TIN模型的構(gòu)建方法研究_圖文

1、河海大學碩士學位論文TIN模型的構(gòu)建方法研究姓名:茆德柱申請學位級別:碩士專業(yè):攝影測量與遙感指導教師:許捍衛(wèi)20070601 可海大學碩士論文間位置關系,進而可以獲得新加入點與有向凸殼邊的位置關系,如下:(2-5(3判斷點是否在凸殼邊的內(nèi)側(cè)在進行判斷點與凸殼邊的位置關系前先要判斷點是否在凸殼邊的內(nèi)側(cè)。如下圖所示:16fPtI q Pt2圖2.8點與線段的關系.和pf2構(gòu)成直線的斜率:k=(pt2一ptl.y/(pt2一Ij(26I和pt2構(gòu)成直線方程為:Y=kx(x-ptl.x+ptl.y(27若存在垂足Q則點P到Q的直線方程為:Y=(一喲×(x-p1.x+P.Y(28由公式(2.

2、7和公式(2.8聯(lián)解可得到:jQ.x=(k2×ptlx+k×(pYptly+Px/(k2+1(2.9【Q.Y=k×(xptl.x+ptl.Y然后判斷垂足(Q.x,Q.y是否在ptl和pt2構(gòu)成的線段上:If(Min(ptlJ,pt2.xQJMax(ptl.v,pt2.xAndMin(ptl以pt2.ysQ.ysMax(ptl,y,pt2.y兩條件同時成立,則說明垂足(Q.xQ.y點在ptl和pt2構(gòu)成的線段上所側(cè)側(cè)右:左的線的邊共邊勉蛾.觸凸殼凸針凸針時針時逆睜逆于逆于好馳好點點點入入入加加加新新新時時時OO<Il>MMM晚巍勛一一一兒兒雎當當當 河海

3、大學碩論文圖3.1宜溧山地高程點數(shù)據(jù) 圖3.2反距離加權插值柵格結(jié)果 圖3.3樣條插值柵格結(jié)果第三章地性線的自動提取 圖3.4克里金插值柵格結(jié)果 圖3.5自然鄰域插值結(jié)果在上面四幅插值結(jié)果圖中的四種插值方法中樣條插值法容易使地形變化較大不太符合實際地形情況特別在河流的河岸線附近;自然鄰域插值效果在地形變化較大區(qū)域插值效果也不太理想但插值速度較快。反距離加權插值法較好且插值速度快,因為采用反距離加權插值法利用測量點之間的權重進行插值,雖然有時會損失一些突變的地形。但就對于大范圍的地形趨勢而言,還是有較好的實際應用意義。為了盡量減少突變地形的地形數(shù)據(jù)的損失,我們可以通過增加測量的密度。克里金(Kr

4、iging插值法的基本原理與反距離加權插值法相似,又同時考慮了采樣點的空間分布以及與待插值點的空間方位關系。其實質(zhì)是既考慮測量點表面的總體趨勢變化,同時又考慮測量表面特征的相關變化和隨機變化,是空間自協(xié)方差最佳內(nèi)插法,插值效果最佳。綜觀上述,結(jié)合離散點實際采樣情況的本文選用克里金插值法將離散點數(shù)據(jù)進行空間插值成規(guī)則格網(wǎng)數(shù)據(jù)。 第三章地性線的自動提取 圖3.6基于圖像處理提取的地性線(紅線為山脊線,藍線為山谷線如圖3.6所示,此方法沒有采用任何主觀閾值進行區(qū)別地性線,但這種分類算法分類時會產(chǎn)生許多孤立的點或錯誤的特征點,難以得到完整的特征線。雖然Band于1986年在這一算法的基礎上進行了改進,

5、采用Rosenfeld和Kak的細化算法將提取出來的山脊線和山谷線進行細化成一個柵格的寬度。然后再將已生成的每條地性線的下游點沿著相鄰的最大下降點方向延伸,直到它與已有的山谷線相連接。這樣就形成地形特征線。盡管該算法最后生成的地性線較完整,但是由于在地勢平緩地區(qū)最大下降點可能是多個,所以可能會產(chǎn)出與正確的地性線相交的多余的或錯誤的地性線。3.2.2基于形態(tài)學提取基于地形表面幾何形態(tài)學分析原理的典型算法就是斷面極值法。其基本思想就是地形斷面曲線上高程的極大值點就是山脊點(分水點,而高程的極小值點就是山谷點(匯水點。該方法的基本過程為:(1分別找出IEId柵格數(shù)據(jù)的縱向與橫向的兩個斷面上的極大、極

6、小值點,作為地形特征線上的備選點;(2根據(jù)一定的條件或準則將這些備選點劃歸各自所屬的地形特征線。河海大學碩士論文 圖3.7基于形態(tài)學提取(紅線為山脊線,藍線為山谷線如圖3.7所示,基于形態(tài)學提取算法存在兩個主要缺陷:(1由于這種方法對地形特征線上的點的判別與其所屬的地形特征線的判別是分開進行的,在確定地形特征線時,全區(qū)域采用一個相同的曲率閡值作為判別地形特征線上點的條件。因此它忽略了每條地形特征線必然存在的曲率變化現(xiàn)象。當閾值選擇較大時,會丟失許多地形特征線上的點,導致后續(xù)跟蹤的地形特征線間斷且較短;如果選擇過小,會產(chǎn)生地形特征線上點的誤判,產(chǎn)生多余的噪聲點,同時也給后續(xù)地形特征線的跟蹤帶來困

7、難,導致地形特征線連接錯誤。(2由于該算法只選擇縱、橫兩個斷面來去確定高程變化的極值點,因此它所確定的地形特征線具有一定的近似性,與實際的地形特征線有一定的差異,有時候還會出現(xiàn)遺漏。3.2.3基于水文學提取利用水文學方法提取地形特征線,首先簡要解釋幾個與水文學相關的概念:無洼地DEM:指通過一定的處理方法對原始DEM柵格數(shù)據(jù)中的洼地進行填充,得到的DEM。DEM的水流方向:指流水離開每個DEM柵格時的指向。DEM的匯流累計量:指區(qū)域地形的DEM中每個柵格的流水累計量,在地表徑 第三章地性線的自動提取 圖3.10基于水文學提取的地性線(紅線為山脊線,藍線為山谷線基于水文學的地性線算法采用了整體追

8、蹤分析的思路,分析結(jié)果具有系統(tǒng)性好,便于進行相應的徑流成因分析,但是,該方法也存在兩個明顯的缺陷(如圖3.10所示:(1由于該算法所計算的匯流累積量與高程有關,計算的結(jié)果必然是高程值最大值的點匯水量小,高程值小的點匯水量大。因此,可能導致低處非地性線上的點的匯水量也較大而被誤識別為地性線上的點;而位于高處的地性線上的點也會因為匯水量少而被遺漏;這就造成該算法所確定的地性線的效果較差。(2由于該算法將匯水區(qū)域的公共邊界(即匯水量為零值看作分水線,因此它所確定的分水線均為閉合曲線,這與實際的分水線(山脊線不符。(3平坦區(qū)域,尤其是在水網(wǎng)密織低洼平原地區(qū)的地區(qū)匯水線很難提取,這也會造成地性線的實際提

9、取效果較差。3.2.4平面曲率與坡形組合法提取利用平面曲率與坡形組合法方法提取地形特征線,首先簡要解釋幾個與提取算法相關的概念:I町海大學碩士論文圖3.1l地表單元坡度坡向示意圖(1坡度(slope:指過地表上一點的切平面與水平地面的夾角。坡度表示地表面在該點處的傾斜程度,在數(shù)值上等于過該點的地表微分單元的法量”與z軸的夾角如圖3.1l所示?？?arc文赫當具體進行坡度提取時,常采用簡化差分公式:jlop歸arctan廂(3-4(3-5式中t六為X軸方向上的高程變化率;L為Y軸方向上的高程變化率在ARCGIS軟件的基于柵格DEM的坡度提取采用二次曲面擬合法。即在3×3的DEM柵格分析

10、模板中(如圖3.12進行,每個柵格中心為一個高程值,分析窗口在DEM數(shù)據(jù)矩陣中連續(xù)移動完成整個區(qū)域的計算工作常用的計算f、L的方法是三階反距離平方權,其計算方法如下:式中,g為柵格的格網(wǎng)間距.(3-6=正 河海大學碩士論文利用公式(317,可求解出沒有誤差的DE8的坡向變率。由圖3.4克里金插值結(jié)果通過計算得到如圖3.16所示的SOA: 圖3.16DEM的坡肉變化率(SOA3.計算正負地形分布區(qū)域?qū)υ糄EM(圖3.5柵格數(shù)據(jù)進行柵格鄰域分析,鄰域模板大小采用11×I1對DEM數(shù)據(jù)進行均值分析,則得到一個鄰域為1l×I I的矩形的平均值柵格數(shù)據(jù)層,記為占。然后通過公式(OE

11、M一口,計算得到原始DEM的正負地形分布區(qū)域C。需要注意的是:在鄰域分析過程中,隨著分析模板半徑的變化,分析區(qū)域內(nèi)高程極值的范圍往往也會發(fā)生變化,這會影響正負區(qū)域的提取的效果。故需采用合適的分析模板半徑,使得在宏觀范圍內(nèi)求取的正負地形能夠較準確的反映地面的真實起伏情況咐.如圖3.17所示:第三章地性線的自動提取 圖3.17DEM的正負地形分布區(qū)域4.山脊線的提取根據(jù)地形特性我們可以采用公式shanji=C>O&SOA>80,可提取出山脊線。需要注意的是:在提取的過程中,為了控制提取的山脊線柵格的寬度可以調(diào)節(jié)坡向變率￥OA的大小。5.山谷線的提取同理根據(jù)地形特性我們可以采用公式shangu;C<0&SOA>80,可提取出山谷線。需要注意的是:在提取的過程中,為了控制提取的山谷線柵格的寬度可以調(diào)節(jié)坡向變率￥OA的大小。6.地性線柵格數(shù)據(jù)矢量化從柵格數(shù)據(jù)中提取出來的地性線為柵格數(shù)據(jù)在下章TIN模型構(gòu)建中使用,需要將柵格化數(shù)據(jù)的地性線進行矢量化,也就是把地性線轉(zhuǎn)化為Ployline(多義線矢量數(shù)據(jù)格式。其具體步驟為;(1沿柵格數(shù)據(jù)從左到右,從上至下搜索點