作為第i個像素點的去雨霧后的灰度值；

步驟2.5、重復步驟2.1至步驟2.5，直至獲得I個去雨霧后的灰度值；