一种复杂地表真实面积的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种复杂地表真实面积的计算方法，包括以下步骤：获取研究区域及周边区域的矢量边界和数字高程模型栅格数据，所述栅格数据包括若干个完整栅格和不完整栅格；通过计算获得所有完整栅格和不完整栅格的地表真实面积，进而获得新的矢量边界；对新的矢量边界进行裁剪处理，获得研究区域的地表真实面积数据。该方法可以对复杂区域边界部分进行精细化处理，进一步提高真实面积计算结果的精度，并有利于与其他类型数据(生态、环境、气象、资源等)进行综合分析。源等)进行综合分析。源等)进行综合分析。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂地表真实面积的计算方法


[0001]本专利技术属于生态学、地形学和遥感科学领域，特别是涉及一种复杂地表真实面积的计算方法。

技术介绍

[0002]面积是地表过程研究中的重要参数，包括投影面积和地表面积。投影面积是基于标准椭球体或使用投影地图计算得到的面积；地表面积即考虑地形起伏后面要素沿地球真实表面累积的面积，两种面积之间存在一定差异，并且地表面积往往比投影面积更具有参考价值。
[0003]精确的面积数据是真实测算地表形态的数据基础，准确高效地进行面积计算具有重要的理论价值和实践意义。地表面积作为自然资源估算、生物量和碳储量计算、景观空间格局分析、物种多样性调查、物种分布和种群密度预测以及生态系统服务功能评估等众多科研领域的基础变量，其计算结果准确性的提高既能有效提升研究对象的估算精度，又能使研究结果的不确定性显著降低。
[0004]真实地表难以直接量测，早期的地表面积计算主要基于等高线图和航片，但该方法受地形图精度影响较大，计算精度不高，且繁琐复杂、计算量较大。随着数字化技术的发展，数字高程模型开始用于真实地表面积计算，现有技术中，是将研究区覆盖范围内的数字高程模型作为一个整体进行计算，可分为基于不规则三角网和基于规则正方形格网两大类。基于不规则三角网法是按照一定规则将数据点连接成三角形，把整个区域表达为一系列不规则三角网；基于规则正方形格网的模型包括二次曲面法、坡度模型以及构建三角形模型。
[0005]目前对复杂地表真实面积的研究都是基于上述思路的不同模型进行精度比较。然而，涉及复杂地表真实面积参数的研究通常要结合其他类型数据(生态、环境、气象、资源等)，这些数据大多以栅格形式存储。上述思路中，基于不规则三角网法所构建三角网无法与栅格数据叠加分析，基于规则正方形格网的模型对边界的处理都比较粗糙，在计算边界复杂区域的地表面积时精度较低。因此，亟需提出一种基于完整栅格和非完整栅格分开处理的复杂地表真实面积的计算方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种复杂地表真实面积的计算方法，对复杂区域边界部分进行精细化处理，进一步提高真实面积计算结果的精度，并能够与其他类型数据(生态、环境、气象、资源等)进行综合分析，以解决上述现有技术存在的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种复杂地表真实面积的计算方法，包括以下步骤：
[0008]获取研究区域及周边区域的矢量边界和数字高程模型栅格数据，所述栅格数据包括若干个完整栅格和不完整栅格；
[0009]通过计算获得所有完整栅格和不完整栅格的地表真实面积，进而获得新的矢量边界；
[0010]对新的矢量边界进行裁剪处理，获得研究区域的地表真实面积数据。
[0011]可选的，每个完整栅格的地表真实面积的计算过程包括：取一个完整栅格作为中心栅格，将该完整栅格的中心点分别与相邻的若干个完整栅格中心点相互连接，形成若干个三维三角形；分别计算每个三维三角形的边长和半周长，进而获得每个三维三角形的面积；对所述三维三角形的面积进行求和处理，进而获得该完整栅格的地表真实面积。
[0012]可选的，三维三角形的边长的计算过程包括：获取边长对应的两个完整栅格中心点之间高差的平方和平面距离的平方，所述高差的平方和平面距离的平方之和的均方根即为该边长；
[0013]三维三角形的面积的计算过程包括：将三维三角形的半周长分别与三个边长进行作差处理，获得第一差值、第二差值和第三差值；所述半周长与所述第一差值、第二差值、第三差值的乘积的均方根即为该三维三角形的面积。
[0014]可选的，提取研究区域的不完整栅格的过程包括：根据所述矢量边界临时创建与所述栅格数据分辨率一致且栅格中心重合的栅格掩膜数据，并为其赋非空值；对所述栅格掩膜数据与输入的栅格数据进行运算处理，将所述栅格掩膜数据中的空值栅格输出为空值，非空值栅格在输出中被赋予对应位置的输入栅格值，输出的栅格数据即为提取出的全部不完整栅格数据。
[0015]可选的，每个不完整栅格的地表真实面积的计算过程包括：获取不完整栅格的垂直投影面积和地表粗糙度，所述垂直投影面积和地表粗糙度的乘积即为不完整栅格的地表真实面积。
[0016]可选的，所述不完整栅格的垂直投影面积的计算过程包括：将不完整栅格数据转换为网格多边形，并与研究区域的矢量边界做相交运算，获得研究区域的多边形要素，所述多边形要素的面积即为不完整栅格的垂直投影面积；
[0017]所述不完整栅格对应的完整栅格的地表真实面积与所述垂直投影面积的比值即为所述不完整栅格的地表粗糙度。
[0018]可选的，获取研究区域的地表真实面积数据的过程包括：将不完整栅格的地表真实面积数据嵌入完整栅格的地表真实面积数据中，得到研究区域及其周边区域的地表真实面积数据；将研究区域的矢量边界调整为完全包含不完整栅格的新的矢量边界，基于所述新的矢量边界将大于研究区域的地表真实面积数据裁剪，获得研究区域的地表真实面积数据。
[0019]本专利技术的技术效果为：
[0020]本专利技术提出一种基于完整栅格和非完整栅格分开处理的复杂地表真实面积的计算方法，该方法可以对复杂区域边界部分进行精细化处理，进一步提高真实面积计算结果的精度，并有利于与其他类型数据(生态、环境、气象、资源等)进行综合分析。
附图说明
[0021]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0022]图1为本专利技术实施例中的复杂地表真实面积的计算方法流程图。
具体实施方式
[0023]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0024]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0025]实施例一
[0026]如图1所示，本实施例提供一种复杂地表真实面积的计算方法，以地形复杂、起伏剧烈的横断山区的复杂地表真实面积计算为例。
[0027]横断山区地处青藏高原东南部，位于25
°
33
′‑
34
°
17
′
N，91
°
28
′‑
104
°
28
′
E之间，总面积约为57万km2，境内最高海拔为778m，最低海拔为143m，平均海拔4000m左右。
[0028]获取横断山区及其周边区域的矢量边界数据和数字高程模型栅格数据，为保证研究区域边界部分地表真实面积计算的准确性，数字高程模型栅格数据的范围要略大于矢量边界数据的范围。
[0029]计算横断山区及其周边区域完整栅格地表真实面积
[0030]对于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂地表真实面积的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：获取研究区域及周边区域的矢量边界和数字高程模型栅格数据，所述栅格数据包括若干个完整栅格和不完整栅格；通过计算获得所有完整栅格和不完整栅格的地表真实面积，进而获得新的矢量边界；对新的矢量边界进行裁剪处理，获得研究区域的地表真实面积数据。2.根据权利要求1所述的复杂地表真实面积的计算方法，其特征在于，每个完整栅格的地表真实面积的计算过程包括：取一个完整栅格作为中心栅格，将所述完整栅格的中心点分别与相邻的若干个完整栅格中心点相互连接，形成若干个三维三角形；分别计算每个三维三角形的边长和半周长，进而获得每个三维三角形的面积；对所述三维三角形的面积进行求和处理，进而获得所述完整栅格的地表真实面积。3.根据权利要求2所述的复杂地表真实面积的计算方法，其特征在于，三维三角形的边长的计算过程包括：获取边长对应的两个完整栅格中心点之间高差的平方和平面距离的平方，所述高差的平方和平面距离的平方之和的均方根即为所述三维三角形的边长；三维三角形的面积的计算过程包括：将三维三角形的半周长分别与三个边长进行作差处理，获得第一差值、第二差值和第三差值；所述半周长与所述第一差值、第二差值、第三差值的乘积的均方根即为所述三维三角形的面积。4.根据权利要求1所述的复杂地表真实面积的计算方法，其特征在于，提取研究区域的不完整栅格的过程包括：根据所述矢量边界临...

【专利技术属性】
技术研发人员：任鸿瑞，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：