[发明专利]一种基于坡向约束的地形表面面积计算方法

说明书

本发明提供了一种基于坡向约束的地形表面面积计算方法，针对现有技术无法有效地直接存储地形信息数据，且忽视地形要素对于地形地貌的骨架控制作用等的问题，通过地形分析提取地形地貌要素，挖掘隐含在DEM数据中的地形地貌信息，通过地形因子辅助的作用提高了地形表面面积建模精度。

技术领域

本发明属于地表面积计算技术领域，具体涉及一种基于坡向约束的地形表面面积计算方法。

背景技术

地形地貌是地球自然过程和人类活动共同作用的结果，是地表最复杂的现象之一。其形态千变万化但可以分解一系列规律的点、线、面要素。这些点、线、面要素决定了地貌形态的规模和类型，通过地形分析提取要素是地形地貌分析的基础。作用于地形地貌内外营力不同，所形成地形地貌的类型、尺度和规模会出现明显差异；经过长期的地理理论和实践研究，一般认为内营力是形成星体、巨型和大型地貌的主因，而外营力是形成中小型和微型地貌的主因。数字地形地貌分析是对DEM数据的深度信息的提取，由于DEM数据仅记录离散的高程点、线数据，无法有效地直接存储地形信息数据，因此有必要通过一系列提取方法挖掘隐含在DEM数据中的地形地貌信息。表面面积是众多地形因子中非常重要的一个，也是众多其他复杂地形因子的基础因子。随着遥感技术的提高，基于规则格网DEM格式存储的高精度高程数据得到广泛推广，而传统规则格网DEM数据的表面面积提取方法通过三角构网、曲面拟合等方法实现表面面积计算，忽视了地形要素对于地形地貌的骨架控制作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于坡向约束的地形表面面积计算方法，用于通过地形因子辅助的作用提高地形表面面积的建模精度。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于坡向约束的地形表面面积计算方法，包括以下步骤：

步骤S1：收集数字高程模型数据集A；

步骤S2：根据步骤S1得到的数据集A计算坡向数据集B；

步骤S3：根据数据集A创建表面面积数据集C；

步骤S4：以数据集A和步骤S2得到的数据集B作为输入数据，数据集C为输出参数，以像元矩阵作为滑动窗口，对数据集A、数据集B和数据集C进行遍历操作；

步骤S5：步骤S4创建的滑动窗口每次变换之后，以窗口内数据集A和数据集B作为输入参数，计算窗口中心像元表面面积，将结果计入数据集C；

步骤S6：累积数据集C中所有像元的数值之和作为所求的表面面积。

按上述方案，所述的步骤S2中，坡向计算采用基于数值积分的二次曲面拟合曲面法，设Aspect表示像元坡向，Slope_sn表示像元在南北方向坡度，Slope_we在东西方向的坡度，则每个像元的坡度和坡向的计算公式为：

Aspect＝Slope_sn/Slope_we。

进一步的，所述的步骤S3中，具体步骤为：

步骤S31：分别设数据集A的行数为Rows、列数为Cols，设数据集A的像元尺寸为x-size和y-size，设数据集A的起始点的横坐标为x-tl、纵坐标为y-tl；

步骤S32：以Rows、Cols、x-size、y-size、x-tl、y-tl作为栅格参数，创建数据类型为浮点型的栅格数据集，记为C。

进一步的，所述的步骤S4中，具体步骤为：

步骤S41：设像元矩阵的行列数为3×3，设正整数Rc的取值范围为(1，Rows-1)，遍历Rc的所有取值，每次递增1；

步骤S42：针对步骤S41中Rc的每一次取值，设正整数Cc的取值范围为(1，Cols-1)，遍历Cc的所有取值，每次递增1；