1.一种基于数字地形模型精准识别农田洼地特征的方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一、采用搭载高像素航拍相机的测绘无人机,进行航拍测绘作业获取航片,基于运动恢复结构技术,获取厘米级高精度农田数字地形模型DTM;
步骤二、利用3×3像素窗口对步骤一得到的DTM进行均值滤波处理;
步骤三、将滤波处理后的DTM平均高程作为水平面基准,经反向翻转建立反转地形模型RDTM,RDTM与DTM存在反转对称关系;
步骤四、设定分析窗口尺度的初值为10×10像素,步长为10像素,终值为100×100像素,统计各分析窗口尺度下的高程方差,分析高程方差随窗口尺度的变化规律,确定高程方差取极值时的窗口尺度为y,设(y‑10)×(y‑10)像素为窗口x,(y+10)×(y+10)像素为窗口z;
步骤五、在z分析窗口下获取RDTM极大值栅格数据,并提取农田高程极大值点;
步骤六、选取高程、地形起伏度和坡度3个地形因子作为高程极大值点的评价指标;
步骤七、为了避免主观因素的干扰,采用熵权法确定在各窗口尺度下3个地形因子的权重;
步骤八、根据在各窗口下3个地形因子的权重,对高程极大值点进行综合评价,分别计算在各窗口下的地形因子综合隶属度;
步骤九、确定各窗口的权重,同时结合各窗口下高程极值点的地形因子综合隶属度,获取多窗口地形因子综合隶属度;
步骤十、通过多窗口地形因子综合隶属度确定阈值,提取多窗口地形因子综合隶属度大于该阈值的高程极大值点,即为洼地特征极值点,实现洼地特征的定位;
步骤十一、以DTM的空间分辨率为等高距,获取农田等高线图;
步骤十二、利用等高线分析法识别农田洼地特征的外形轮廓,即提取洼地特征;
步骤十三、向外偏置洼地特征轮廓50cm作为缓冲区,计算各洼地特征及缓冲区域的高程均值,即确定基准面高度;
步骤十四、根据洼地特征的基准面高度,计算洼地特征的填方量。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字地形模型精准识别农田洼地特征的方法,其特征在于:步骤一中所述无人机采用固定翼、多旋翼以及直升机形式的无人机,无人机的飞行高度根据农田数字地形模型DTM的空间分辨率设定,获取航片时保障航片横向重叠率及纵向重叠率均不小于80%,厘米级高精度农田数字地形模型DTM的空间分辨率不低于5cm。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字地形模型精准识别农田洼地特征的方法,其特征在于:步骤三中,RDTM与DTM两者坡度相差180°,原始DTM的高程值极小点表现为RDTM的高程值极大点。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字地形模型精准识别农田洼地特征的方法,其特征在于:步骤五中,高程极大值点的提取方法为:与RDTM数据进行空间求差运算得差值栅格数据,将差值栅格数据进行二值化重分类,即将值为0的栅格赋值为1,而将其余栅格赋值为
0,提取值为1的栅格,即高程极大值点。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字地形模型精准识别农田洼地特征的方法,其特征在于:步骤六中,使用归一化公式 对3个地形因子进行归一化处理;
其中,fijk为地形因子归一化值,i为地形因子序号,分别代表高程、地形起伏度和坡度,j为高程极值点序号,k为窗口尺度,max(xijk)、min(xijk)分别为在窗口尺度k下各地形因子的最大值和最小值,xijk为在窗口尺度k下第j个高程极值点的值。
6.根据权利要求1所述的一种基于数字地形模型精准识别农田洼地特征的方法,其特征在于:步骤七中,熵权法的具体步骤为:(1)根据公式 计算在窗口尺度z下第j个高程极值点的各地形因子的比重;
(2)利用公式 确定在窗口尺度z下各地形因子的熵值;
(3)通过公式 确定3个地形因子在窗口尺度z下的权重;
(4)重复上述方法获取在x窗口和y窗口下的高程、坡度及地形起伏度的权重。
7.根据权利要求1所述的一种基于数字地形模型精准识别农田洼地特征的方法,其特征在于:步骤八中,利用公式 对高程极大值点进行综合评价,其中,为在窗口尺度k下地形因子对各农田高程极值点的地形因子综合隶属度。
8.根据权利要求1所述的一种基于数字地形模型精准识别农田洼地特征的方法,其特征在于:步骤九中,各窗口的权重利用线性加权公式 得出,其中,γk为分析窗口的权重,k1、k2、k3分别为x,y,z分析窗口尺寸;
使用公式 获取多窗口地形因子综合隶属度,其中,ψjk为多窗口综合地形因子综合隶属度。
9.根据权利要求1所述的一种基于数字地形模型精准识别农田洼地特征的方法,其特征在于:步骤十中,确定阈值的具体方法为:计算多窗口地形因子综合隶属度的分级组数和分级组距,并分析高程极值点的数量随多窗口地形因子综合隶属度的变化规律,确定高程极值点数量急剧减小时的多窗口地形因子综合隶属度的值为阈值;
其中利用斯特吉斯公式n=1+log10C/log102和公式 分别计算多窗口地形因子综合隶属度的分级组数和分级组距,其中,C为高程极值点数量;
分别为阈值的最大值和最小值。
10.根据权利要求1所述的一种基于数字地形模型精准识别农田洼地特征的方法,其特征在于:步骤十二中,等高线分析法的具体方法为:将包含洼地特征极值点的闭合等高线作为初始等高线,由内向外搜寻包含各洼地特征极值点的闭合等高线,当闭合等高线内出现未包含洼地特征极值点的闭合等高线时终止搜寻,确定上一条等高线所包围的区域为洼地特征轮廓;
步骤十四中,利用公式 计算洼地特征的填方量,其中,V填
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为洼地特征的填方量/m,n为洼地特征包含的栅格数量,Δσi为栅格底面积/m,Zi为栅格高程/m。