公路選線中的嵌套山體自動(dòng)提取技術(shù)

王長(zhǎng)海，肖亮亮

廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西南寧 530029

數(shù)字高程模型(digital elevation model, DEM)中包涵海量和多樣的地形特征與構(gòu)造信息，是對(duì)地形地貌特征和水文地質(zhì)等信息的空間變化進(jìn)行定量描述的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[1]，也是自動(dòng)劃分地形地貌類(lèi)型的數(shù)據(jù)源. 以DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以數(shù)字地形分析 (digital terrain analysis, DTA)等相關(guān)的數(shù)字技術(shù)為手段，通過(guò)提取分析各類(lèi)地形地貌特征屬性，自動(dòng)劃分特征地貌的各種類(lèi)型，對(duì)地貌的自動(dòng)分類(lèi)研究有重要價(jià)值.

過(guò)去人們常常利用目視解譯和人工判讀輔助野外實(shí)地勘察實(shí)現(xiàn)地形地貌單元的分類(lèi)， 基于手工目測(cè)勾繪出地貌的實(shí)體界線. 該方法精度較高，但耗時(shí)長(zhǎng)且工作量大，無(wú)法快速提取大范圍的地貌信息. 此外，還受制圖人員主觀因素影響，人工制作的地貌界線難以保持一致[2]. 在數(shù)字地形技術(shù)快速發(fā)展的前提下，人們已可通過(guò)計(jì)算機(jī)等工具實(shí)現(xiàn)地貌單元的自動(dòng)或半自動(dòng)劃分. 對(duì)象和尺度是地形分類(lèi)中最重要的兩個(gè)因素[3]，然而基于DEM以對(duì)象為單位實(shí)現(xiàn)對(duì)山體對(duì)象的提取仍處于研究之中[4].

傳統(tǒng)地貌類(lèi)型分類(lèi)方法過(guò)分強(qiáng)調(diào)地貌單元的完整性，且無(wú)有效的地形地貌實(shí)體單元自動(dòng)提取方法. 本研究針對(duì)這個(gè)難題，提出了一種基于DEM的山地、平原和嵌套山體界線的自動(dòng)提取方法，利用坡度等地形因子以及水文分析等相關(guān)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)嵌套山體界線和山地、平原的自動(dòng)化提取.

考慮地形地貌環(huán)境是公路選線設(shè)計(jì)的重要原則之一[5]. 將山體提取結(jié)果應(yīng)用到公路選線中，通過(guò)將各種地形影響因子轉(zhuǎn)化為成本數(shù)據(jù)集，可以快速、自動(dòng)地選出最優(yōu)路徑[6]. 相比于僅考慮微觀地貌因子，同時(shí)顧及地貌實(shí)體單元完整性的選線結(jié)果更加符合實(shí)際，這對(duì)于減少公路初步選線工作量、優(yōu)化公路選線方法具有重要意義.

1 地形形態(tài)劃分

如何劃分地貌形態(tài)的類(lèi)型直接關(guān)系到地貌生產(chǎn)利用及地貌形態(tài)的認(rèn)知科普等問(wèn)題[7]. 人們通常基于局部地形的常識(shí)來(lái)進(jìn)行地形地貌分類(lèi)，通過(guò)大量從定性到定量的研究形成了多個(gè)地形分類(lèi)體系和標(biāo)準(zhǔn)，主要包括基于地貌學(xué)、水文學(xué)、自然地理學(xué)和土壤學(xué)等分類(lèi)體系.

1.1 地形形態(tài)劃分體系

地形地貌的分類(lèi)始于人們對(duì)局部地形的主觀認(rèn)識(shí)，主要包括基于水文學(xué)、自然地理學(xué)、土壤學(xué)及地貌學(xué)等分類(lèi)體系.

基于水文學(xué)的分類(lèi)體系主要根據(jù)地形所受的水文沖刷侵蝕的不同程度，基于縱坡面的坡長(zhǎng)、坡寬及坡度，將地形坡面分為山肩、山頂、背坡、趾坡、麓坡和沖擊地等.

根據(jù)自然地理學(xué)，地表形態(tài)差異必然引起各種自然地理現(xiàn)象及過(guò)程的變化[8]. 宏觀上，地形可劃分為平原、丘陵、高山、低山和高原等類(lèi)型； 微觀上，斜坡可劃分為緩坡、中坡和陡坡等. 這種劃分體系完全是以坡度為劃分指標(biāo)，常見(jiàn)的有以15°、25°和45°為臨界值對(duì)坡體進(jìn)行連續(xù)劃分. 因?yàn)槠露仁堑匦伪砻娴膯吸c(diǎn)屬性之一，所以這種分類(lèi)體系對(duì)于利用柵格DEM實(shí)現(xiàn)地貌單元的劃分十分有利，本研究對(duì)平原、山地的劃分也利用到了這一劃分體系.

基于地貌形態(tài)學(xué)，將地形形態(tài)特征作為研究對(duì)象，依據(jù)描述要素的空間組合與分析比對(duì)來(lái)進(jìn)行特征地貌的獲取[9]. 基于這種方案，任何復(fù)雜的地形地貌均可以劃分成3種類(lèi)型的要素，分別為平地、洼地和坡地.

1.2 地形形態(tài)分類(lèi)指標(biāo)

利用DTA技術(shù)基于DEM來(lái)實(shí)現(xiàn)地形地貌的自動(dòng)分類(lèi)必須要給計(jì)算機(jī)確定的解析規(guī)則和規(guī)范，也就是必須有確定的分類(lèi)指標(biāo)，即用于描述地貌的地形因子. 地形因子是地形信息的載體和最重要的表現(xiàn)形式，也是地形地貌在某一方面的特征的數(shù)字描述. 因此，各種地形因子的準(zhǔn)確提取對(duì)地貌學(xué)研究具有重要價(jià)值. 地形因子通?？梢苑譃楹暧^地形因子和微觀地形因子，如圖1所示.

圖1 地形因子分類(lèi)框架Fig.1 Classification structure of terrain factor

1.3 地形形態(tài)分類(lèi)方法

地貌類(lèi)型劃分時(shí)，將人為經(jīng)驗(yàn)與地貌分類(lèi)的量化指標(biāo)進(jìn)行結(jié)合，從而判斷出地貌的實(shí)體單元類(lèi)型，這是人工判讀分類(lèi)中的常用方法. 此方法在分類(lèi)時(shí)人為的主觀因素仍然占有很大部分，無(wú)法進(jìn)行嚴(yán)密而又精確的地形分類(lèi). 黃杏元[10]提出了地形分類(lèi)決策表方法，首先基于區(qū)域地形地貌的特點(diǎn)形成地形分類(lèi)決策表，獲得分類(lèi)時(shí)所需的地形要素，然后基于DEM進(jìn)行地形要素提取，再進(jìn)行地形類(lèi)型的自動(dòng)提取，即可獲得區(qū)域的地貌類(lèi)型，如圖2所示. 該方法為基于DEM自動(dòng)提取地貌類(lèi)型提供了最基礎(chǔ)的方法，并且分類(lèi)過(guò)程簡(jiǎn)單、快速. 高玄彧[11]提出一種以相對(duì)高度為主，絕對(duì)高度為輔的地形分類(lèi)方法. 這種分類(lèi)方法避免了其他一些分類(lèi)方法中與人們的觀念相悖的低山不低、高山不高的現(xiàn)象，符合人們對(duì)于高山、中山和低山等的觀念.

圖2 自動(dòng)提取地形信息[10]Fig.2 Automatic extraction of terrain infomation[10]

本研究認(rèn)為，基于柵格DEM利用DTA技術(shù)對(duì)地貌形態(tài)進(jìn)行劃分的核心問(wèn)題，在于如何準(zhǔn)確并且高效地從DEM中提取地形因子，如何利用地形因子準(zhǔn)確表達(dá)各種地形地貌. 不同的地形形態(tài)分類(lèi)方法有各自的側(cè)重點(diǎn)，可以根據(jù)具體的應(yīng)用目的選擇不同的分類(lèi)方法. 但是不管選用什么分類(lèi)方法，最為重要的還是準(zhǔn)確計(jì)算地表形態(tài)要素和擬定有效的地形分類(lèi)決策方案.

2 地形因子的計(jì)算

2.1 坡度和坡向的計(jì)算

坡度(slope)和坡向是描述地形復(fù)雜度的重要指標(biāo)，并且相互聯(lián)系. 坡度是地表高度變化率的度量，直接反映斜坡的傾斜程度. 坡向則是斜坡方向的度量，用于反映斜坡所面對(duì)的方向[12]. 坡度是地表在某個(gè)點(diǎn)的傾斜程度，是經(jīng)過(guò)該點(diǎn)的地表微分單元的法矢量n與z軸的夾角，即

(1)

在進(jìn)行坡度的實(shí)際計(jì)算時(shí)，一般采用簡(jiǎn)化的差分公式，即

(2)

其中，fx是x方向的高程變化率；fy是y方向的高程變化率.

地表上的任意一點(diǎn)均有坡度，其單位一般為“度”或“坡度百分?jǐn)?shù)”. 由坡度計(jì)算示意圖(圖3)可知，坡度百分?jǐn)?shù)為(h/d)×100%， 度為arctan(h/d). 斜坡所面對(duì)的方向是坡向，通過(guò)某一點(diǎn)法線正方向的平面投影和正北方向之間的夾角則為該點(diǎn)的坡向[13]. 坡向α的數(shù)學(xué)表示為

(3)

圖3 坡度計(jì)算示意圖Fig.3 Slope calculation schematic

差分坡度和坡向的計(jì)算原理見(jiàn)圖4，設(shè)中心格網(wǎng)點(diǎn)(i,j)的坐標(biāo)為(xi,yj)， 局部地形曲面設(shè)為z=f(x,y)， 格網(wǎng)間距為g.

圖4 差分坡度和坡向計(jì)算原理Fig.4 The calculation principle of differential slope and aspect

則有二階差分公式為

(4)

2.2 水文因子的計(jì)算

水文因子指在流域分析或者水文分析中所涉及到的一些與地形有關(guān)的因子，如水流長(zhǎng)度、水流方向、河流網(wǎng)絡(luò)和匯流累積量等.

洼地是DEM局部地形單元， 被較高的高程所包圍. 在DEM中的洼地是由數(shù)據(jù)采集和內(nèi)插時(shí)的誤差造成的，稱(chēng)為“偽洼地”. 在進(jìn)行數(shù)字地形的分析時(shí)，地形特征線提取的正確性將受偽洼地的影響. 因此，在進(jìn)行水文因子分析之前需要對(duì)DEM進(jìn)行無(wú)洼地化處理，盡可能地減少“偽洼地”的影響，確保所提取的地形特征線能夠保持良好的連續(xù)性，且無(wú)離散的點(diǎn)及局部的短線. 一般通過(guò)將洼地邊緣的最小高程值賦以洼地區(qū)域中的每一個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)，從而達(dá)到填平洼地的目的.

基于格網(wǎng)DEM的水流分析，其水流方向就是水流離開(kāi)格網(wǎng)時(shí)的流向. 在流域分析中，八方向法是當(dāng)前被廣泛使用的確定流向的方法，該方法將像元的流向指向其周?chē)?個(gè)像元中距離權(quán)重坡度最大的像元(圖5). 該法的局限性在于不允許水流分散到多個(gè)像元[14].

圖5 水流方向計(jì)算Fig.5 The calculation of flow direction

通過(guò)計(jì)算中心像元與其8個(gè)鄰域像元的距離權(quán)重坡度，可以確定圖5(a)的中心像元流向. 對(duì)于任意4個(gè)緊鄰的像元，把其中心像元與鄰接點(diǎn)的高程差除以1，可計(jì)算得到其坡度. 對(duì)于任意4個(gè)角落的鄰接像元，其坡度計(jì)算則是用高程除以1.414，如圖5(b). 結(jié)果顯示，最陡的坡度是從中心像元到其右側(cè)像元，因此為流向. 八方向法在回流區(qū)和邊界明確的峽谷地區(qū)能夠獲得較好的結(jié)果[15].

圖6 匯流累積量計(jì)算Fig.6 The calculation of confluence accumulation

區(qū)域地表的每點(diǎn)流水累積量用匯流累積量數(shù)矩陣來(lái)表示. 在進(jìn)行地表徑流的模擬時(shí)， 通過(guò)水流方向可以計(jì)算得到匯流累積量. 匯流累積量的計(jì)算過(guò)程如圖6. 圖6(a)為已填洼的DEM，圖6(b)為水流方向柵格，圖6(c)為匯流累積量柵格. 圖6(c)中2個(gè)陰影柵格的流量累積值同為2. 其中，上面的柵格像元接受來(lái)自它左邊和左下方像元的水流，下面的像元接受來(lái)自其左下方像元的水流，且其本身已有流量累計(jì)值1. 利用水流方向柵格，匯流累積量柵格列出流經(jīng)它的像元數(shù)，每個(gè)格網(wǎng)記錄了有多少個(gè)上游的像元將水排給它(不包括被計(jì)算的柵格像元本身).

通過(guò)匯流累積量柵格可以用兩種方式來(lái)解釋?zhuān)孩?匯流累積量高的像元，一般對(duì)應(yīng)河道，而山脊線的像元累積量通常為0；② 若乘以每個(gè)像元的大小，則其像元值就是排水面積.

3 實(shí)驗(yàn)研究

3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)介紹

本研究利用ArcGIS實(shí)現(xiàn)對(duì)平原、山地高效準(zhǔn)確的提取. 由于四川盆地的地形特征整體地形四周高、中間低，呈盆地地形，西部為高原山地，東部為盆地. 盆地內(nèi)的地形主要是丘陵和平原，平原和山地的地形特征較為顯著. 因此，本實(shí)驗(yàn)采用的數(shù)據(jù)源是四川某地區(qū)的90 m和30 m分辨率的柵格DEM.

3.2 平原/山地自動(dòng)劃分

為了實(shí)驗(yàn)需要，裁減了部分比較典型的山地和平原的地形數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)是img格式的柵格DEM，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖7所示.

圖7 實(shí)驗(yàn)樣區(qū)數(shù)據(jù)Fig.7 (Color online) Experimental data

根據(jù)《中國(guó)1∶100萬(wàn)地貌制圖規(guī)范》[16]， 丘陵和山地指的是圖斑最高點(diǎn)與圖斑邊緣最高點(diǎn)的高差大于30 m坡度大于7°(一般大于10°)的形態(tài). 根據(jù)平原的構(gòu)成形態(tài)，平原可抽象為多個(gè)坡度在一定閾值內(nèi)、相互連接且達(dá)到一定面積的坡面所共同組成. 本研究同時(shí)對(duì)坡度、面積兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，通過(guò)設(shè)置恰當(dāng)?shù)拈撝祦?lái)進(jìn)行山地和平原的區(qū)分. 為此，本研究還設(shè)計(jì)了相應(yīng)的計(jì)算流程來(lái)進(jìn)行平原/山地的自動(dòng)劃分.

通過(guò)多次試驗(yàn)與反復(fù)對(duì)比后，本研究最后確定的坡度閾值為8°，即將原始坡度柵格重分類(lèi)為0°～8°和8°～90°兩類(lèi)，此時(shí)可以較好地判別山體與平原的界線. 然后通過(guò)統(tǒng)計(jì)各個(gè)區(qū)域的面積，并確定面積閾值. 根據(jù)制圖要求，在1∶100萬(wàn)比例尺下成圖最小的圖斑所對(duì)應(yīng)的實(shí)際面積約為4 km2，但考慮本研究地區(qū)地形地貌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)及對(duì)比目視結(jié)果，最后確定本研究區(qū)域的面積閾值為8 km2. 由于自動(dòng)提取的結(jié)果與實(shí)際地形有一定差異，在自動(dòng)提取地貌單元之后，還要結(jié)合專(zhuān)家知識(shí)來(lái)進(jìn)行制圖綜合，最終劃分結(jié)果如圖8所示.

圖8 山體、平原劃分結(jié)果Fig.8 (Color online) The classification results of mountain and plain

3.3 嵌套山體界線提取

一般情況下，平原和山地的劃分并不能提取山體之間的嵌套關(guān)系，因此，需要對(duì)嵌套山體界線做進(jìn)一步的劃分. 根據(jù)制圖規(guī)范，若兩個(gè)相連的山體單元兩側(cè)圖斑與埡口的最大海拔高差大于500 m，原則上應(yīng)將該山體單位劃分為兩個(gè)實(shí)體. 根據(jù)些規(guī)則對(duì)山體進(jìn)行劃分仍需要相應(yīng)的先驗(yàn)知識(shí)，但它為我們提供了劃分嵌套山體界線的思路.

分界點(diǎn)位置的計(jì)算是山體界線提取的關(guān)鍵，得到分界點(diǎn)的位置后，各分界點(diǎn)之間的連線即為山體的分界線. 如圖9(a)所示為相鄰的山體剖面圖. B和D是埡口點(diǎn)，A、C和E是各山峰頂點(diǎn). A到B的垂直距離為a， B到C的垂直距離為b， C到D的垂直距離為c， D到E的垂直距離為d. 假設(shè)a>500 m、b>500 m、c<500 m和d<500 m. 根據(jù)前面的定義，如果埡口兩側(cè)的最高海拔高差大于500 m，那么此處應(yīng)該為山體的分界點(diǎn). 但是B點(diǎn)和D點(diǎn)的情況則不同，兩側(cè)的山峰頂點(diǎn)到最低點(diǎn)埡口的距離一側(cè)大于500 m，一側(cè)小于500 m，根據(jù)上述規(guī)則此處不是山體分界點(diǎn). 所以，根據(jù)a、b、c和d的長(zhǎng)度及其相互關(guān)系，可以判定某一埡口點(diǎn)是否為山體的分界點(diǎn)，進(jìn)而可以將山體分界點(diǎn)的埡口點(diǎn)的求取，轉(zhuǎn)化為求取a、b、c和d的長(zhǎng)度[17].

圖9 山體分界點(diǎn)判別方法示意圖[17]Fig.9 Schematic of the cut-off point discrimination method[17]

然而，實(shí)際的山地情況比上述情況要復(fù)雜的多，在三維空間范圍內(nèi)，山體在各個(gè)方向都有相鄰的連接的山地，因而求解山地分界點(diǎn)的過(guò)程變得十分復(fù)雜. 若把山體倒轉(zhuǎn)，則需要將進(jìn)行判別的埡口點(diǎn)轉(zhuǎn)化成倒轉(zhuǎn)后的山頂點(diǎn)，但其判別的規(guī)則不變. 如圖9(b)所示，該地形為圖9(a)中倒轉(zhuǎn)的地形. 從這個(gè)角度看，可以將問(wèn)題轉(zhuǎn)換為對(duì)直觀水流現(xiàn)象的分析. 如圖9(b)所示，山體倒轉(zhuǎn)后將會(huì)成為盆地. 由于在a、b、c、d中d最小，如果不斷有水從上方流入該區(qū)域，隨著水量增多，當(dāng)水量超過(guò)盆地的容量后，即淹沒(méi)深度超過(guò)d以后，E點(diǎn)出盆地中的水就會(huì)流向C點(diǎn);同理，由于a、b均大于500 m，故當(dāng)淹沒(méi)深度達(dá)到500 m時(shí)，A、C兩處盆地中的水流相互獨(dú)立且互不連通，則B為山體的一個(gè)分界點(diǎn).

因此，根據(jù)以上描述，通過(guò)將地形倒轉(zhuǎn)，借助水文淹沒(méi)分析，可以將判別規(guī)則從二維情況推廣到三維情況，再結(jié)合匯流累計(jì)量等水文因子，即可實(shí)現(xiàn)嵌套山體界線的提取. 具體實(shí)驗(yàn)區(qū)域的數(shù)據(jù)展示如圖10所示.

圖10 實(shí)驗(yàn)區(qū)域數(shù)據(jù)Fig.10 Experimental data

圖11 不同閾值所對(duì)應(yīng)的水流路徑Fig.11 (Color online) Flow path corresponding to different thresholds

基于倒轉(zhuǎn)地形的水文淹沒(méi)分析，將最大海拔高差低于500 m的盆地都填平，依據(jù)山體判別規(guī)則，可以消除掉不滿(mǎn)足的埡口點(diǎn). 再由匯流累積量得到水流路徑，然后通過(guò)設(shè)置不同的匯流累積量閾值得到不同級(jí)別的水流路徑. 不同級(jí)別的水流路徑對(duì)應(yīng)不同的閾值，不同級(jí)別的水流路徑作為不同等級(jí)的嵌套山體的劃分界線. 不同閾值提取的水流路徑如圖11所示. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)設(shè)置合理的匯流累計(jì)量閾值，可以得到較好的嵌套山體界線的劃分結(jié)果，分界線較好地反映了山體的結(jié)構(gòu)特征.

由圖12可見(jiàn)，采用本研究方法提取的山體界線與依據(jù)專(zhuān)家知識(shí)手工勾繪的山體界線吻合較好. 當(dāng)閾值設(shè)置為5 000時(shí)，根據(jù)水流路徑和圖廓邊界可以得到最高級(jí)別的山體界線，可以將實(shí)驗(yàn)區(qū)域的山體劃分為5個(gè)部分. 當(dāng)閾值設(shè)置為2 000時(shí)，又可以將該區(qū)域的山體再次劃分為4個(gè)子區(qū)域山體，依此類(lèi)推，根據(jù)其他閾值得到的水流路徑可以得到其他較低級(jí)別的山體界線，由此便實(shí)現(xiàn)了嵌套山體界線的提取，如圖12所示.

圖12 嵌套山體界線Fig.12 (Color online) Nested mountain boundaries

在提取嵌套山體界線時(shí)，依據(jù)上述方法，較好地實(shí)現(xiàn)了第1等級(jí)和第2等級(jí)的山體界線的提取，但對(duì)于更低等級(jí)的嵌套山體界線，由于基于水流路徑的提取存在某些界線無(wú)法閉合的問(wèn)題，因此仍需綜合利用專(zhuān)家知識(shí)、地貌特點(diǎn)和參考特征線等信息，進(jìn)一步調(diào)整和修改自動(dòng)提取的界線.

3.4 公路選線

利用ArcGIS的空間分析功能，基于DEM數(shù)據(jù)，綜合考慮地形、坡度和河網(wǎng)分布等各類(lèi)地形因子信息，再分別按照對(duì)地形的不同影響，將其重新分為10個(gè)等級(jí). 同時(shí)，將實(shí)驗(yàn)區(qū)域整體的山體與平原的分布情況考慮在內(nèi)，利用平原與山體劃分實(shí)驗(yàn)結(jié)果，連同將上述微觀地形因子數(shù)據(jù)集作為公路選線的綜合成本數(shù)據(jù)集. 根據(jù)文獻(xiàn)[6]，坡度、起伏度及河網(wǎng)分布對(duì)公路選線影響的重要性依次為“坡度>起伏度>河網(wǎng)分布”. 由于宏觀的山體、平原分布情況，是從宏觀角度考慮地形起伏對(duì)公路選線的影響，相比微觀因子，其在實(shí)際公路選線中作為預(yù)先初步判斷條件，因此將其實(shí)驗(yàn)重要性排在河網(wǎng)分布之后. 在此基礎(chǔ)上，選定起點(diǎn)和終點(diǎn)，利用ArcGIS計(jì)算得到距離成本數(shù)據(jù)集與方向數(shù)據(jù)集，如圖13所示. 最后，再執(zhí)行最短路徑功能得到公路選線的最優(yōu)路徑. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖14所示.

圖13 距離成本數(shù)據(jù)集Fig.13 (Color online) Distance costs dataset

圖14 公路選線結(jié)果Fig.14 (Color online) Highway route selection results

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用地形分析的手段進(jìn)行公路選線，在計(jì)算成本數(shù)據(jù)集時(shí)，顧及宏觀山體分布因子與否得到的公路選線結(jié)果出現(xiàn)了一定的偏差. 如圖14所示，從選線結(jié)果路線長(zhǎng)度來(lái)看，估計(jì)宏觀山體因子得到的選線結(jié)果，路線長(zhǎng)度比為顧及宏觀山體因子得到的路線更短，并且路線更為筆直，彎曲更少. 從路線經(jīng)過(guò)的地形看，顧及宏觀山體因子得到的結(jié)果所經(jīng)過(guò)的地形相對(duì)更趨一致，路線連續(xù)的起伏相對(duì)較少. 總體來(lái)看，相比未考慮宏觀山體因子的結(jié)果，估計(jì)宏觀山體因子的公路選線結(jié)果更為合理.

結(jié) 論

本研究基于DEM數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)字地形分析方法，利用面積和坡度兩個(gè)指標(biāo)，計(jì)算出大于一定閾值的坡度，且相互連通的柵格的面積，實(shí)現(xiàn)了山地和平原的自動(dòng)劃分. 研究利用水文淹沒(méi)分析法消除了不符合山體判別規(guī)則的山體埡口，且利用水文分析的相關(guān)方法，通過(guò)設(shè)置合適的匯流累計(jì)量閾值，較好地實(shí)現(xiàn)了山體界線的自動(dòng)劃分，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與依據(jù)專(zhuān)家知識(shí)手工勾繪的結(jié)果相比，取得了良好的效果. 基于該方法提取的山體界線，結(jié)合專(zhuān)家知識(shí)加以修正及制圖綜合，能夠加快地貌制圖的速度，提高地貌基本形態(tài)類(lèi)型的分類(lèi)精度，為大面積地貌信息的高效提取與綜合利用奠定基礎(chǔ). 最后，本研究基于山地和平原的劃分結(jié)果，分別在顧及宏觀山體因子與否的情況下進(jìn)行了公路選線實(shí)驗(yàn). 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，與傳統(tǒng)只考慮微觀地形因子的公路選線結(jié)果相比，顧及宏觀山體因子的公路選線結(jié)果更為合理，可以為初步的公路選線提供更加可靠合理的結(jié)果，大大提高公路選線的工作效率.

本研究所采用的方法在嵌套山體提取時(shí)，坡度和匯流累積量閾值的確定以及山體界線的閉合需要一定的人工干預(yù)，存在自動(dòng)化程度不足的問(wèn)題. 在以后的研究中擬增加曲率、鞍部點(diǎn)和山脊線等指標(biāo)，擬通過(guò)建立地形對(duì)象的層次關(guān)系，真正實(shí)現(xiàn)以對(duì)象為單位的地貌實(shí)體界線的自動(dòng)化提取. 在公路選線中，擬增加地質(zhì)條件、土地利用等因素，同時(shí)研究不同因素對(duì)公路選線成本的權(quán)重，得到更加合理的公路選線結(jié)果.