[发明专利]一种沉陷裂缝区地形DEM修正方法

说明书

本发明公开了一种沉陷裂缝区地形DEM修正方法，涉及土地复垦与生态修复技术领域。首先利用高分辨率的遥感影像提取裂缝中心线和宽度；其次，计算裂缝中心线两侧栅格单元的高程修正值；最后，利用计算的高程修正值修正沉陷裂缝区地形DEM中相同坐标栅格单元的高程值。本技术可以解决沉陷裂缝区原始地形DEM中裂缝处高程信息缺失的问题，可以为沉陷裂缝区水土流失与生态修复规划提供精准的地形数据，适用于开采沉陷导致土地裂缝的区域。

技术领域

本发明涉及土地复垦与生态修复技术领域，具体涉及一种沉陷裂缝区地形DEM修正方法，适用于沉陷裂缝区的数字高程模型构建和水土流失评估。

背景技术

地下有用矿物被采出后，地面发生沉陷，在沉陷过程中，地面发生拉伸变形，产生裂缝。裂缝是一种特定的微地形特征，裂缝的宽度大多在0-1米范围内，深度可达10余米，对区域水文过程、植被演替、土壤保持等生态功能有严重的阻隔作用。为评估沉陷裂缝的生态环境影响，开展沉陷裂缝区的生态修复工程，必须构建沉陷裂缝区的地形DEM，也即是数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)，作为生态环境调查、模拟、评估和规划的基础数据。

构建沉陷区地形DEM，通常采用摄影测量或野外地面测量的方法，获取地面上若干个点的高程，然后利用空间插值方法获取地面每个栅格单元的高程。如，有学者利用机载激光点云构建西部矿区开采沉陷模型、利用无人机构建高潜水位矿区采煤沉陷地DEM。然而，在空间插值的过程中，裂缝处的高程值通常是周边非裂缝处高程值的加权平均值，裂缝这种微地形特征通常被忽略，空间插值结果缺少裂缝这种微地形特征。因此，现有技术构建出来的地形DEM不能表示沉陷裂缝处的真实高程值，不能为生态环境调查、模拟、评估和规划提供真实的地形DEM，从而导致生态评估不准确，忽略了裂缝的影响。

目前，有技术人员开发出了形态参数下地表采动裂缝三维建模及可视化方法、无人机影像采动地裂缝提取方法，这些技术可以有效识别和展示裂缝，但是仍然不能计算裂缝处的真实高程值。因此，需要开发出一种新的技术来解决沉陷裂缝区原始地形DEM中裂缝高程信息缺失的问题，用于沉陷裂缝区的数字高程模型构建和水土流失评估。

发明技术方案

本发明针对沉陷裂缝区地形DEM中裂缝高程信息缺失的问题，提供一种地形DEM修正方法，在沉陷裂缝区地形DEM中体现裂缝，并计算出裂缝区各栅格单元的真实高程值。

(1)提取裂缝中心线和宽度

利用无人机获取沉陷裂缝区的厘米级高分辨率光学遥感影像，在遥感影像上勾绘出裂缝的中心线，并量算出裂缝的宽度。

(2)计算裂缝中心线两侧栅格单元的高程修正值

基于裂缝的中心线和宽度数据，利用三角形相似定理计算裂缝中心线两侧栅格单元的高程修正值，计算公式为：

式中，M_(x,y)为坐标为(x,y)栅格单元的高程修正值，W为裂缝的宽度；l为坐标为(x,y)栅格单元到裂缝中心线的垂直距离，α为系数，当裂缝区域地表为沙时，取值为5，当裂缝区域地表为土壤时，取值为13，当裂缝区域地表为岩石时，取值为15；β为常数项，当裂缝区域地表为沙时，取值为0.5，当裂缝区域地表为土壤时，取值为0.7，当裂缝区域地表为岩石时，取值为0.9。

(3)修正沉陷裂缝区地形DEM中相同坐标栅格单元的高程值

将待修正的沉陷裂缝区米级或分米级地形DEM重采样至厘米级分辨率，然后利用计算得到的裂缝中心线两侧栅格单元的高程修正值，修正沉陷裂缝区地形DEM，得到修正后的沉陷裂缝区地形DEM。修正公式为：

Z′_(x,y)＝Z_(x,y)―M_(x,y)