基于拓扑关系的面状地形要素提取方法
辛全波1，毕金强1*
（1.交通运输部天津水运工程科学研究所, 天津 300456）
摘?要：针对地形要素提取工作量大的问题，提出一种基于空间拓扑关系的面状地形要素自动提取方法。通过对比分析AutoCAD 数据与GIS 数据的差异，对地形要素提取中的关键问题进行了分析；运用多要素组合拓扑构面的方法完成图形的快速构建，利用独立符号或文字注记与图形的包含关系完成图形的检查，建立图形与分类编码的映射关系实现分类信息的自动识别。实验表明，该方法对于面状地形要素的提取快速、准确，目前已在多个港区的空间数据建库中得到验证，提高了数据生产的工作效率。
关键词：地形要素；拓扑关系；分类编码；自动提取中图分类号：P208 文献标志码：B
文章编号：1672-4623（2019）04-0088-04
目前，空间数据获取的主要来源是工程测绘所产生的CAD 地形图，如何快速地从地形图中提取出地形要素是进行空间数据建库的前提。由于数据的应用领域和设计初衷不同，CAD 数据和GIS 数据在结构上存在很大差异
[1-3]
。对于这两类数据的转换方法已经比
较成熟，ArcGIS 、SuperMap 、EPS 、FME 等商业平台也都提供了数据转换工具，这给内业数据处理带来了很大便利。但是，利用这些工具转换后的数据普遍存在图形和属性丢失的问题，不能直接进行空间数据的入库。
针对这个问题，国内多人对地形要素的转换与提取方法开展研究。陈能等提出了在将CAD 数据转换为GIS 数据之前首先要对CAD 数据进行规范化预处理[4]
；胡胜华等分析了将AutoCAD 数据转换为GIS 数据后存在的问题，并从数据规范、指令检查、转换方法、编辑整合等方面展开研究[5]
；王化娟用FME 软件将地形图数据转换到GIS 数据，并对数据入库后存在的图形不完整、属性不全、数据信息丢失等问题进行分析[6]
；针对数据入库时因图幅分割导致普遍存在的要素不连续情况，彭春晖等提出了一种基于要素属性匹配的自动接边方法
[7]
。这些研究在一定程度上提高了数据的
提取效率，但在实际内业处理中，数据情况复杂多变，难以实现完全的自动化，对于地形数据的提取仍然采用处理工具与人为参与相结合的方法，自动化程度高的提取方法依然是内业数据生产中的重要研究内容。
本文针对数字地形图中的面状地形要素，提出一种基于空间拓扑关系的提取方法，根据不同地形要素之间的邻接或包含关系，实现面状地形要素的快速提
取，一方面自动提取地形要素的面状几何图形；另一方面自动识别地形要素的分类等属性信息。
1面状地形要素提取的内容
以AutoCAD 格式存储的空间数据作为GIS 数据的
主要来源，正趋于规范化和标准化，在数据内容、分层、命名、成图、拓扑要求上都有相应的参考标准[3]
， 对于满足GIS 建库的质量要求已基本明确
[4-5]
。考虑
AutoCAD 和GIS 中数据的分层和表现形式不同，本文对数字地形图中的面状地形要素进行了梳理，要素类别及其表现形式如表1所示。
表1?面状地形要素及其表现形式
地形要素
AutoCAD 中表现形式
GIS 中表现形式建筑物单线、复线中心点、闭合面道路单线、复线、弧中心线、闭合面水系单线、复线、弧中心线、闭合面
植被单线、复线、弧闭合面地貌单线、复线点、闭合面独立符号块、形点、属性文字注记
注记、块、线
点、属性
大部分地形图要素如建筑物、道路、水系等，在AutoCAD 中表现为单线或复线，在GIS 中则为闭合面；独立符号和文字注记在AutoCAD 中多以块或注记形式存储，在GIS 中则为点和属性，块或注记本身无直接的属性描述，但可用以标识地形要素，如建筑物的层数、植被的类别等。应用目的和领域不同是这两种数据产生差异的原因， AutoCAD 更侧重于将地形要素符号化和成图，GIS 侧重于对地理实体的数学模型的描述[3]
。
为了解决因数据结构差异造成的信息无法匹配问
收稿日期：2018-02-28。
项目来源：交通运输部中央级公益性科研院所基本科研业务费（TKS170209、TKS180209、TKS180402）。（*为通讯作者）
doi:10.3969/j.issn.1672-4623.2019.04.025
第七章1、本章主题编号 2、本章内容概述 （1）概述 ●坡面因子的分类及提取方法 ●确定坡面因子提取的算法基础 ●提取坡面因子的常用分析窗口 （2）坡度、坡向 ●坡度的提取 ●坡向的提取
（3）坡形 ●宏观坡形因子 ●地面曲率因子 ●地面变率因子 （4）坡长 （5）坡位 （6）坡面复杂度因子 3、本章内容 3.1 概述 （1）坡面因子的分类及提取方法 ●坡面因子的分类 按照坡面因子所描述的空间区域范围，可以将坡面因子划分为微观坡面因子与宏观坡面因子两种基本类型。常用的微观坡面因子主要有：坡度、坡向、坡长、坡度变率、坡向变率、平面曲率、剖面曲率等。常用的宏观坡面因子主要有：地形粗糙度、地形起伏度、高程变异系数、地表切割深度，以及宏观坡形因子（直线形斜坡、凸形斜坡、凹形斜坡、台阶形斜坡）等。
按照提取坡面因子差分计算的阶数，可以将坡面因子分为一阶坡面因子、二阶坡面因子和高阶坡面因子。一阶坡面地形因子主要有坡度和坡向因子。二阶坡面因子主要有坡度变率、坡向变率、平面曲率、剖面曲率等因子。复合坡面因子有坡长、坡形因子、地形粗糙度、地形起伏度、高程变异系数和地表切割深度等。 按照坡面的形态特征，可将坡面因子进一步划分为：坡面姿态因子，坡形因子，坡位因子，坡长因子以及坡面复杂度因子五大类。 ●提取坡面因子的基本方法 首先将坡面的形态特征或各个坡面因子进行定量化描述，完成求导的数学模型，在此基础上，建立其以DEM为基本信息源进行提取的技术路线，并通过软件实现形成一套易于计算机操作的方法。 （2）确定坡面因子提取的算法基础 ●DEM格网数据的空间矢量表达（如图7.1） 图7.1 DEM格网数据的空间矢量模型
第七章 1、本章主题编号 2、本章内容概述 （1）概述 ● 坡面因子的分类及提取方法 ● 确定坡面因子提取的算法基础 ● 提取坡面因子的常用分析窗口 （2）坡度、坡向 ● 坡度的提取 ● 坡向的提取 （3）坡形 ● 宏观坡形因子 ● 地面曲率因子 ● 地面变率因子 （4）坡长 （5）坡位 （6）坡面复杂度因子 3、本章内容 3.1 概述 （1）坡面因子的分类及提取方法 ● 坡面因子的分类 按照坡面因子所描述的空间区域范围，可以将坡面因子划分为微观坡面因子与宏观坡面因子两种基本类型。常用的微观坡面因子主要有：坡度、坡向、坡长、坡度变率、坡向变率、平面曲率、剖面曲率等。常用的宏观坡面因子主要有：地形粗糙度、地形起伏度、高程变异系数、地表切割深度，以及宏观坡形因子（直线形斜坡、凸形斜坡、凹形斜坡、台阶形斜坡）等。 按照提取坡面因子差分计算的阶数，可以将坡面因子分为一阶坡面因子、二
阶坡面因子和高阶坡面因子。一阶坡面地形因子主要有坡度和坡向因子。二阶坡面因子主要有坡度变率、坡向变率、平面曲率、剖面曲率等因子。复合坡面因子有坡长、坡形因子、地形粗糙度、地形起伏度、高程变异系数和地表切割深度等。 按照坡面的形态特征，可将坡面因子进一步划分为：坡面姿态因子，坡形因子，坡位因子，坡长因子以及坡面复杂度因子五大类。 ● 提取坡面因子的基本方法 首先将坡面的形态特征或各个坡面因子进行定量化描述，完成求导的数学模型，在此基础上，建立其以DEM为基本信息源进行提取的技术路线，并通过软件实现形成一套易于计算机操作的方法。 （2）确定坡面因子提取的算法基础 ● DEM格网数据的空间矢量表达（如图7.1） 图7.1 DEM格网数据的空间矢量模型 ● 基于空间矢量模型的差分计算 算法主要有数值分析方法、局部曲面拟合算法、空间矢量法、快速傅立叶变换等。其中数值分析方法包含有简单差分算法、二阶差分、三阶差分（带权或不带权）和Frame差分；局部曲面拟合又有线性回归平面、二次曲面和不完全四次曲面（据刘学军，2002）。 （3）提取坡面因子的常用分析窗口 ● 窗口分析（领域分析）的基本原理是：对栅格数据系统中的一个、多个栅格点或全部数据，开辟一个有固定分析半径的分析窗口，并在该窗口内进行诸如极值、均值、标准差等一系列统计计算，或进行差分及与其它层面信息的复合分析等，实现栅格数据有效的水平方向扩展分析。 ● 在坡面信息提取中，按照分析窗口的形状，可以将分析窗口划分为以下几类： 矩形窗口：以目标栅格为中心，分别向周围八个方向扩展一层或多层栅格。 圆形窗口：以目标栅格为中心，向周围作一等距离搜索区，构成一圆形分析窗口。
平时常见的微机故障现象中,有很多并不是真正的硬件故障,而是由于某些设置或系统特性不为人知而造成的假故障现象。认识下面的微机假故障现象有利于快速地确认故障原因，避免不必要的故障检索工作。 1、电源插座、开关很多外围设备都是独立供电的，运行微机时只打开计算机主机电源是不够的。例如：显示器电源开关未打开，会造成“黑屏”和“死机”的假象；外置式MODEM电源开关未打开或电源插头未插好则不能拨号、上网、传送文件，甚至连MODEM都不能被识别。打印机、扫描仪等都是独立供电设备，碰到独立供电的外设故障现象时，首先应检查设备电源是否正常、电源插头/插座是否接触良好、电源开关是否打开。 2、连线问题外设跟计算机之间是通过数据线连接的，数据线脱落、接触不良均会导致该外设工作异常。如：显示器接头松动会导致屏幕偏色、无显示等故障；又如：打印机放在计算机旁并不意味着打印机连接到了计算机上，应亲自检查各设备间的线缆连接是否正确。 3、设置问题例如：显示器无显示很可能是行频调乱、宽度被压缩，甚至只是亮度被调至最暗；音箱放不出声音也许只是音量开关被关掉；硬盘不被识别也许只是主、从盘跳线位置不对……。详细了解该外设的设置情况，并动手试一下，有助于发现一些原本以为非更换零件才能解决的问题。 4、系统新特性很多“故障”现象其实是硬件设备或操作系统的新特性。如：带节能功能的主机，在间隔一段时间无人使用计算机或无程序运行后会自动关闭显示器、硬盘的电源，在你敲一下键盘后就能恢复正常。如果你不知道这一特征，就可能会认为显示器、硬盘出了毛病。再如Windows、NC的屏幕保护程序常让人误以为病毒发作……多了解微机、外设、应用软件的新特性、多向专家请教，有助于增加知识、减少无谓的恐慌。 \[] 5、其它易疏忽的地方 CD-ROM的读盘错误也许只是你无意中将光盘正、反面放倒了；软盘不能写入也许只是写保护滑到了“只读”的位置。发生了故障，首先应先判断自身操作是否有疏忽之处，而不要盲目断言某设备出了问题。 微机故障常见的检测方法
第二单元地图 第1课地图的基本要素 学习目标： 1、知道比例尺、方向和图例是地图的三要素。 2、知道地图上表示方向的方法，并能正确运用。 3、知道比例尺的含义，能区别比例尺的大小，理解比例尺大小与表示范围大小和内容详略的关系。 4、认识常见图例。 重点：地图三要素的应用。 难点：用指向标和经纬线确定方向；比例尺大小和范围大小、内容详略的关系。 教具准备：多媒体课件地球仪 教法、学法：自学讲授读图讨论练习 过程设计： 导入观看一幅古杭州地图和现代杭州地图，说出它们的区别。 新授看一幅中国地图，知道地图包括比例尺、方向、图例三大要素。 通过幻灯片动画显示育英中学平面图的绘制方法，知道三要素在地图中的作用。 该动画显示在比例尺说明时有错误。课堂预设在这里不予说明，待详细学习了比例尺的知识后，再回头引导学生发现错误。（比例尺不是1：10，而是1：1000） 初步了解了地图三要素后，分步详细学习。 1、地图上的方向 看课本，记住地图上的四个基本方向和其它方向。 观看投影，学习表示方向的三种方法。 面对地图，“上北下南，左西右东”。看一看第一幅图中，A位于B什么方向。另外画一幅简单版图，选三个点，让学生描述相互之间的位置。 用指向标表示方向。从图上看出，指向标的箭头指向正北方。其它方向推断出来。看第二幅图中A位于B什么方向。再在图中选一点，看三点之间的位置关系。 引导学生回顾经纬线知识，在经纬网地图上，经线表示什么方向，纬线表示什么方向。在图中，A位于B什么方向。同样再选择一个点，练习判断三点之间的位置关系。 2、引入比例尺学习的内容。 读课文，学习：什么叫比例尺，用公式怎样表示，比例尺表示方法有哪三种，怎样比较比例尺的大小。 用中国地图为例，看比例尺的三种形式。练习量算北京和石家庄之间的实际距离。 投影山东省地图和中国地图，理解比例尺大小和范围大小、内容详略的关系。
地理教学实验中心 专业实训实习报告 备注：根据实际要求可加附页。电子文本与此等效。
1.坡度和坡向的提取 1）坡向的提取：打开ArcGis里面的ArcToolbox，在工具箱中选择3D分析—栅格表面—双击坡向—输入栅格dem2-输出栅格aspect2 图1.1.1 图1.1.2 2）坡度的提取：同上打开坡度对话框输入栅格dem2—输出slope2 图1.2.1
图1.2.3 2.坡度变率的提取 1）对生成的坡度再求坡度，打开坡度对话框—输入上一步生成的坡度slpoe2-输出sos2 图2.1.1 图2.1.2
3.坡向变率的提取 1）先求反地形--Spatial Analyst工具—地图代数--栅格计算器—输入公式为2375-dem2输出fan-保存OK。 2）将反地形加载到窗口中求反地形的坡向，命名为aspect2 fan 3）求原地形的坡向的坡度soa1，求反地形坡向的坡度命名为soa2 4）打开栅格计算器—输入公式为soa =soa （soa1+soa2-Abs（soa1-soa2））/2。输出结果为soa即为坡向变率. 4.地形起伏度的提取 1）提取最大值：将dem2加载到ArcMap中，启动ArcToolbox—Spatial Analyst工具—邻域分析—焦点统计-输入dem2-输出max，采用矩形窗口大小为11*11，打开统计类型，选中最大值—OK，生成的新的dem与原始dem最小海拔不同，发生了变化， 图4.1.1 2）最小值：邻域分析—矩形邻域大小为为11*11，选中最小值，点击确定生成最小值 3）地图代数--栅格计算器—最大值dem- 最小值dem—选择存储位置，命名为地形起伏度—OK，地形起伏度提取完成。 5.地面粗糙度的提取 1）求取坡度,启动栅格计算器最小值为1，最大值为2.4739
地图三要素 一、单项选择题 1、在比例尺为“1厘米代表实地距离1000千米”的东西半球地图上。赤道的长度应该是下列中的 （ ） A 、20厘米 B 、40厘米 C 、80厘米 D 、10厘米 2、实际距离为1200千米，图上距离为20厘米，该图的比例尺为 （ ） A 、1:6000000 B 、1:600000 C 、1:12000000 D 、1:12000 3、在表示同一地区的四幅图中，当图幅不变时，表示内容最详细的一幅是（ ） A 、1:10000000 B 、1:1000000 C 、1:100000 D 、1:10000 读图，完成4～5题。 4．有关两图的说法正确的是 ( ) A ．比例尺甲大于乙 B ．甲为地图，乙为景观图 C ．比例尺均为数字式 D ．乙图中的动物形象属于注记 5．关于甲图的叙述，正确的是 ( ) A ．沿公路从火车站到农业实验区，其方向是先向正北后向正东 B ．火车站与学校相距约375千米，与农业实验区相距约580千米 C ．火车站位于科技园区的西南方向 D ．若比例尺放大1倍，则图幅面积将增大2倍 6、某幅地图的比例尺是1:8000000，若比例尺缩小到原比例尺的一半，缩小后的地图比例尺是 （ ） A 、1:4000000 B 、1:16000000 C 、地图上1厘米代表实距20米 D 、1:24000000 7．在中国交通图上量得沈阳到西安的直线距离为5厘米，两地的实际距离为1500千米，该图的比例尺是 （ ） A ．1:30000000 B ．1:3000000 C ．1:300000 D ．1:30000 8.下列四幅图，按比例尺由大到小的排列顺序，正确的是 （ ） A. ②④①③ B. ②①④③ C.②④③① D. ③①④② 9、将1：10000000的地图比例尺放大1倍后，下列说法正确的是 A 、新图比例尺为1：20000000 B 、新图图幅面积比原图增加了2倍 C 、新图表示的地理事物比原图简略 D 、在原图上淮河的长度为10厘米，在新图上长20厘米 10．比例尺为1：1000 000的地图上，图上距离为3.5厘米，该地的实地距离为（ ） A ． 350千米 B ． 35千米 C ． 3500千米 D ． 3500000千米 11．生活中我们经常用地图，你认为下列对地图的利用不正确的是（ ） A ． 旅游时带好旅游交通图 B ． 查找山脉时用地形图 C ． 网上查找公交线路用电子地图 D ． 绘制学校地图采用小比例尺 如图为某地等高线地形图．读图回答12～16题． 12．图中比例尺的类型是（ ） A ． 线段式 B ． 文字式 C ． 数字式 D ． 表格式 13．图中山峰有（ ） A ． 1座 B ． 2座 C ． 3座 D ． 4座 14．甲地的海拔是（ ）
《地图的基本要素》 一、教材分析： 《地图》是七年级地理第一章第三节的内容，这一节内容分为二课时，第一课时是地图的基本的要素，第二课时是地形图的判读。地图是一种信息的载体，也是信息的传递工具，在生产生活中有着极广泛的用途。掌握地图的基本知识，学会使用地图的基本技能，是学生应具备的最基本的科学素质。从教材结构上看，本节课既是前面所学知识的延伸，又为下面学习等高线地形图奠定基础，具有承上启下的作用，因此，本节课是教材的重点。 二、教学目标： 根据新课程标准的要求和学生的知识基础及认知能力，我确定本节课的教学目标为以下三个方面： 知识与技能目标： ①初步了解地图上的比例尺，方向，图例和注记等基础知识。 ②学会运用比例尺计算，以及在地图上辩认方向。 过程与主法目标： 通过读图、绘图、计算等实践活动，使学生初步学会辨别方向，查找地理事物，用比例尺量算两地间的距离，帮助学生初步建立地图的空间概念。 情感态度与价值观目标： 通过教学活动的设计，把复杂的问题简单化，激发学生学习科学知识的热情，培养学生自主探究的意识和合作学习的精神。 三、教学重、难点的确立及依据： 教学重点： 本节课的核心是让学生学会应用地图中的基本要素解决实际问题，因此地图三要素是本课的重点。 教学难点： 由于七年级学生的知识储备不足，空间想象能力相对较差，故确定比例尺的运用和在有经纬网的地图中辨别方向为教学难点。
四、教学和学法: 本节课主要以学生“自主—探究式，”“启发式”教学方法及师生互动，生生合作的方法为主，最终达到新课标要求学生自主学习，合合作学习和探究性学习的目标。 在教学手段上，充分发挥多媒体课件的作用，把多媒体信息如文字、图像等有机集成并显示在屏幕上，以强化教学的直观性，帮助学生理解记忆，提高课堂教学效率。 五、教具准备：各式地图（学生每人自带）、直尺、米尺、地球仪。 六、教学过程设计 1、创设情境，引入新课 先让学生猜一个谜语：“高山不见一寸土，平地不见半亩田，五湖四海没有水，世界各国在眼前。”或“容纳千山万水，胸怀五湖四海，藏下中外各城，浑身绚丽多彩”，学生猜地球仪或地图。 再设问：假如你到一个陌生的城市去旅游，在没有导游的情况下，为了不迷路，你最渴望得到的是什么？为什么？让学生比较地球仪和地图的优缺点。 这样引入新课的目的是从生活的实际出发，激发学生求知的积极性，使学生能够迅速进入教师设计的问题情景。 2、新课教学 关于图例和注记的教学，主要是训练学生认识图例。我设置了一个小组竞赛的活动，我先让学生阅读教材中常见的图例，然后我用课件展示一些图例让学生说出图例所表示的地理事物，这样既可以引导学生记忆，又可以激发学生的学习兴趣，活跃课堂气氛。 关于地图方向的教学，重点在于训练学生在地图上辨别方向的技能。 创设情境：播放视频《“桑美”台风的威力》，观察“桑美”的台风路径图。 思考：（1）、台风现在位于福建的哪个方向？
基于ArcGIS10地形数据提取与分析 舒城县林业局汪自胜 摘要：本文以森林资源调查工作实践为例，详细总结了如何利 用ArcGIS10软件对纸质地形图，通过扫描、矢量化生成高程栅格数据；利用高程栅格数据进行等高线加密、高程统计、坡向和坡度分析；以及利用坡向、坡度等地形因子实现自动区划图斑的方法和过程。 关键词：森林资源调查 ArcGIS 地形分析 地形因子是划分森林资源调查图斑的重要因子，在条件有限的 情况下，我们经常是利用纸质地形图，通过人工判定，来确定工作 图斑的海拔、坡向和坡度。准确度受判定人员的业务水平影响较大。利用ArcGIS10的矢量化工具和地形数据分析工具，可以实现对图斑 地形因子的自动判读，甚至可以自动区划图斑。 一、地形图矢量化 要想利用计算机来进行地形分析，首先应对纸质地形图进行扫 描矢量化，将其转化成计算机可以识别的数据格式(见图1)。 图1 地形图灰度栅格图像 地形图矢量化前，需要将纸质图扫描成灰度栅格图像，并对栅 格图像进行二值化处理。 1、在ArcMap中对栅格图像进行符号化处理。分类方法：手动；类别数：2；调整中断值，直到满意为止，记录下中断值； 2、重分类。利用ArcToolbox工具箱中的“空间分析-重分类” 工具，根据记录的中断值，对图像进行重分类，生成二值图（见图2）。
图2 重分类工具设置和二值图 3、矢量化。加载用来保存矢量化成果的点、线要素类文件，在 编辑状态下，运用ArcScan工具开始矢量化。 （1）根据矢量化点、线的栅格宽度，在矢量化设置中设置理想 的最大线宽等参数。可以在完成设置后，运用“显示预览”功能来 查看参数设置是否合理(见图3)。 图3 矢量化设置和效果预览 （2）运用“在区域内部生成要素”工具选择要矢量化的区域， 在弹出的模板对话框中，对点、线要素的模板采用默认设置，完成 自动矢量化。 （3）运用编辑工具清理掉错误短线和噪点，对断开的地方等进 行修补。 （4）将等高线、道路和水系地物进行分层，分别保存到等高线、道路、水系要素类中。
摘要 摘要内容 伴随着我国电网规模的日益加大,各类变电设备的运作状态是促使其安全高效运行的最为主要的因素之一。对于各类变电设备的在线状态监测系统的推广越来越发普及。研究基于图像特征的电力设备自动故障识别具有重要意义。 本文对各类主要电力设备，研究各类变电设备故障识别分类及相应故障的图像特征，以及基于红外与紫外图像特征的故障识别方法。对于紫外放电成像技术图像的处理与特征提取，本文从紫外成像技术的基本原理出发，在讲解紫外放电图片特性的基础上，对紫外放电图像使用灰度化预处理，以及应用中值滤波等方法对图像进行降噪。并通过canny算子边缘检测计算紫外光斑面积判断是否发生放电故障。针对红外故障图像，本文在红外成像原理的基础上，对红外图像进行超像素分割及HSV空间颜色提取，对应用卷积神经网络对红外故障图像故障区域检测进行理论上的研究。 关键词：红外成像紫外成像图像处理
ABSTRACT With the increasing scale of China's power grid, the operation of various types of substation equipment is one of the most important factors to promote the safe and efficient operation. The popularization of the on-line condition monitoring system for all kinds of transformer equipment is becoming more and more popular. Research on image feature based automatic fault recognition of power equipment is of great significance. In this paper, various types of main power equipment, the study of various types of substation equipment fault identification and classification of image features, as well as infrared and ultraviolet image features based on fault identification method. For ultraviolet discharge imaging technique to image processing and feature extraction, this paper from the basic principle of UV imaging technology of on the explanation of the ultraviolet discharge picture characteristics based and discharge on the UV image using grayscale preprocessing and application of median filtering method of image in noise reduction. And through the Canny operator edge detection to determine whether the area of the UV spot to determine whether the discharge fault. Aiming at the
ENVI 实验六基本地形因子提取 一、实验目的 1熟悉ENVI软件能够从DEM 中提取地形特征。 2掌握DEM提取地形特征的方法。 二、实验要求 完成运用ENVI 进行从DEM 中提取地形特征，包括山顶、山脊、平原、水平面、山沟和凹谷。 三、实验仪器 每人计算机一台。 四、实验内容 1在Toolbox中，启动/Terrain/Topographic Features，在Topographic Feature Input DEM 对话框中，选择DEM.tif 文件，点击OK，打开Topographic Features Parameters 对话框，需要设置一些参数。 （1）坡度容差：1。以度为单位；（2）曲率容差：0.1；（3）地形核大小：7。 2在Select Feature to Classify 列表中选择所有的地形特征。 3选择输出路径及文件名，单击OK 执行地形特征提取。
4通视域分析：使用Viewshed Analysis Workflow 工具，设置点、线、面作为观测源进行可视域分析。 将通视分析结果输出为矢量和图像结果有三种方法： （1）点观测源 a. 在Toolbox 中，启动/Terrain/Viewshed Analysis Workflow，打开文件选择面板 File Selection； b. 分别选择对应的文件DEM File：DEM.tif；Image File：Orthoimagery.tif，单击Next 进入Viewshed Analysis 面板； c.在Viewshed Analysis 面板中，设置以下几个参数： 可视距离Default View Range：1000 可视高度Default View Height：100 d.默认鼠标的状态是绘制“点注记”，在正射影像上绘制几个观测点。如果鼠标当前 状态是其他，可在工具栏中选择对应的工具绘制：，绘制4 个点； e.选择Any Source （四个观测点的并集），勾选Preview预览结果，红色表示可 视区域，黑色表示不可视区域； f.分别选择All Sources（四个观测点的交集），预览结果； g.单击Next进入Viewshed Export面板，可以将通视分析结果输出为矢量和图像结果。
故障特征提取的方法研究(1) 摘要：针对常规特征提取方法存在 着问题不足，提出了基于BP神经网络和基于互信息熵的特征提取方法，并通过特征提取实例加以说明。结果表明这两种方法是可行和有效的。 关键词：特征提取故障诊断神经网络互信息熵 随着科学技术的发展，现代设备的结构日趋复杂，其故障类型越来越多，反映故障的状态、特征也相应增加。在实际故障诊断过程中，为了使诊断准确可靠，总要采集尽可能多的样本，以获得足够的故障信息。但样本太多，会占用大量的存储空间和计算时间，太多的特征输入也会引起训练过程耗时费工，甚至妨碍训练网络的收敛，最终影响分类精度。因此要从样本中提取对诊断故障贡献大的有用信息。这一工作就是特征提取。 特征提取就是利用已有特征参数构造一个较低维数的特征空间，将原始特征中蕴含的有用信息映射到少数几个特征上，忽略多余的不相干信息。从数学意义上讲，就是对一个n维向量X＝[x1，x2，…，xn]T进行降维，变换为低维向量Y＝[y1，y2，…，ym]T，m 故障特征提取的方法研究 2008-01-20 摘要：针对常规特征提取方法存在着问题不足，提出了基于BP神经网络和基于互信息熵的特征提取方法，并通过特征提取实例加以说明。结果表明这两种方法是可行和有效的。 关键词：特征提取故障诊断神经网络互信息熵 随着科学技术的发展，现代设备的结构日趋复杂，其故障类型越来越多，反映故障的状态、特征也相应增加。在实际故障诊断过程中，为了使诊断准确可靠，总要采集尽可能多的样本，以获得足够的故障信息。但样本太多，会占用大量的存储空间和计算时间，太多的特征输入也会引起训练过程耗时费工，甚至妨碍训练网络的收敛，最终影响分类精度。因此要从样本中提取对诊断故障贡献大的有用信息。这一工作就是特征提取。 特征提取就是利用已有特征参数构造一个较低维数的特征空间，将原始特征中蕴含的有用信息映射到少数几个特征上，忽略多余的不相干信息。从数学意义上讲，就是对一个n维向量X＝[x1，x2，…，xn]T进行降维，变换为低维向量Y＝[y1，y2，…，ym]T，m 地形特征提取 1.背景 特征地形要素，主要指对地形在地表的空间分布特征具有控制作用的点、线或面状要素。特征地形要素构成地表与起伏变化的基本框架。与地形指标的提取主要采用小范围的邻域分析不同的是，特征地形要素的提取更多地应用较为复杂的技术方法，如山脊线、山谷线、沟沿线等的提取采用了全局分析法，成为栅格数据地学分析中很具特色的数据处理内容。 特征地形要素从表示的内容上可分为地形特征点和特征线两大类。地形特征点主要包括山顶点、凹陷点、脊点、谷点、鞍点、平地点等。基于DEM提取地形特征点，可利用3*3或更大的栅格窗口，通过中心格网点与8个邻域格网点的高程关系来进行判断获取。 山脊线和山谷线构成了地形起伏变化的分界线（骨架线），因此它对于地形地貌研究具有重要意义。另一方面，对于水文物理过程研究而言，由于山脊、山谷分别代表示分水性与汇水性，山脊线和山谷线的提取实质上也是分水线与汇水线的提取。 自动提取山脊线和山谷线的主要方法都是基于规则格网DEM数据的，从算法设计原理上来分，大致可以分为以下五种： （1）基于图像处理技术的方法 （2）基于地形表面几何形态分析的方法 （3）基于地形表面流水物理模拟分析方法 （4）基于地形表面几何形态分析和流水物理模拟分析相结合的方法 （5）平面曲率与坡形组合法 其中，平面曲率与坡形组合法提取的山脊线、山谷的宽度可由选取平面曲率的大小来调节，方法简便，效果好。该方法基本处理过程为：首先利用DEM数据提取地面的平面曲率及地面的正负地形，取正地形上平面曲率的大值即为山脊线，负地形上平面曲率的大值即为山谷。实际应用中，由于平面曲率的提取比较复杂繁琐，而坡向变率（SOA）在一定程度上可以很好地表示平面曲率，因此，下面的提取过程以SOA代替平面曲率。 2.目的 通过本实例，使读者掌握山脊线和山谷线这两个基本地形特征信息的理论及其基于DEM的提取方法与原理。同时，熟练掌握利用ArcGIS软件对这两个地形特征信息的提取方法。 3.要求: 利用所给区域DEM数据，提取该区域山脊线、山谷线栅格数据层。 具体提取过程： 1）点击DEM数据，使用表面分析中的坡向（Aspect）工具，提取DEM的坡向数据层，命名为A。 《地图的基本要素》教学反思 岛地图上，从高雄到台北，这两座城市的图上直线距离是多长？实地距离又是多长？如何利用图上给出的条件计算出来？以上两个问题的解决过程，都可以让学生通过讨论来完成。这两个问题的设计都是引导学生充分利用地图要素（地图提供的基本直观的信息）。经过思考，讨论读懂地图的内涵，获得更多的隐蔽的信息。由于线段比例尺更加直观，便于理解和使用，所以，在教学中，可以首先让学生利用线段比例尺进行量算。并且，教师要告诉大家用这种方式表现的比例尺，叫线段比例尺。（3）同学们能否利用线段给出的比例尺，计算该地图与它所表现的实地范围相比，缩小了多少倍？这个问题的提出，是要让学生通过对线段比例尺的简单计算活动，理解比例尺的本质特征，就是实地距离缩小的倍数，即缩尺。（4）根据你们所学的数学知识，地图上的比例尺除了这种线段式，还会有什么表示方式？根据学生所掌握的数学知识，在教师的引导下，让学生自己推导和说出比例尺的其他方式：数学（比例）式、文字（表达）式。然后，教师再出示一些比例尺表现形式不同的地图，使学生体验自学成功的喜悦。 2、可以设计下列活动来练习从地图上确定方向：（1）教师提问：“在地球仪上是如何辨别方向的？地图上方向应该如何辨别呢？地图上各种地理事物的空间位置关系又应该如何确定呢？ 岛地图上，从高雄到台北，这两座城市的图上直线距离是多长？实地 距离又是多长？如何利用图上给出的条件计算出来？以上两个问题的解决过程，都可以让学生通过讨论来完成。这两个问题的设计都是引导学生充分利用地图要素（地图提供的基本直观的信息）。经过思考，讨论读懂地图的内涵，获得更多的隐蔽的信息。由于线段比例尺更加直观，便于理解和使用，所以，在教学中，可以首先让学生利用线段比例尺进行量算。并且，教师要告诉大家用这种方式表现的比例尺，叫线段比例尺。（3）同学们能否利用线段给出的比例尺，计算该地图与它所表现的实地范围相比，缩小了多少倍？这个问题的提出，是要让学生通过对线段比例尺的简单计算活动，理解比例尺的本质特征，就是实地距离缩小的倍数，即缩尺。（4）根据你们所学的数学知识，地图上的比例尺除了这种线段式，还会有什么表示方式？根据学生所掌握的数学知识，在教师的引导下，让学生自己推导和说出比例尺的其他方式：数学（比例）式、文字（表达）式。然后，教师再出示一些比例尺表现形式不同的地图，使学生体验自学成功的喜悦。 2、可以设计下列活动来练习从地图上确定方向：（1）教师提问：“在地球仪上是如何辨别方向的？地图上方向应该如何辨别呢？地图上各种地理事物的空间位置关系又应该如何确定呢？ 岛地图上，从高雄到台北，这两座城市的图上直线距离是多长？实地距离又是多长？如何利用图上给出的条件计算出来？以上两个问题的解决过程，都可以让学生通过讨论来完成。这两个问题的设计都是引导学生充分利用地图要素（地图提供的基本直观的信息）。经 地形指标提取 1.背景: 地形指标是最基本的自然地理要素，也是对人类的生产和生活影响最大的自然要素，地形特征广泛应用于诸多研究领域和应用领域。地形指标的提取对水土流失、土地利用、土地资源评价、城市规划等方面的研究起着重要的作用。根据研究区域尺度的不同，地形指标有许多因子。基于ArcGIS的地形指标的提取，大多均是基于DEM数据完成的。 2.目的： 通过本实验，使读者加深对各基本地形指标的概念及其应用意义的理解，熟练掌握使用ArcGIS软件提取这些地形指标的方法和步骤。 3.要求： 利用所提供的DEM数据，提取该区域坡度变率、坡向变率、地形起伏度、地面粗糙度等四个基本地形指标的栅格图层。 4.实验步骤: （1）坡度变率 地面坡度变率，是地面坡度在微分空间的变化率，是依据坡度的求算原则，在所提取的坡度值的基础上对地面每一点再求算一次坡度。即坡度之坡度。坡度是地面高程的变化率的求解，因此，坡度变率表征了地面高程相对于水平面变化的二阶导数。 坡度变率在一定程度上可以很好的反映剖面曲率信息，其提取方法如下： 1）选中DEM图层数据，选择表面分析中的坡度工具，提取坡度，得到坡度数据层，命名为Slope 2）选中坡度数据层Slope，对其再用上述的方法提取坡度，得到坡度变率数据，命名为SOS （2）坡向变率 地面坡向变率，是指在提取坡向基础上，提取坡向的变化率，亦即坡向之坡度（SOA），它可以很好的反应等高线弯曲程度。 地面坡向变率在所提取的地表坡向矩阵的基础上沿袭坡度的求算原理，提取地表局部微小范围内的最大变化情况。需要注意：SOA在提取过程中在背面坡将会有误差产生。北面坡坡向值范围为0~90度和270~360度，在正北方向附近，如15度和345度两个坡向之间坡向差只是30度，而计算结果却是330度。所以要将北坡地区的坡向变率误差进行纠正，具体方法如下： 1）求取原始DEM数据层的最大高程值，记为H，通过SpatialAnalyst下的栅格计算器Raster Calculator公式为H=0-DEM，得到与原来地形相反的DEM数据层，即反地形DEM数据。 1:10000基础地理信息更新与建库技术设计暂行规定 1:10000矢量核心地形要素生产技术规定Technical specifications for producing 1:10000 digital line graphics (DLG) of fundamental topographic features ( 征求意见稿) 国家测绘局 二○○一年一月 目次 前言 ........................................................................................................................................ I 1范围 (1) 2引用标准 (1) 3术语 (1) 4基本要求及技术指标 (2) 5作业方法与工艺流程 (3) 6数据采集技术要求 (7) 7操作规程 (10) 8质量控制 (14) 9数据更新 (15) 10文件命名和数据组织形式 (16) 11产品归档 (17) 前言 本规程是应1:10000数字化测绘和基础地理信息数据库中对1:10000核心地形要素生产技术规定的需要，根据目前技术水平制定的。 本规程由国家测绘局提出并归口。 本规程起草单位：陕西测绘局 山西省测绘局 本规程主要起草人：曹建成李建平 1:10000基础地理信息更新与建库技术设计暂行规定 1:10000矢量核心地形要素生产技术规定 Technical specifications for producing 1:10000 digital line graphics (DLG) of fundamental topographic features 1 范围 本规程规定了1:10000核心地形要素生产的技术要求、质量控制、工艺流程。适用于1:10000矢量核心地形要素的采集、更新与建库。其它专题矢量要素及相关复合产品的制作也可参照其执行。 2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本规程中引用而构成为本标准的条文。在本规程出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本规程的各方应探讨使用下列标准的最新版本的可能性。 GB/T 13990-92 1:5000、1:10000航空摄影测量内业规范 ZBCH02-85 1:5000、1:10000地形图航片综合判调作业规程 GB/T 5791-93 1:5000、1:10000地形图图式 GB/T 13923-92 国土基础信息数据分类与代码 GB/T17798-1999地球空间数据交换格式 GB/T××××1:10000矢量地形要素内容与分类 GB/T××××基础地理信息数字产品数据文件命名规定 GB/T××××基础地理信息数字产品元数据 GB/T 13989-92 国家基本比例尺地形图分幅与编号 GB 2260-95 中华人民共和国行政区划代码 GB 917.2-89 国家干线公路路线名称和编号 GB 1945-87 中华人民共和国铁路路线名称代号 SL213-98 水利工程基础信息代码编制规定 3 术语 3.1要素 真实世界现象的抽象。 3.2属性 各要素的相关信息。 3.3矢量数据 由几何元素点、线及多边形所表示的数据。 3.4栅格数据 与特定参照系相对应的空间的规则化棋盘状布置的数据。 3.5节点 零维拓扑元素。 基于ArcGIS的地形特征提取 刘小庆 辽宁工程技术大学，辽宁阜新 (123000) E-mail: Lxq_0805@https://www.doczj.com/doc/959058854.html, 摘要：特征地形要素是构成地表地形与起伏变化的基本框架，ArcGIS具有一个能为三维可视化、三维分析以及表面生成提供高级分析功能的扩展模块3D analyst，基于ArcGIS进行地形特征提取可以更好地实现对地形地貌空间数据的可视化和分析处理。 关键词：ArcGIS；特征地形要素；山脊线；山谷线 1．引言 随着信息社会的到来，人类社会进入了信息大爆炸的时代。面对海量信息，人们对于信息的要求发生了巨大变化，对信息的广泛性、精确性、快速性及综合性要求越来越高。随着计算机技术的出现及其快速发展，对空间位置信息和其他属性类信息进行统一管理的地理信息系统也随之快速发展起来，在此基础上进行空间信息挖掘和知识发现是当前亟待解决的问题。 在常见的GIS系统中，美国ESRI公司的ArcGIS以其强大的分析能力得到用户的青睐，成为主流的GIS系统。ArcGIS9是美国环境系统研究所（Environment System Research Institute）开发的新一代GIS软件，是世界上最广泛的GIS软件之一。自从1978年以来，ESRI相继推出了多个版本系列的GIS软件，其产品不断更新扩展，构成适用各种用户和机型的系列产品。ArcGIS是ESRI在全面整合了GIS与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其他多方面的计算机主流技术之后，成功地推出了代表GIS最高技术水平的全系列GIS产品。ArcGIS是一个全面的，可伸缩的GIS平台，为用户构建一个完整的GIS系统提供完整的解决方案。ArcGIS9的软件特色主要为： 1）主图编辑的高度一体化； 2）便捷的元数据管理； 3）灵活的定制与开发； 4）ArcGIS9的新功能：增加了两个基于ArcObject的产品：面向开发的嵌入式ArcGIS Engine和面向企业用户居于服务器的ArcGIS Server。3D Analyst 是ArcGIS8的扩展 模块，主要提供空间数据的三维显示功能。在ArcGIS9中，该模块在3D Analyst的基 础上第一次推出全球3D可视化功能。该模块具有与ArcScene相似的地图交互工具，可以与任何在三维地球表面有地理坐标的空间数据进行叠加显示[1]。 2．背景和原理 特征地形要素，主要是指对地形在地表的空间分析与分布特征具有控制作用的点、线或面状要素。特征地形要素构成地表地形与起伏变化的基本框架。与地形指标的提取主要采用小范围的邻域分析不同的是，特征要素的提取更多地应用较为复杂的技术方法，如山谷线、山脊线、沟沿线等的提取采用了全局分析法（global process）（算法如图1）[2]，成为栅格数据地学分析中很有特色的数据处理内容。 1.主题内容与适用范围 本标准规定了1:5 000 1:10 000 1:25 000 1:50000 1:1000D0数字地形图要素的分类与代码。 本标准适用于1:5000、1:10 000、1:25 000、1:50 000、1:100 000 数字地形图测绘时地形要素的采集、存储、检索、输出与交换。各部门在建立地形图数据库时可根据本专业的需要和地区特点，按本标准所规定的分类体系和编码方法适当扩延和补充。 注记由用户自行编码。 2. 引用标准 GB/T 5791—93 1:5000、l:10 000 地形图图式 GB/T 12342—90 l:25000 1:50000 1:100 000 地形图图式 3.分类、编码方法 本标准采用线分类法，根据分类编码通用原则，将地形要索分为九个大类，并依次细分为小类、一级和二级。分类代码采用四位数字层次码组成，其结构如下: ×× × × | | | | 大类码小类码、一级代码二级代码 4. 分类与代码表 1000测量控制点 2000居民地 3000 工矿建（构）筑物及其他设施 3100 4000 交通及附属设施 5000管线和垣栅 6000水系及附属设施 7000境界 8000 地貌和土质 9000 植被 9400 其他植被 代码名称说明1100 三角点含导线点1110一等 1120二等 1130三等 1140四等 1200 土堆上的三角点含导线点1210一等 1220二等 1230三等 1240四等 1300小三角点含导线点13105″级 132010″级 1400 土堆上的小三角点含导线点14105″级 142010″级 1500水准点 1510 一等 1520 二等 1530三等 1540四等 1600埋石图根点 1700土堆上的埋石图根点 1800GPS网点 1810A级故障特征提取的方法研究.
地形特征信息提取
《地图的基本要素》教学反思.doc
地形指标提取
1：10000矢量核心地形要素数据(DLG)生产技术规定
基于ArcGIS的地形特征提取
数字地形图要素的分类与代码
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