运用Morphing变换提取地性线算法研究

赵彬彬; 谢建湘; 张宏奎; 王笠苇; 王倩

doi:10.13203/j.whugis20220493

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运用Morphing变换提取地性线算法研究

地图制图学与地理信息工程 | 更新时间：2026-11-05

- 运用Morphing变换提取地性线算法研究
- Geographic Line Extraction Algorithm Based on Morphing Transformation Techniques
- 武汉大学学报（信息科学版） 2025年50卷第1期页码：174-183
- 作者机构：
  
  1.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙，410114
  2.长沙理工大学公路地质灾变预警空间信息技术湖南省工程实验室，湖南长沙，410114
- 作者简介：
  
  赵彬彬，博士，副教授，主要从事地理数据不一致性探测处理的理论与方法等研究。zbbsir@163.com
  谢建湘，硕士，工程师。15111425585@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(41301404);长沙理工大学公路地质灾变预警空间信息技术湖南省工程实验室开放基金(kfj160603);2021年长沙理工大学学术学位研究生科研创新项目(CX2021SS106)
- DOI：10.13203/j.whugis20220493
  中图分类号： P208
- 收稿：2023-02-10，
  
  纸质出版：2025-01-05
- 稿件说明：
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赵彬彬,谢建湘,张宏奎，等.运用Morphing变换提取地性线算法研究[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(1):174-183.

ZHAO Binbin,XIE Jianxiang,ZHANG Hongkui,et al.Geographic Line Extraction Algorithm Based on Morphing Transformation Techniques[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(1):174-183.
赵彬彬,谢建湘,张宏奎，等.运用Morphing变换提取地性线算法研究[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(1):174-183. DOI：10.13203/j.whugis20220493

ZHAO Binbin,XIE Jianxiang,ZHANG Hongkui,et al.Geographic Line Extraction Algorithm Based on Morphing Transformation Techniques[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(1):174-183. DOI：10.13203/j.whugis20220493

摘要

由等高线获取山谷(脊)线对地形分析、坡度坡向计算和库区设计等应用具有重要的现实意义和非常高的生产价值。当前，面向等高线的地性线提取大多采用特征点连接法，其提取的地性线易与等高线发生空间逻辑冲突，在等高线弯曲形状较多变、较复杂的区域，所获取的山谷(脊)线存在与等高线弯曲特征不符且偏离较严重等问题。因此，依据地理学第一定律分析了等高线整体形态及局部形状特征，基于Morphing变换技术，提出了一种兼顾地性线两侧等高线形状特征，同时顾及山谷(脊)特征点位置约束的地性线提取新方法。首先，凭借各等高线的高程及其层次关系构建等高线树，并根据等高线上节点凹凸属性进行等高线弯曲分割，以高效准确地提取地形特征点；然后，以地形特征点为界构建其两侧等高线各节点之间的极优映射关系；最后，以地形特征点为约束，采用基于渐变移位距离值的Morphing变换提取地性线。实验结果表明，该方法能准确地提取出完整的与实际地形相吻合亦兼顾等高线整体形态与走势的地性线。

Abstract

Objectives

Obtaining valley (ridge) lines from contour data has important practical significance and high production value for terrain analysis

slope aspect calculation and reservoir area designing. In view of the fact that current contour-oriented geographic lines extraction mostly adopts feature point direct-connecting method

and the extracted geographic lines are prone to spatial logical conflicts with contour lines. Meantime

in areas where the contour lines are more curved and more complex

the extracted valley (ridge) line does not conform to the bending characteristics of contour lines

and even deviates dramatically in certain local areas.

Methods

Therefore

after overall shape and local shape characteristics of the contour line are analyzed sufficiently based on Tobler's first law

a novel methodology of extracting geographic lines from contour data based on Morphing transformation techniques is proposed

which takes the contour line on both sides of a valley (ridge) into consideration

as well as constraint of feature points’ location. First

a contour tree is constructed based on the elevation and hierarchical relationship of contours

and the contour curve segmentation is carried out according to the concave and convex attributes of nodes on the contour line. Then

the terrain feature points are extracted efficiently and accurately. Second

each contour line is split into two parts with the terrain feature points

whereafter

an optimal correspondence of the nodes on both parts of a contour line are computed. Third

with respect to the constraints of terrain feature points

the geographic lines are extracted by performing Morphing transformation with a gradient shifting distance value.

Results

The experimental results show that the methodology extracts complete geographic lines accurately

which are consistent with the actual terrain and take into account the overall shape and trend of contour lines.

Conclusions

The geographic lines extraction based on Morphing transformation techniques method can take into account the overall shape and trend of contour lines and unique shape at feature points to extract complete geographic lines consistent with the actual terrain

and it is robust. When the local terrain changes are complex

the contour shape is also complex. At this time

the allocation of Morphing transformation value for parameter

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2.79399991

https://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=72165119&type=

1.26999998

considering more factors will be involved

which is also the content to be further studied in the follow-up work.

关键词

Keywords

references

LI M ， WU T ， LI W T ， et al . Terrain Skeleton Construction and Analysis in Loess Plateau of Northern Shaanxi ［J］. ISPRS International Journal of Geo-Information ， 2022 ， 11 （ 2 ）： 136 .

米晓新，杨必胜，董震 . 车载激光点云道路场景可视域快速计算与应用［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2020 ， 45 （ 2 ）： 258 - 264 .

MI Xiaoxin ， YANG Bisheng ， DONG Zhen . Fast Visibility Analysis and Application in Road Environment with Mobile Laser Scanning Data ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2020 ， 45 （ 2 ）： 258 - 264 .

邹昆，沃焱，徐翔 . 利用特征显著度提取地形特征线的方法［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2018 ， 43 （ 3 ）： 342 - 348 .

ZOU Kun ， WO Yan ， XU Xiang . A Feature Significance-Based Method to Extract Terrain Feature Lines ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2018 ， 43 （ 3 ）： 342 - 348 .

孔月萍，方莉，江永林，等 . 提取地形特征线的形态学新方法［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2012 ， 37 （ 8 ）： 996 - 999 .

KONG Yueping ， FANG Li ， JIANG Yonglin ， et al . A New Method of Extracting Terrain Feature Lines by Morphology ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2012 ， 37 （ 8 ）： 996 - 999 .

黄炅怡，黄培之，李坚强 . 利用流水矢量提取山脊线和山谷线特征点的方法［J］. 测绘通报， 2020 （ 10 ）： 12 - 15 .

HUANG Jiongyi ， HUANG Peizhi ， LI Jianqiang . Feature Point Extraction of Ridge Line and Valley Line from DEM Based on Falling Vector ［J］. Bulletin of Surveying and Mapping ， 2020 （ 10 ）： 12 - 15 .

王洪斌，赵学胜，张春亢，等 . 一种基于Morse复形的地形特征线构建改进算法［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2015 ， 40 （ 9 ）： 1220 - 1224 .

WANG Hongbin ， ZHAO Xuesheng ， ZHANG Chunkang ， et al . An Improved Algorithm of Constructing Terrain Feature Lines Based on Morse Complex ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2015 ， 40 （ 9 ）： 1220 - 1224 .

汤国安 . 我国数字高程模型与数字地形分析研究进展［J］. 地理学报， 2014 ， 69 （ 9 ）： 1305 - 1325 .

TANG Guoan . Progress of DEM and Digital Terrain Analysis in China ［J］. Acta Geographica Sinica ， 2014 ， 69 （ 9 ）： 1305 - 1325 .

OLIVEIRA W A A ， GULIATO D ， DE OLIVEIRA D C B ， et al . New Technique for Binary Morphological Shape-Based Interpolation ［J］. International Journal of Ima‑ge and Graphics ， 2019 ， 19 （ 2 ）： 1950007 .

艾廷华，祝国瑞，张根寿 . 基于Delaunay三角网模型的等高线地形特征提取及谷地树结构化组织［J］. 遥感学报， 2003 ， 7 （ 4 ）： 292 - 298 .

AI Tinghua ， ZHU Guorui ， ZHANG Genshou . Extraction of Landform Features and Organization of Valley Tree Structure Based on Delaunay Triangulation Model ［J］. Journal of Remote Sensing ， 2003 ， 7 （ 4 ）： 292 - 298 .

郭庆胜，杨族桥，冯科 . 基于等高线提取地形特征线的研究［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2008 ， 33 （ 3 ）： 253 - 256 .

GUO Qingsheng ， YANG Zuqiao ， FENG Ke . Extracting Topographic Characteristic Line from Contours ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2008 ， 33 （ 3 ）： 253 - 256 .

LI C M ， GUO P P ， WU P D ， et al . Extraction of Terrain Feature Lines from Elevation Contours Using a Directed Adjacent Relation Tree ［J］. ISPRS International Journal of Geo-Information ， 2018 ， 7 （ 5 ）： 163 .

熊汉江，李秀娟 . 一种提取山脊线和山谷线的新方法［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2015 ， 40 （ 4 ）： 498 - 502 .

XIONG Hanjiang ， LI Xiujuan . A New Method to Extract Terrain Feature Lines ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2015 ， 40 （ 4 ）： 498 - 502 .

李精忠，艾廷华，柯舒 . DEM提取谷地线的有效汇水量阈值范围［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2012 ， 37 （ 10 ）： 1244 - 1247 .

LI Jingzhong ， AI Tinghua ， KE Shu . Effective Flow Accumulation Threshold of Extracting Valley-Line from Grid-Based Digital Elevation Model ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2012 ， 37 （ 10 ）： 1244 - 1247 .

CHENG L ， GUO Q S ， FEI L F ， et al . Multi-criterion Methods to Extract Topographic Feature Lines from Contours on Different Topographic Gradients ［J］. International Journal of Geographical Information Science ， 2022 ， 36 （ 8 ）： 1629 - 1651 .

GARZÓN A ， KAPELAN Z ， LANGEVELD J ， et al . Machine Learning-Based Surrogate Modeling for Urban Water Networks： Review and Future Research Directions ［J］. Water Resources Research ， 2022 ， 58 （ 5 ）： e2021wr031808 .

TOBLER W R . A Computer Movie Simulating Urban Growth in the Detroit Region ［J］. Economic Geography ， 1970 ， 46 ： 234 .

王荣，闫浩文，禄小敏 . 多尺度等高线簇拓扑关系定量表达方法研究［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2022 ， 47 （ 4 ）： 579 - 588 .

WANG Rong ， YAN Haowen ， LU Xiaomin . Topological Relations Quantitative Expression Method of Multi-scale Contour Cluster ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2022 ， 47 （ 4 ）： 579 - 588 .

李秀娟，郑先伟，熊汉江 . 离散曲线演化及等高线剖分山脊山谷线提取［J］. 测绘科学， 2015 ， 40 （ 9 ）： 107 - 110 .

LI Xiujuan ， ZHENG Xianwei ， XIONG Hanjiang . A Method of Extracting Terrain Feature Lines Based on DCE and Contour Decomposition ［J］. Science of Surveying and Mapping ， 2015 ， 40 （ 9 ）： 107 - 110 .

王宁，姚志宏 . 基于不同算法等高线曲率的提取与分析［J］. 干旱区地理， 2020 ， 43 （ 1 ）： 144 - 152 .

WANG Ning ， YAO Zhihong . Extraction and Analysis of the Contour Curvature Based on Different Algorithms ［J］. Arid Land Geography ， 2020 ， 43 （ 1 ）： 144 - 152 .

杨族桥，李洪省，张青 . 地形特征约束的等高线群渐进式简化方法［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2013 ， 38 （ 4 ）： 480 - 483 .

YANG Zuqiao ， LI Hongsheng ， ZHANG Qing . Progressive Simplification Methods of Contour Line Group Constrained by Topographic Feature ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2013 ， 38 （ 4 ）： 480 - 483 .

WOLBERG G . Image Morphing： A Survey ［J］. The Visual Computer ， 1998 ， 14 （ 8 ）： 360 - 372 .

NÖLLENBURG M ， MERRICK D ， WOLFF A ， et al . Morphing Polylines：A Step Towards Continuous Generalization ［J］. Computers， Environment and Urban Systems ， 2008 ， 32 （ 4 ）： 248 - 260 .

LI Zhilin ， WONG M . Animating Basic Operations for Digital Map Generalization with Morphing Techniques ［J］. The International Archives of the Photogrammetry， Remote Sensing and Spatial Information Sciences ， 2008 ， 37 （PartB 2 ）： 637 - 642 .

赵彬彬，戴涛，王安 . 基于OptCor算法的多比例尺线要素综合方法［J］. 长沙理工大学学报（自然科学版）， 2020 ， 17 （ 2 ）： 92 - 98 .

ZHAO Binbin ， DAI Tao ， WANG An . A Linear Feature Generalization Method in Multi-scale Maps Based on OptCor Algorithm ［J］. Journal of Changsha University of Science & Technology （Natural Science）， 2020 ， 17 （ 2 ）： 92 - 98 .

李精忠，方文江 . 顾及邻域结构的线状要素Morphing方法［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2018 ， 43 （ 8 ）： 1138 - 1143 .

LI Jingzhong ， FANG Wenjiang . Morphing Polylines by Preserving Local Neighborhood Structures ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2018 ， 43 （ 8 ）： 1138 - 1143 .

赵彬彬，彭东亮，张山山，等 . 顾及空间关系约束的不同比例尺面目标不一致性同化处理［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2016 ， 41 （ 7 ）： 911 - 917 .

ZHAO Binbin ， PENG Dongliang ， ZHANG Shanshan ， et al . An Assimilation Method of Inconsistency Between Area Objects at Different Scales with Respect to Spatial Relation Constraints ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2016 ， 41 （ 7 ）： 911 - 917 .

赵彬彬 . 空间数据不一致性探测处理理论与方法［M］. 北京：测绘出版社， 2020 .

ZHAO Binbin . Theory and Methodology of Spatial Data Inconsistency Detecting and Processing ［M］. Beijing ： Sino Maps Press ， 2020 .

XU Y ， ZHAO M W ， LU J ， et al . Methods for the Construction of DEMs of Artificial Slopes Conside‑ring Morphological Features and Semantic Information ［J］. Journal of Mountain Science ， 2022 ， 19 （ 2 ）： 563 - 577 .

刘万增，陈军，邓喀中，等 . 数据库更新中河流与山谷线一致性检测［J］. 中国图象图形学报， 2008 ， 13 （ 5 ）： 1003 - 1008 .

LIU Wanzeng ， CHEN Jun ， DENG Kazhong ， et al . Detecting the Spatial Inconsistency Between the Updated Rivers and Valleys ［J］. Journal of Image and Graphics ， 2008 ， 13 （ 5 ）： 1003 - 1008 .

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