基于掩膜约束与多模态自适应衰减融合的跨区域建模接边处理方法及系统

本发明涉及地理信息处理，尤其涉及一种基于掩膜约束与多模态自适应衰减融合的跨区域建模接边处理方法及系统。

背景技术：

1、在空间信息处理及大规模地表参数反演建模中，由于研究范围广且地表异质性显著，通常难以采用单一全局模型进行高精度拟合，现有技术通常采用划分行政区划或自然地理区划的方式，将大范围区域划分为若干子区域，然后由各子区域独立建模并生成局部空间栅格数据，最终通过全域拼接形成完整的空间数据产品。

2、然而，由于不同行政或自然区域在基础样本分布、特征自变量集、建模算法结构及参数调优等方面存在固有差异，导致将各子区域的独立模型结果进行全域拼接时，极易在区域共享边界处产生空间不连续现象。这种不连续现象具体表现为数值突变、离散等级跳变以及在视觉和统计学上呈明显带状分布的人造断层（即条带效应或边缘断层）。这种因拼接引入的人为模型误差，不仅破坏了全局数据的空间自相关性，且降低了后续全域空间分析的应用可靠性。

3、针对拼接接缝的处理，现有技术通常采用固定缓冲区的均值平滑、全局线性过渡方法，或者采用简单的硬切割拼接。然而，此类方法存在以下显著的局限性：无法精准定位并有效区分人为模型断层与真实存在的自然地理要素阻隔；对离散异常缺乏拓扑连贯性的几何表达；过度平滑易导致原始栅格的空间结构与高频纹理特征丢失。

技术实现思路

1、针对现有多源空间属性栅格数据在拼接过程中存在接缝不连续和空间细节损失的问题，本发明提出了一种基于掩膜约束与多模态自适应衰减融合的跨区域建模接边处理方法及系统，通过构建动态掩膜预修补-特征法向定量检测-多模态自适应处理-全模态结果对比的闭环技术体系，实现了对接边空间异常的精准拦截、自适应无痕修复与最优模态智能筛选。

2、第一方面，本发明提供的一种基于掩膜约束与多模态自适应衰减融合的跨区域建模接边处理方法，包括：

3、步骤1：获取多个目标区域独立建模生成的栅格数据，统一所述栅格数据的坐标系并完成空间拼接，得到初始接边结果；

4、步骤2：从所述初始接边结果中提取相邻目标区域之间的共享边界，对所述共享边界两侧进行空间采样以计算区域像元值；

5、步骤3：根据预设分级体系对所述区域像元值进行等级映射，并根据等级映射结果识别所述初始接边结果的接边异常点，对所述接边异常点进行空间聚类，并基于空间聚类结果生成连续异常线段；

6、步骤4：利用所述连续异常线段，对所述初始接边结果进行空间自适应融合修复，得到目标栅格数据。

7、进一步地，步骤1具体包括：

8、获取多个目标区域独立建模生成的栅格数据以及对应的行政区划矢量地图，通过重投影技术将多个目标区域的栅格数据统一至基准坐标系；

9、提取经过坐标系统一的多个目标区域的行政矢量边界，并按照预设距离在所述行政矢量边界的外侧确定接边区域，运用重叠过滤均值策略对多个目标区域的接边区域进行逐像元均值融合，得到初始接边结果。

10、进一步地，步骤1具体包括：

11、获取多个目标区域独立建模生成的栅格数据以及对应的行政区划矢量地图，通过重投影技术将多个目标区域的栅格数据统一至基准坐标系；

12、提取经过坐标系统一的多个目标区域的行政矢量边界，并根据所述行政矢量边界对目标区域的栅格数据进行裁剪并拼接；

13、对拼接后的栅格数据对应的行政区划矢量区域转化为掩膜控制矩阵；

14、将所述掩膜控制矩阵作为空间约束，采用基于反距离权重的插值方法对拼接后的栅格数据进行填补，得到初始接边结果。

15、进一步地，步骤2中，对所述共享边界两侧进行空间采样以计算区域像元值，包括：

16、在所述共享边界上按照预设间距提取采样中心点，并基于所述采样中心点在所述共享边界上的正交法向方向，向两侧区域延伸至预设缓冲距离，得到法向采样线；

17、在所述法向采样线上以预设固定步长提取多个采样点，计算每个所述采样点在其局部邻域窗口内的有效像元统计均值，对所述法向采样线单侧区域中所有采样点的有效像元统计均值求算数平均，作为区域像元值。

18、进一步地，步骤3具体包括：

19、步骤3.1：将所述共享边界两侧的区域像元值根据所述预设分级体系映射至对应的离散等级，计算两侧离散等级差值的绝对值，并依据所述绝对值判定所述初始接边结果的接边异常点；

20、步骤3.2：以每个所述接边异常点为中心，以预设聚类拓扑距离为半径构建圆形缓冲区，并通过将相交的所述圆形缓冲区进行融合，得到空间连通分量多边形；

21、步骤3.3：对落入同一所述空间连通分量多边形中的接边异常点，采用最近邻距离算法进行排序连接，生成连续异常线段。

22、进一步地，步骤4具体包括：

23、步骤4.1：对所述初始接边结果进行平滑处理得到平滑基底数据，并构建所述连续异常线段与所述初始接边结果之间的空间距离场；

24、步骤4.2：基于所述空间距离场生成不同的空间自适应衰减融合权重，利用不同的空间自适应融合权重分别对所述初始接边结果和所述平滑基底函数进行加权融合，得到多组接边修复数据；

25、步骤4.3：将各组接边修复数据作为初始接边结果，分别重新执行步骤2和步骤3，生成对应的连续异常线段，并基于各组的连续异常线段数量确定最终的目标栅格数据。

26、进一步地，步骤4.1具体包括：

27、采用高斯低通滤波算法对所述初始接边结果进行全局平滑处理，得到无数值断层的所述平滑基底数据。

28、基于欧式距离变换算法计算所述初始接边结果中每个像元到所述连续异常线段的空间距离，得到空间距离场。

29、进一步地，所述不同的空间自适应衰减融合权重分别通过传统高斯衰减模态、三次平滑阶跃模态、五次平滑阶跃模态和线性衰减模态进行计算；其中所述传统高斯衰减模态对应的空间自适应衰减融合权重计算公式为：

30、

31、其中，表示像元到连续异常线段的距离，表示衰减控制参数，表示设定的缓冲距离；

32、所述三次平滑阶跃模态对应的空间自适应衰减融合权重计算公式为：

33、

34、式中，

35、；

36、所述五次平滑阶跃模态对应的空间自适应衰减融合权重计算公式为：

37、；

38、所述线性衰减模态对应的空间自适应衰减融合权重计算公式为：

39、。

40、进一步地，步骤4.3具体包括：

41、将各组接边修复数据作为初始接边结果，分别重新执行步骤2和步骤3，生成对应的连续异常线段作为残留异常线段，计算各组残留异常线段的总长度，利用公式计算各组的异常线段消除率，其中表示异常线段消除率，表示修复前的连续异常线段的总长度，表示残留异常线段的总长度；

42、选择异常线段消除率最高的接边修复数据作为目标栅格数据。

43、第二方面，本发明提供的一种基于掩膜约束与多模态自适应衰减融合的跨区域建模接边处理系统，包括：

44、初始接边单元，用于获取多个目标区域独立建模生成的栅格数据，统一所述栅格数据的坐标系并完成空间拼接，得到初始接边结果；

45、空间采样单元，用于从所述初始接边结果中提取相邻目标区域之间的共享边界，对所述共享边界两侧进行空间采样以计算区域像元值；

46、异常识别单元，用于根据预设分级体系对所述区域像元值进行等级映射，并根据等级映射结果识别所述初始接边结果的接边异常点，对所述接边异常点进行空间聚类，并基于空间聚类结果生成连续异常线段；

47、接边修复单元，用于利用所述连续异常线段，对所述初始接边结果进行空间自适应融合修复，得到目标栅格数据。

48、本发明的有益效果为：

49、本发明提供的方法首先通过法向采样方式获取区域像元值，能够有效降低局部噪声影响，提高接边检测的稳定性；其次，通过基于分级体系的差异判定，实现了对接边异常的自动识别；然后，通过空间聚类与结构重构，将离散的异常接边点转化为连续异常线段的空间结构，增强了异常区域的可解释性与后续处理的针对性；并且提供多模态的空间自适应衰减融合权重，在连续异常线段区域构建平滑基底与距离权重场，实现了无缝过渡，有效消除了传统拼接方法中常见的条带效应，同时保留原始数据的纹理特征。此外本发明还通过闭环评估机制，能够量化修复效果，从而提升整体处理质量。综上，本发明提供的方法具有较强的通用性，可广泛应用于遥感数据融合、环境要素分析及多区域预测结果整合等领域。