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《南京师范大学》 2011年
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基于纹理分析方法的DEM地形特征研究

陶旸  
【摘要】:地形形态是地球内、外力地质作用对地壳综合作用的结果。地形形态的分析和量化研究不但在国民经济建设中有重要作用,也在地形实体形成、发展和演变的科学研究中具有实际价值。现有数字地形形态研究大多借助微观地形因子的空间变化特征探讨地形变化,能较好的描述地形局部特征,然而其在区域尺度、宏观尺度上对地形特征的认识较为薄弱,目前仍缺乏有效的宏观地形形态分析方法。本文以纹理分析为切入点,将图像纹理分析、计算机视觉的相关研究思路、理论与方法引入数字地形分析研究领域,用纹理分析方法揭示地形形态的宏观结构特征,从而为地形形态定量表达与地形形态分类等研究提供新的思路,对于深化DEM数字地形模拟与分析等基本理论问题的认识,拓展和完善面向区域、宏观地形特征的数字地形分析方法,提高对地形形态特征的理解和认知,进一步深化DEM地形分析在国民经济建设中的应用等,都具有重要的理论意义与实践价值。 本文的主要内容和研究成果如下: (1)针对现有纹理概念的争议,结合地形渐变与突变特征并存的基本特点,提出一种将纹理的统计特征和结构特征相统一的纹理解释,使DEM模拟的地形特征与纹理分析的基本假设相统一。重新梳理了纹理的基本属性,重点就纹理的周期性、方向性、随机性和尺度依赖性特征进行探讨。 (2)从人类视觉感知机制分析出发,以“预注意视觉理论”与“N阶统计理论”等为基础,提出一种基于纹理的多层次地形分析方法。该模型模拟了人类对地形特征的视觉感知过程,实现了由地形的全局统计特征量化到局部空间关系特征描述,由地形的不变性特征度量到空间异质性特征表达,由地形的单一尺度特征到多尺度特征量化。实验证明,这种逐层递进式的纹理分析和量化方法,能较好的揭示地形形态的各级空间结构特征。 (3)针对基于纹理的多层次地形分析方法,逐层设计纹理量化模型和指标。分别利用Hu不变矩模型、空间灰度共生矩阵模型(GLCM)、改进三维空隙度模型(3D-LCA)和Daubechies-4小波分解模型,从地形的全局统计特征、顾及空间关系的局部形态特征、非线性多尺度特征、频率域多尺度特征等多个层而进行量化。进而以陕西省11个典型地形样区为例,围绕地形表达的方向性、尺度不变性、旋转不变性、模型分析范围和DEM尺度依赖性等特征,详细探讨了各层次纹理量化模型在地形形态定量描述上的适用性。 (4)分别从纹理分析模型的多层次递进性,以及地形数据自身的多层次性和等级嵌套性两个视角切入,基于纹理的空间域特征和频率域特征,对陕西省典型样区进行地形分类研究。由于采用了逐层递进式的分类策略,使得不同地形类别间的分类指标显著性较高,尤其对于形态特征较为接近的地形样区也有较好的区分能力。其中,基于小波中频分量的地形分类精度优于基于低频分量的分类结果,最高分类精度可以达到88.68%。受边界效应等因素影响,小波分解层数和分类精度并不成线性关系,1:5万25米分辨率地形数据的最优分类层数为2层,分类特征向量由9个元素构成。 基于以上研究,本文以纹理分析为切入点,从基本概念、分析方法、量化模型等方面探索了一套基于纹理的地形形态特征认知、分析、量化和应用的研究方法。研究表明,纹理分析从人类视觉感知的机理出发,采用逐层递进式的基本模式对地形形态的各级特征进行分析,更有利于全面、完整的探索和认知地形形态的外部空间展布特征和内部等级嵌套结构特征,研究成果可望为深层次地学应用研究提供借鉴。
【学位授予单位】:南京师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP391.41;P217

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 晏实江;基于DEM的地形尺度相似性度量方法研究[D];南京师范大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 高梓瑞;Gabor滤波器在纹理分析中的应用研究[D];武汉理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 田洪阵;杨太保;刘沁萍;曾彪;;3种采样方法对DEM质量影响的定量分析[J];安徽农业科学;2009年19期
9 万厚冲;孙朝云;;基于ARM_Linux的精确农业农药除虫系统的研究[J];安徽农业科学;2010年16期
10 闫海忠;林锦屏;王璟;苏丹;缪漪;;基于ARCGIS的区域生物量DEM模型空间分析——以云南香格里拉三坝乡黄背栎林生物量估算为例[J];安徽农业科学;2011年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 邓杏杏;;ARCGIS在区域气候因子空间模拟中的应用[A];全国测绘科技信息网中南分网第二十五次学术交流会论文集[C];2011年
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4 王海丰;李壮;任洪娥;赵鹏;;基于非下采样Contourlet变换和SVM的纹理图像分割算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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9 李发源;;数字高程模型(DEM)在黄土高原研究中的应用与展望[A];中国地理信息系统协会第八届年会论文集[C];2004年
10 王涛;雷蓉;;规则高程格网中完整性谷地线的提取[A];第四届海峡两岸GIS发展研讨会暨中国GIS协会第十届年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 贾瑞生;矿山开采沉陷三维建模与可视化方法研究[D];山东科技大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曾传华;基于颜色和纹理特征的竹条分级方法研究[D];华中农业大学;2010年
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3 田继辉;用于三维影像快速浏览的多尺度DEM数据组织研究[D];河南理工大学;2010年
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5 辛贵州;无人飞行器航迹规划算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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8 马妍;基于多波束测量数据的海底地形可导航性分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 余国庆;基于虚拟现实技术的心脏建模方法研究[D];大连理工大学;2010年
10 吕进国;煤矿床数字化建模插值方法及其应用研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 许模;王迪;漆继红;杨艳娜;;基于分形理论的喀斯特地貌形态分析[J];成都理工大学学报(自然科学版);2011年03期
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4 罗明良;汤国安;;地貌认知及空间剖分的山顶点提取[J];测绘科学;2010年05期
5 吴勇;汤国安;杨昕;;小波派生多尺度DEM的精度分析[J];测绘通报;2007年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 刘丽霞;图像纹理特征研究和比较[D];北京邮电大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 徐铭杰;遥感图像数据挖掘体系与实现技术研究[D];中国人民解放军信息工程大学;2003年
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6 王保平;基于模糊技术的图像处理方法研究[D];西安电子科技大学;2004年
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 黄伟;张二华;;利用纹理方向信息的地震剖面图像分割[J];韩山师范学院学报;2009年06期
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9 黄胜华,刘海鹰,彭思龙,洪继光;基于非乘积型小波的纹理分析[J];中国图象图形学报;1998年09期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 寿亦萱;励申申;寿绍文;;一次江淮流域特大暴雨过程的灰度共现矩阵特征量分析[A];新世纪气象科技创新与大气科学发展——中国气象学会2003年年会“03.7淮河大水的水文气象学问题”分会论文集[C];2003年
4 舒宁;;多光谱和高光谱影像纹理分析的几种方法[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年
5 赵佳琦;徐琪;章建全;陈雁秋;卢峰;盛建国;徐斐;;骨骼肌损伤超声纹理定量诊断的实验研究[A];中国超声医学工程学会第三次全国浅表器官及外周血管超声医学学术会议(高峰论坛)论文汇编[C];2011年
6 张韵;张燕;苗艳华;蒲金霞;;提升小波在笔迹鉴别中的应用[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
7 管玉娟;王淑晴;关泽群;;纹理分析的条件模式谱方法[A];第十四届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2003年
8 刘佳;李哲英;王淑英;;路标识别算法研究[A];2008通信理论与技术新发展——第十三届全国青年通信学术会议论文集(下)[C];2008年
9 郑杰;韩梅;;基于微位移的超分辨率重建技术[A];2008'中国信息技术与应用学术论坛论文集(一)[C];2008年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 王玉玲 赵洁;自主创新实现新跨越[N];中国测绘报;2011年
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3 苑希民 中国水利水电科学研究院防洪减灾研究所教授级高级工程师;“电子江河”:从二维到三维的飞跃[N];中国水利报;2006年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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5 刘笛;墙地砖颜色的自动分类研究[D];华南理工大学;2004年
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7 艾矫燕;基于计算机视觉的墙地砖颜色分类和缺陷检测研究[D];华南理工大学;2003年
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10 钱玮;小波理论在图像技术中的应用研究[D];中国科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 欧江波;小波域HMM模型在图像处理应用中的研究[D];西北工业大学;2004年
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4 亓琳;三维表面纹理自相似性度量研究[D];中国海洋大学;2008年
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7 黄亚丽;基于纹理分析和概率神经网络的肝脏B超图像识别研究[D];河北大学;2005年
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