[发明专利]一种地形特征线自动提取算法

说明书

本发明公开了一种地形特征线自动提取算法，包括以下步骤：根据已有高程数据构建不规则三角网TIN；提取3R三角形；遍历生成节点二叉树；利用节点二叉树生成地形控制线；简化地形控制线；地形控制线赋高程。利用已有基础测绘数据，自动提取地形特征线的方法，获得的高精度数字高程模型能够满足1：2000DEM三级精度指标，应用在了省级实景三维高精度地理场景生产中，大大提高了生产效率，相比其他同类算法，具有效率高、阈值少、人工干预少、通过了大量数据验证等特点。

技术领域

本发明涉及基础测绘摄影测量与遥感技术领域，具体为一种地形特征线自动提取算法。

背景技术

基础测绘是指建立全国统一的测绘基准和测绘系统，进行基础航空摄影，获取基础地理信息的遥感资料，测制和更新国家基本比例尺地图、影像图和数字化产品，建立、更新基础地理信息系统，具有公益性和基础性。现有的基础测绘体系基本可概括3S+4D，即全球定位系统GPS、地理信息系统GIS和遥感RS组成的3S技术架构，数字线划图DLG、数字正射影像DOM、数字高程模型DEM、数字栅格地图DRG组成的4D产品体系。

随着经济社会发展，物联网、大数据等技术的不断进步，对基础测绘成果提出了更高的要求。2019年全国自然资源工作会议提出加快基础测绘转型升级，开展新型基础测绘体系试点工作。《国务院关于全国基础测绘中长期规划纲要(2015年-2030年)的批复》(国函[2015]92号)要求2030年全面建成新型基础测绘体系，为经济社会发展提供多层次、全方位的基础测绘服务。实景三维是对人类生产、生活和生态空间进行真实、立体、时序化反映和表达的数字虚拟空间，是新型基础测绘标准化产品，是国家新型基础设施建设的重要组成部分。高精度DEM能精准的表示地球空间连续起伏状态，是地形级实景三维建设的重要数据基础，在新型基础设施建设、资源开发于环境保护、减灾防灾和国防等领域发挥重要作用。

目前DEM主流的数据获取手段有两类：利用数字摄影测量工作站进行自动化的DEM数据采集和利用LiDAR的DEM数据采集方法。为了充分利用已有基础测绘成果，采用第一类方法制作省级大范围、高精度DEM。目前国内外数字摄影测量工作站有很多，主要有航天远景MapMatrix、Trimble公司的Inpho软件、中国测绘科学研究院研发的PixelGrid、武汉大学研发的DPGrid等，虽然各生产软件使用方法不同，大致步骤均可概括为DEM数据采集、DEM数据预处理、DEM内插。

DEM数据采集是DEM制作中工作量最大的环节，其中数字线划图中的高程点、等高线等地貌要素是重要的数据源，但直接利用等高线、高程点生产DEM，在山脊、山谷、鞍部等部位精度易超限，无法满足精度要求与实际应用需要，还需要在立体环境下沿山脊、山谷、鞍部采集地性线。目前流行的DEM制作软件在地性线均需要人工采集，特别是对于山地地区，工作量非常大。在实际生产中发现，无需获取完整的地性线，可以是离散的地形特征线，即可准确反映地形。现有地形特征线自动提取算法一般有两种：基于几何形态分析和基于地形表面流水分析，常用的有等高线曲率判别法、多因子特征提取法、等高线骨架化法、水文分析法。其中曲率判别法、多因子特征提取法对阈值的选择要求较高，不适用大范围提取；等高线骨架化法针对闭合的等高线效果较好，但由于在有些大比例尺地形图中，等高线未连续表示，不适用该方法；水文分析法多用于栅格提取地形特征线，且在坡较平缓的部分，水流方向难以确定，造成特征线遗漏。根据数据源不同还可以分为基于等高线的地形特征提取和基于DTM/DEM的地形特征提取，其中陈海燕等人提出的基于等高线提取方法自动化程度不高、人工干预的时间较长；张尧等人提出的基于等高线弯曲特征段提取，对角度阈值的选取没有确切的方法，对于密集、数据量大的等高线，需要提取特征点、跟踪地性线，算法效率较低。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种地形特征线自动提取算法，能有效的解决背景技术提出的问题，实现基于等高线、高程点的地形特征线自动提取。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种地形特征线自动提取算法，包括以下步骤：