[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

摘要

本发明提供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，原始DEM采用大地坐标系进行存储，创建栅格文件，对原始DEM的栅格像元依次遍历，取相邻的4个点构建规则三角形并计算新的栅格像元区域的表面面积，得到的栅格文件定义为数字地表面积模型SAM；给定任意矢量多边形，将矢量多边形与SAM进行空间叠置，汇总SAM中落在矢量多边形内栅格像元的像元值，得到该矢量多边形的地表面积。本发明总体上具有实现简单、效率高等特点，相对于现有技术，本发明的精度也有较大提高。

主权项

一种基于大地坐标系数字高程模型的地表表面面积提取方法，其特征在于：进行以下步骤，步骤一、设原始DEM采用大地坐标系进行存储，DEM栅格像元行数为M，列数为N，栅格分辨率为C，所述DEM为数字高程模型；创建一个(M‑1)×2行、(N‑1)×2列的空的栅格文件，栅格文件中各栅格像元的值默认为0，栅格文件的坐标系统和原始DEM相同；设原始DEM的起始点经纬度坐标为(B1,L1)，则栅格文件的起始点经纬度坐标为(B1+C,L1+C)；步骤二、对原始DEM的栅格像元依次遍历，构建规则三角形并计算新的栅格像元区域的表面面积如下，进行以下子步骤，步骤2.1，设i表示当前遍历的行号、j表示当前遍历的列号，则当前遍历的栅格像元行列坐标为(i,j)，令i初始值为2，j初始值为2，步骤2.2，根据当前的(i,j)确定当前栅格像元点，并获得行列号为(i‑1,j‑1),(i,j‑1)和(i‑1,j)栅格像元点，构成相邻的4个点；步骤2.3，根据步骤2.2所得相邻的4个点在平面上得到一个四边形，内插出四边形四条边的中点高程值和对角线交点的高程值，得到5个点；步骤2.4，由步骤2.2所得相邻的4个点和步骤2.3所得4个点相应四边形中四条边的中点和对角线交点，得到空间上相邻的8个三角形；步骤2.5，对步骤2.2和步骤2.3所得共9个点的经纬度坐标，按照如下公式转换为空间直角坐标，X＝(N+H)×Cos(B)×Cos(L)Y＝(N+H)×Cos(B)×Sin(L)Z＝[N×(1‑e²)+H]×Sin(B)式中，B,L,H分别表示某点的纬度、经度和高程值，X,Y,Z分别表示该点在三维空间直角坐标系中的坐标值；Cos(B)为纬度的余弦值，Sin(B)是纬度的正弦值，Sin(L)是经度的正弦值，Cos(L)是经度的余弦值；e²为地球椭球体的第一偏心率的平方，参数N的计算公式如下，$N=\frac{a}{\sqrt{1-e^2{\sin }^{2}B}}$式中，a为地球椭球体的长半轴；步骤2.6，利用海伦公式分别计算8个三角形的面积，包括根据三角形三个顶点的空间直角坐标获取面积；步骤2.7，由相邻三角形两两组合得到四边形，共得到4个新的四边形；步骤2.8，根据8个三角形与4个新的四边形的组成关系，分别汇总三角形的面积得到4个新的四边形的面积；步骤2.9，将4个新的四边形的面积写入到新的栅格文件的对应行列号(2i‑3,2j‑3)、(2i‑2,2j‑3)、(2i‑2,2j‑2)、(2i‑3,2j‑2)中；取原始DEM的下一个遍历的行列坐标为新的(i,j)，返回步骤2.2，直至遍历完成，得到的栅格文件定义为数字地表面积模型，标记为SAM，进入步骤三；步骤三、给定任意矢量多边形，将矢量多边形与SAM进行空间叠置，汇总SAM中落在矢量多边形内栅格像元的像元值得到V，将V作为该矢量多边形的地表面积；其中，栅格像元是否落在矢量多边形内按照以下规则进行判定，若栅格像元的中心点落在矢量多边形内或矢量多边形边上，则该栅格像元算在矢量多边形内，否则不在。