[發(fā)明專利]基于分水嶺機(jī)制的自適應(yīng)斜坡單元提取方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210195334.3
• 申請(qǐng)日: 2022-03-01
• 公開（公告）號(hào): CN114581555A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張銘傳;陳偉杰;邵元海;鄭增榮;張軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T11/20
• 分類號(hào): G06T11/20;G06T7/11
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 樓明陽

1.基于分水嶺機(jī)制的自適應(yīng)斜坡單元提取方法，包括如下步驟：

步驟一：首先，對(duì)數(shù)字高程圖進(jìn)行預(yù)處理操作，生成反向高程圖，并對(duì)兩張高程圖進(jìn)行填洼，通過grass gis的python庫函數(shù)計(jì)算得到高程圖的坡向柵格圖aspect、坡度柵格圖slope以及流向柵格圖dir，通過柵格計(jì)算器計(jì)算aspect的cos值和sin值即坡向的水平分量sinno和垂直分量cosno，后續(xù)計(jì)算坡向一致性用到，使用匯流累積算法分別計(jì)算正反高程圖的匯流累積量su_acc和re_acc，匯流累積量算法如下：

輸入流向柵格圖dir

(1.1)初始化流入量矩陣NIDP為dir相同尺寸的全零矩陣，dir中nodata的部分，NIDP也置為nodata；

(1.2)使用NIDP-base算法，遍歷dir計(jì)算NIDP，周圍每有一個(gè)cell流入遍歷到的cell，該cell的值加1；

(1.3)初始化匯流累積量矩陣FlowAccu，與dir尺寸相同的全1矩陣；

(1.4)遍歷NIDP矩陣，找到NIDP值為0的cell作為起點(diǎn)，根據(jù)dir矩陣的流向，流到NIDP中不為1的位置，并且將該位置的NIDP的值減一，F(xiàn)lowAccu矩陣的值加上流出位置的值。

(1.5)將FlowAccu導(dǎo)出tif

步驟二：通過grass gis中的watershed分水嶺算法，設(shè)定一個(gè)最小面積閾值(通過二分法和設(shè)定的斜坡單元密度來尋找一個(gè)最優(yōu)值)，提取得到初始粗斜坡單元slu，大部分實(shí)際應(yīng)用中不會(huì)關(guān)注平坡區(qū)域，因此提取出坡度小于五度的平坡區(qū)域mask，剔除掉mask中細(xì)碎的部分，裁剪掉slu中mask部分，如果有行政邊界矢量圖就疊加到slu上，對(duì)每個(gè)斜坡單元根據(jù)行政區(qū)劃編號(hào)，如果沒有行政邊界矢量圖則將每個(gè)斜坡單元的行政區(qū)劃編號(hào)設(shè)為0，溶解因計(jì)算誤差帶來的細(xì)碎斜坡單元，最后對(duì)斜坡單元邊界線進(jìn)行平滑就可以得到斜坡單元的最初版本，這個(gè)版本的斜坡單元密度比目標(biāo)密度要稍大，以便后續(xù)的細(xì)化溶解。

步驟三：提取斜坡單元以及線段特征，首先根據(jù)步驟一的特征柵格圖提取斜坡單元對(duì)應(yīng)的面特征，如面積、坡向、行政區(qū)劃等，再構(gòu)造斜坡單元的鄰接關(guān)系表提取鄰接單元交線，通過su_acc和re_acc提取交線的匯流累積量，將su_acc和re_acc中的值量化后取兩者中的較大值，得到交線的匯流累積量特征。

步驟四：遍歷斜坡單元，根據(jù)步驟三得到的面積特征，判斷斜坡單元是否需要溶解，計(jì)算需要溶解的斜坡單元每條邊的坡向一致性，并挑選出滿足坡向一致性閾值的邊，坡向一致性閾值計(jì)算如下：

其中th_consist是某個(gè)斜坡單元的閾值，k為閾值控制系數(shù)，越小越容易被溶解，area_norm為某個(gè)斜坡單元面積標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果。再從這些邊中篩選出與鄰接斜坡單元行政區(qū)劃一致的邊，挑選出匯流累積量最大的邊作為要溶解的邊，存入fush_line中。

步驟五：輸入fush_line，找到可以進(jìn)行連續(xù)溶解的斜坡單元，減少迭代次數(shù)，left表示線段左邊的斜坡單元，right為右邊。

(5.1)初始化is_fush為-1，表示未被修改；

(5.2)遍歷fush_line，跳過is_fush為1的線段；

(5.3)將線段left的鄰居中未被修改的線段加入隊(duì)列中；

(5.4)隊(duì)列中的線段出隊(duì)列，并把融合標(biāo)記設(shè)為left的id，is_fush置為1，并將該線段的鄰居線段加入隊(duì)列，直到隊(duì)列為空；

(5.5)遍歷結(jié)束，更新fush_line；

更新fush_line可以使得一些連續(xù)的斜坡單元可以同時(shí)溶解，使得溶解迭代的次數(shù)減少，提高溶解的速率。

步驟六：將fush_line中線段的left和right的斜坡單元的溶解標(biāo)記都設(shè)置為該線段的溶解標(biāo)記，然后將相同溶解標(biāo)記的斜坡單元進(jìn)行溶解，計(jì)算溶解過后的斜坡單元的密度，如果密度滿足目標(biāo)密度或者達(dá)到最大迭代次數(shù)，將斜坡單元輸出；否則返回步驟三，提取溶解過后的斜坡單元特征，再次進(jìn)行溶解，需要注意的是，為了提高計(jì)算速度，沒有變化的交線特征不需要重新提取。