技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)字地貌分析領(lǐng)域，尤其涉及一種基于DEM的河谷形態(tài)參數(shù)自動(dòng)提取方法。

背景技術(shù)

河谷縱剖面和河谷橫剖面形態(tài)參數(shù)計(jì)算是河谷地貌研究的重要內(nèi)容：河谷縱剖面形態(tài)參數(shù)可以反映河流物理侵蝕過程和各河段流水下切的動(dòng)力條件，揭示河流地貌對巖性、構(gòu)造、氣候等條件的相應(yīng)機(jī)制；河谷橫剖面是由谷底河道及兩岸斜坡組成的幾何體，其形態(tài)沿河流方向不斷變化，其形態(tài)參數(shù)有助于判斷河谷類型和發(fā)育程度，輔助開展河谷地貌的深入分析。

目前河谷地貌分析中河谷縱剖面和橫剖面形態(tài)參數(shù)的自動(dòng)提取并未引起足夠重視。大多現(xiàn)有水文分析軟件無法方便地完成河谷縱剖面和橫剖面形態(tài)參數(shù)的自動(dòng)提取，常需要通過地圖量算或繁瑣的軟件操作完成，具有操作復(fù)雜、精度低、難以推廣應(yīng)用等缺點(diǎn)。尤其是河谷橫剖面形態(tài)參數(shù)及其應(yīng)用更鮮被提及。常用的地貌特征參數(shù)，如坡度、坡向、地形粗糙度、起伏度、切割深度等基于DEM通過GIS鄰域分析獲得，無法從微觀上對河谷剖面的幾何形態(tài)進(jìn)行定量計(jì)算和表征。這在很大程度上影響了河谷地貌演化及相關(guān)研究的范圍和深度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于DEM的河谷形態(tài)參數(shù)自動(dòng)提取方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的前述問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述基于DEM的河谷形態(tài)參數(shù)自動(dòng)提取方法，該方法包括：

S1，獲取需分析河谷流域的DEM數(shù)據(jù)；

S2，通過水文分析獲取所述河谷流域的線狀河流矢量數(shù)據(jù)，對屬于所述河谷流域的每一條河流進(jìn)行編號，并從每條河流的河源開始按一定采樣間隔a取縱剖面采樣點(diǎn)直至河口，并從第一個(gè)縱剖面采樣點(diǎn)開始，依次給每個(gè)點(diǎn)添加索引編號i，i＝1,2,3,…,n；計(jì)算各縱剖面采樣點(diǎn)的河長值和高程值，所述河長值len_i＝a×i，i表示采樣點(diǎn)的編號，所述i≥1；所述a為大于1.414×DEM空間分辨率且小于2.828×DEM空間分辨率的正整數(shù)；

S3，如果計(jì)算河谷縱剖面的形態(tài)參數(shù)，則進(jìn)入S4；

如果計(jì)算河谷橫剖面的形態(tài)參數(shù)，則進(jìn)入S5；

S4，按照公式(1)計(jì)算河谷縱剖面任意一個(gè)縱剖面采樣點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化河長-坡降指數(shù)SL_i′；

SL_i′＝SL_i/K(1)；

SL_i表示任意一個(gè)縱剖面采樣點(diǎn)的河長-坡降指數(shù)，K表示所述縱剖面采樣點(diǎn)所在河流的均衡坡降指數(shù)；

S5，選取一個(gè)河流沿岸的任意一個(gè)點(diǎn)作為定位點(diǎn)并獲得與所述定位點(diǎn)距離最近的縱剖面采樣點(diǎn)T及縱剖面采樣點(diǎn)T上、下游各三個(gè)縱剖面采樣點(diǎn)；獲得并利用7個(gè)采樣點(diǎn)的平面坐標(biāo)，基于最小二乘法計(jì)算縱剖面采樣點(diǎn)T的河流流向，將所述縱剖面采樣點(diǎn)T的河流流向作為所述定位點(diǎn)處的河流流向；

獲取垂直于所述定位點(diǎn)處河流流向的所述定位點(diǎn)處的河谷橫剖面在水平面上的投影線方向；

基于DEM通過地形分析并獲取與所述河谷相關(guān)的兩岸山脊的線狀矢量數(shù)據(jù)，利用所述定位點(diǎn)、所述定位點(diǎn)處的河谷橫剖面在水平面上的投影線方向、所述定位點(diǎn)處河流流向和所述山脊線狀矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何構(gòu)建，得到河谷橫剖面的水平面投影線；

按照一定采樣間隔b從河谷橫剖面的水平面投影線左端點(diǎn)開始提取河谷橫剖面采樣點(diǎn)直至右端點(diǎn)；所述b為大于1.414×DEM空間分辨率且b且小于2.828×DEM空間分辨率的正整數(shù)；

將最接近河流線的河谷橫剖面采樣點(diǎn)的編號id設(shè)定為0，從0點(diǎn)開始分別向其左、向其右給每一個(gè)河谷橫剖面采樣點(diǎn)編號id，設(shè)在所述0點(diǎn)左岸的河谷橫剖面采樣點(diǎn)的編號小于0，記為id＝l，l＝-1,-2,-3……-n，在所述0點(diǎn)右側(cè)的河谷橫剖面采樣點(diǎn)的編號大于0，記為id＝r，r＝1,2,3……n；計(jì)算各個(gè)河谷橫剖面采樣點(diǎn)的高程值和河谷橫剖面采樣點(diǎn)到0點(diǎn)的水平距離，計(jì)算河谷橫剖面坡高h(yuǎn)、目標(biāo)深度的河谷寬深比R、計(jì)算河谷橫剖面的剖面面積A、河谷凹度C、不對稱系數(shù)M和河寬指數(shù)W。

優(yōu)選地，公式(1)中河谷縱剖面上任意一個(gè)采樣點(diǎn)的河長-坡降指數(shù)SL_i按照下述實(shí)現(xiàn)：

設(shè)定坡降計(jì)算間隔D，其中，D＝2×j×a，j＝1,2,3…,n，從每條河流的第一個(gè)縱剖面采樣點(diǎn)開始計(jì)算長度為D的河段的坡降S，并把得到的S賦值給河段中心點(diǎn)采樣點(diǎn)F_i，即設(shè)定坡降計(jì)算間隔D時(shí)，河谷縱剖面上任意一個(gè)采樣點(diǎn)F_i的坡降S_i按照公式(2)計(jì)算得到：