[发明专利]一种保留地形表面结构特征的DEM数据去噪方法

说明书

本发明提供了一种保留地形表面结构特征的DEM数据去噪方法，利用结构分析法提取原始地形曲面的关键高程点和结构线作为地形结构特征并获得TIN表面；以TIN表面作为引导，采用引导法向量滤波器对原始地形曲面的DEM数据进行平滑处理；继续将TIN表面作为引导，继续采用引导法向量滤波器对前一次得到的平滑处理后的TIN表面进行滤波，迭代处理直到获得满足去噪要求的DEM数据。本发明通过以重构的地形表面作为引导约束滤波过程，处理克服了传统滤波中结构边缘过度平滑的问题，并引入了结构分析法提取关键高程点和边界线，能够在给DEM数据去噪的同时有效地保留地形表面结构特征。

技术领域

本发明涉及一种保留地形表面结构特征的DEM数据去噪方法，属于空间数据处理技术领域。

背景技术

处理空间数据的目的是指将采集的原始地理数据和不符合各类空间分析技术质量要求的数据进行处理，以满足各类地理信息系统应用的数据质量要求。解决数据的冗余、异常、和干扰等问题，为空间数据的有效应用创造条件，是空间数据分析的必要前提。地形作为自然地理环境的重要组成部分，包含了诸多地貌特征，这些特征对于景观分析、水文分析和城市设计等众多应用至关重要。自然地形主要有两类特征，一为结构特征，主要表现为地形表面的结构线与高程关键点(如水系线、山顶点)。这些特征对于景观解译至关重要，因此在地形数字化表达过程中会优先保留这些特征；二为形态特征，主要反映地表因长时间风化作用形成的地貌形态，如平滑形态。如何有效表示这两类特征是地形分析相关应用的关键。因此，地表数据的去噪也意味着需要在去除地表噪音的同时有效地保持地形表面的这两类特征。

随着地理信息系统的快速发展，人们提出了许多表示地形的方法，其中，DEM(Digital Elevation Model，数字高程模型)因其良好的地形表达能力而被广泛使用。现有地形去噪技术主要采用滤波方法来去除DEM数据的噪音，但传统滤波方法容易过度平滑DEM表面的地形特征点和结构线(如山峰点、水系线)。

在遥感图像处理中，滤波器通常用于去除小尺度特征(即噪声)。应用较为广泛的方法是统计滤波，它以平均每个单位元局部变化的方式来减小图像的噪声影响。然而，虽然滤波方法可以自适应地去除DEM数据的部分噪音，但它往往会使地形的结构特征因过于平滑而变得模糊。同时，由于DEM表面复杂的地形特征，尽管部分滤波器能够保持DEM的部分高频结构特征，但是在滤波过程中并无较为有效的措施来提取和保留DEM的结构特征。

为了保留地形结构特征，传统的地图综合研究领域采用了计算几何领域的结构分析技术，该方法引入TIN(Triangulated Irregular Network，不规则三角形格网)来探测关键的高程点和地形结构线。这类方法简单易行，能有效地提取峰、脊等关键点，并可以在对应地形区域内构建高程点之间的关系。但是，这类方法将地形表面视为离散的结构，往往忽视了相邻地形要素之间的光滑形态特征。

综上所述，滤波方法可以在有效保持DEM平滑的形态特征的同时，去除DEM表面噪声，但该方法容易使地形的结构特征变得模糊；而结构分析方法可以有效地保留地形的结构特征(如山峰和水系特征)。因此，如何在去除DEM表面噪声的同时有效保留地形的结构特征是亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种保留地形表面结构特征的DEM数据去噪方法，能够有效克服DEM数据去噪过程中地形结构特征模糊、大尺度DEM数据过度简化等难点，能够同时准确、高效地保留地形数据重要的结构特征与平滑特征。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种保留地形表面结构特征的DEM数据去噪方法，包括以下步骤：

S1、利用结构分析法提取原始地形曲面的关键高程点和结构线作为地形结构特征，根据关键高程点和结构线获得重构的地形表面，即TIN表面；

S2、以TIN表面作为引导，采用引导法向量滤波器对原始地形曲面的DEM数据进行平滑处理，得到平滑处理后的TIN表面；