1. 标题

· An integrated method for DEM simplification with terrain structural features and smooth morphology preserved

· 顾及地形结构特征和平滑形态特征的DEM化简方法研究

2. 相关成果

· Wenhao Yu*, Yifan Zhang*, Tinghua Ai, Zhanlong Chen.  An integrated method for DEM simplification with terrain structural features and smooth morphology preserved, International Journal of Geographical Information Science, 2020. DOI: 10.1080/13658816.2020.1772479. https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/13658816.2020.1772479

· Yifan Zhang, Wenhao Yu*, Zhanlong Chen. An improved method for generalisation of point features with consideration of reinforcing relationships. Journal of Spatial Science, 2020. DOI: 10.1080/14498596.2020.1720837

3. 成果团队成员

· 禹文豪，博士，bat365官网登录入口，副教授，楚天学者，主要从事地图综合、空间数据挖掘及智慧城市应用等研究。（联系邮箱：ywh_whu@126.com；个人网站：http://grzy.cug.edu.cn/yuwenhao/zh_CN/index.htm）

· 张一帆，硕士研究生，bat365官网登录入口。研究方向为地图综合与空间数据挖掘。

· 艾廷华，博士，武汉大学资源与环境科学学院，教授，主要从事地图综合、空间大数据分析和空间认知等研究。

· 陈占龙，博士，bat365官网登录入口，副教授，博士生导师，主要从事地理信息系统理论与基础软件研发、时空数据挖掘与地理计算、空间认知与推理等研究。

4. 成果介绍

DEM化简方法旨在删除细节、保留主体特征，从而实现地形信息的高效表达或存储——即“去粗取精”的过程。在图像处理领域，滤波（filtering）可视为一种化简方法，其通过局部窗口的加权操作，实现图像的噪音滤除以及整体的平滑模糊；在经典地图学领域，综合（generalization）也是一种化简方法，其通过计算几何模型（如Delaunay三角网）的结构分析操作，实现对象的“骨架”特征提取以及细节删除，如从等高线簇中提取山脊线、山谷线等。将以上俩种技术分别用于DEM曲面的多尺度表达，其所得结果的优缺点刚好相反，即：滤波可较好保持DEM曲面的平滑形态特征，但也会过度平滑地形的结构线和结构点；综合操作（如最大Z容差法）可较好识别DEM曲面的结构特征（如山顶点、水系网等），但会忽略地形的平滑形态特征。为此，本文提出一种融合滤波和结构分析的DEM多尺度表达方法，其具体过程如下：

（1） 首先利用结构分析方法（如最大Z容差法）提取DEM曲面的结构点（如山顶点等）和结构线（如水系线等），并构建约束三角网以获得结构特征保持的地形简化曲面（图1）；

（2） 将前一步骤的结构特征曲面作为输入，原DEM曲面作为引导曲面，实现引导滤波同时在空间域和值域的窗口操作，以此获得DEM结构曲面的形态特征平滑。比较一般滤波，引导滤波可额外添加引导曲面作为平滑约束条件，即，使处于平坦区域的位置被加以较大权重，进而获得较显著的平滑效果，而使处于结构边界两侧的位置被加以较小权重，进而获得较弱的平滑效果；通过以上自适应的权重方式，可实现边界特征保持的曲面平滑（图2）。

（3） 重复执行步骤（2），每次迭代均将前一次迭代获得的DEM曲面作为新输入数据，直至平滑曲面满足应用的精度要求。实验结果表明，该方法无论是在结构特征还是平滑特征保持方面，都要优于传统方法（图3-4）。

图1 DEM结构分析方法：（a）源数据；（b）提取地形结构点；（c）提取地形结构线，如水系网；（d）基于约束三角网的DEM结构生成。

图2 本文方法的流程示意图。

图3 不同方法结果的对比：原始数据（a）；原始数据的局部放大图（b）；传统滤波方法（c）和本文方法（d）的小尺度化简结果对比（RMSE = 5）；传统滤波方法（e）和本文方法（f）的大尺度化简结果对比（RMSE = 6）；传统综合方法（g）和本文方法（h）的小尺度化简结果对比（maximum Z error = 30）；传统综合方法（i）和本文方法（j）的大尺度化简结果对比（maximum Z error = 50）。

图4 不同方法的去噪结果对比。