地形分析.doc

第11章 地形分析
数字高程模型（DEM）是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。DEM除了包括地面高程信息外，还可以派生地貌特性，包括坡度、坡向等，还可以计算地形特征参数，包括山峰、山脊、平原、位面、河流和沟谷等。建立DEM的方法有多种，按数据源及采集方式主要有：根据航空或航天图像，通过摄影测量途径获得；野外测量或者从现有地形图上采集高程点或者等高线，后通过内插生成DEM等。
DEM广泛用于生产地图产品，如等高线地图、正射地图等；还用于高速路和铁路的规划；在遥感中，DEM用于制图、正射校正和土地利用分类。
11.1 立体像对DEM自动提取
DEM自动提取向导
第一步 输入立体像对
（1） 在主菜单中，选择File->OpenExternal File->EOS->Aster,选择AST_L1A.hdf文件打开。
（2） 在主菜单中，选择Topographic->DEM Extraction Wizard->New,打开DEM Extraction Wizard对话框（如图11.1），分为9个小步骤。
（3） 单击Select Stereo Images按钮，选择ASTER VNIR Band3N作为左视图像（Left image）,ASTER VNIR Band3B作为右视图像。
（4） 系统自动根据自带的星历参数文件获得图像区域的最大高程和最小高程，也可以根据已知信息手动输入。
（5） 单击Next按钮，进入Step2操作。

图11.1 DEM Extraction Wizard 对话框

第二步 定义地面控制点
ENVI提供三种定义控制点方法（如图11.2）。
（1）No GCPS(relative DEM value only)无控制点，选择这个选项得到的DEM是相对高程。
（2）Define GCPs Interactively,交互式选择控制点。
（3）Read GCPs From File，从外部文件读取控制点（.pts）。
本例中选择No GCPS(relative DEM value only),单击Next，进入Step4操作。

图11.2 选择定义地面控制点方式

第三步 定义连接点
ENVI提供三种定义连接点方法：
（1） Generate Tie Points Automatically，基于区域灰度自动寻找重叠区的连接点。
（2） Define Tie Points Interactively，人工交互式定义连接点。
（3） Read Tie Points From File，读取外部连接点文件。
本例中选择的是Generate Tie Automatically，按照上述内容设置好参数，如图11.3。
（1） 连接点数目（Number of Tie Points）：40
（2） 搜索窗口消息（Search Windows Size）:101
（3） 移动窗口大小（Moving Window Size）:15
（4） 平均高程（Region Elevation）:自动从图像中读取。
（5） 是否检查连接点（Examine and Edit Tie Points）:Yes。
（6） 单击Next按钮，进入查看/添加/编辑连接点步骤。
（7） 利用这个对话框上的功能按钮手动添加新的连接点，编辑已选择的连接点。
（8） 当连接点数量打印9个，且最大Y方向视差的值小于10（以像素为单位）时，单击Next按钮，进入Step6。

图11.3 自动寻找重叠区的匹配点
图11.4 查看/添加/编辑连接点

在Step6中，利用连接点计算生成核线图像，核线图像描述了立体像对之间的像素关系，可以利用立体眼镜浏览3D效果。

图11.5 生成核线图像
图11.6 设定DEM投影参数

第四步 设定输出参数
Step7是设定输出DEM的投影参数、像元大小和范围（图11.6），单击Next按钮，进入Step8。
Step8是设定生成DEM参数（图11.7）。

图11.7 设定生成DEM参数

第五步 输出DEM及检查结果
到Step9已经产生了DEM结果，单击Load DEM Result to Display按钮，将产生的DEM显示在Display中。

图11.8

第六步 编辑DEM
到Step9已经产生了DEM结果，单击Load DEM Result to Display with Editing Tool按钮，打开DEM编辑窗口，对生成的DEM进行编辑。
单击Save按钮，将整个操作流程保存为工程文件；单击Finish按钮，完成整个DEM提取流程。

11.2 等值线插值生成DEM
11.3 地形模型计算
ENVI可以从DEM上计算一些地形模型，包括坡度（Slope）、坡向（Aspect）、阴影地貌图像(Shaded Relief)、剖面曲率(Profile Convexity)、水平曲率(Plan Convexity)、纵向曲率(Longitudnal Convexity)、横向曲率(Cross Sectional Convexity)、最小曲率(Minimum Curature)、最大曲率(Maximum Curature)以及均方根误差(RMS Error)。
(1) 在ENVI主菜单中，选择Topographic->Topographic Modeling，在Topo Model Input DEM对话框中，选择一个DEM文件，然后单击OK按钮，打开Topo ModelParameters对话框。

图11.9 Topo Model Parameters对话框

（2）在Topo Model Parameters对话框中，选择地形核大小（Topographic Kernel Size）为5。可以使用不同的变换核提取多尺度地形信息，变换核越大，处理速度越慢。
（3）Select Topographic Measures to Compute列表中，选择要计算的地形模型。
（4）如果选择了“Shaded Relief”,需要输入或计算太阳高度角和方位角。
（5）选择输出路径及文件名，单击OK按钮，执行地形模型计算。
（6）得到的结果是一个多波段图像文件，每一个地形模型组成一个波段。
11.4 地形特征提取
ENVI能够从DEM中提取地形特征，包括山顶（Peak）、山脊（Ridge）、平原（Pass）、水平面（Plane）、山沟（Channel）和凹谷(Pit)。
（1） 在ENVI主菜单中，选择Topograghic->Topographic Features;然后在Topographic Feature Input DEM对话框中，选择DEM文件数据，点击OK按钮，打开Topographic Features Parameters 对话框中，需要设置一些参数。

图11.10 Topo features Parameters对话框

（2） 地形核大小（Topographic Kernel Size）:7
（3） 在 Select Feature to Classify列表中，选择所有的地形特征。
（4） 选择输出路径及文件名，单击OK按钮，执行地形特征提取。
（5） 得到的结果是ENVI的分类图像。