[发明专利]基于大地坐标系数字高程模型的地表面积提取方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于地理信息空间分析技术领域，特别是涉及一种基于大地坐标系数字高程模型的地表表面面积提取技术方案。

背景技术

在地理信息空间分析技术领域，目前对地表表面面积的相关研究情况介绍如下：

(1)地表表面面积

地表表面面积是指结合地形条件的地球表面的面积。在地理信息技术领域，对地球进行建模时通常将地球简化为一个标准的椭球体，而不考虑地球表面实际的起伏情况。因此，在进行地图制图和面积量算时，地表的各类地物和要素通常被抽象为分布在椭球体上的点、线、面等不同形态的几何对象。在进行地物的面积统计时，通常统计的是该类地物在标准椭球体上的椭球面积，而非地物真实的表面面积。例如，在国土资源部的全国第二次土地调查项目中，耕地、园地、林地等所有土地利用类型的面积统计的均是椭球面积，而不是土地利用类型在地球表面的真实表面面积。

由于地球表面高地起伏较大，导致地表表面面积与椭球面积会在山区和丘陵地区会存在较大差异。例如，在地形起伏较大的山区可丘陵地区，地表表面面积与椭球面积相差可达20％以上。椭球面积只是地物在地球椭球这一理论模型上的面积，地表面积才是地物对象在地球表面的真实面积。因此，仅仅以地物的椭球面积来表示地物的面积是不能满足资源调查(国土调查、林业调查)等实际应用的需要的。由此可见，利用区域地形起伏资料，确定各类地物和要素在地球表面的表面面积是十分必要的。因此，在由国务院第一次地理国情普查办公室主持的、于2013年-2015年开展的全国第一次地理国情普查与基本统计分析中，已经正式将地表各类要素的地表表面面积计算作为正式的地理国情统计分析指标之一(参考文献1：国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室.地理国情普查基本统计技术规定(GDPJ02—2013))。

(2)基于数字高程模型的地表表面面积提取方法

在地理信息领域，目前用于地表表面面积的提取方法主要有以下几种：1)利用区域数字高程模型(DEM)构建区域的不规则三角网(TIN)，在此基础上叠加需要计算表面面积的矢量多边形，由不规则三角网与多边形的叠加计算得到各多边形的表面面积；(参考文献2：谢成磊,赵荣,梁勇.基于地理坐标的地理国情统计单元表面面积精确计算[J].遥感信息,2014,04:47-51.)2)直接基于数字高程模型数据构建规则三角网，在此基础上叠加需要计算表面面积的矢量多边形，由规则三角网与多边形的空间位置关系，汇总落入多边形内的空间三角形的面积得到各多边形的表面面积(参考文献3：国务院第一次全国地理国情普查领导小组办公室.GDPJ 02-2013地理国情普查基本统计技术规定，2013.9.)；3)基于相邻的4个DEM栅格像元，利用积分公式推算出由4个相邻像元构成的区域的曲面面积，进而依据该曲面与多边形的空间位置关系，汇总落入多边形内的曲面面积，从而得到多边形的表面面积(参考文献4：江帆,吕晓华,王仲兰.基于复化公式的DEM表面积算法分析[J].测绘学院学报,2005,04:263-265.)。4)利用DEM上3乘3的像元窗口构建8个空间三角形，计算3*3区域内的中心像元区域的表面面积，进而利用栅格像元与多边形进行叠加，汇总落入多边形内栅格像元值作为多边形的表面面积。(参考文献5：谢成磊,赵荣,梁勇.基于地理坐标的地理国情统计单元表面面积精确计算[J].遥感信息,2014,04:47-51.；参考文献6：Jenness,JS.Calculating landscape surface area from digital elevation models，WILDLIFE SOCIETY BULLETIN，2004,03,829-839)