一种数字高程异常数据的转换方法及装置发明专利

专利名称：一种数字高程异常数据的转换方法及装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202110055481.6

专利申请（专利权）人：国家基础地理信息中心
权利人地址：北京市海淀区莲花池西路28号国家基础地理信息中心

专利发明（设计）人：王永尚,孙占义,张鹏,贾云鹏

专利摘要：本发明涉及一种数字高程异常数据的转换方法及装置，通过选择预定分辨率及每分辨率下预定采样数的高程异常数据生成不规则三角网、制作栅格数据，并通过分带投影转换后，按照预定规格的格网数进行重新采样，从而得到DEM数据，以完成全国数字高程模型数据成果大地高和正常高的转换，生成全国范围任意分辨率格网大地高转正常高差值(即高程异常值)的数据产品。能够实现全国似大地水准面计算模型转换任意分辨率栅格数字高程异常模型，转换涉及范围大、精度高，并且通过对转换后的数据进行裁切处理和接边处理，为形成一套新的覆盖全国、更为精细的数字地形数据提供了重要基础，同时，为数字地形数据精细化和变化更新提供了可靠的保障。

主权利要求：
1.一种数字高程异常数据的转换方法，其特征在于，包括步骤：选择预定分辨率及每分辨率下预定采样数的高程异常数据生成不规则三角网；
利用所生成的不规则三角网，制作栅格数据；
对栅格数据进行分带投影转换，以确定格网起算点，包括：进行分带格网配准，以使得所述格网起算点为格网中心点；
按照预定规格的格网数进行重新采样，从而得到转换后的DEM数据；
设置投影坐标信息以确定裁切范围，并按照所述裁切范围对所述DEM数据进行裁切处理；
对裁切处理后的DEM数据进行接边处理，包括：针对同带DEM数据，各数据之间保持零接边；针对不同带DEM数据，进行数据接边处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择预定分辨率及每分辨率下预定采样数中，选择预定分辨率包括5'×5'分辨率,每分辨率下预定采样数包括每个分辨率下采样6个数据点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所生成的不规则三角网，制作栅格数据，包括采用最邻近内插算法制作栅格数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述设置投影坐标信息以确定裁切范围，包括确定栅格数据的起止格网点：按第一标准分幅内图廓四个角点坐标的最小外接矩形向外扩展n个格网间距。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述四个角点坐标通过以下公式确定：Xmin＝int[min(X1,X2,X3,X4)/d]×d‑n×dYmin＝int[min(Y1,Y2,Y3,Y4)/d]×d‑n×dXmax＝[int[max(X1,X2,X3,X4)/d]+1]×d+n×dYmax＝[int[max(Y1,Y2,Y3,Y4)/d]+1]×d+n×d其中，X1,Y1,X2,Y2,X3,Y3,X4,Y4为第二标准分幅内图廓四个角点坐标，+X指北，+Y指东，d为格网尺寸，int为将数字向下取为最近的整数，max为返回参数列表中的最大值，min为返回参数列表中的最小值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，按照所述裁切范围对所述DEM数据进行裁切处理，包括利用导入的图廓对需要裁切的DEM数据进行批量裁切。
7.一种数字高程异常数据的转换装置，其特征在于，包括不规则三角网生成模块、栅格数据制作模块、分带投影转换模块、重新采样模块、裁切处理模块、以及接边处理模块；其中，所述不规则三角网生成模块，选择预定分辨率及每分辨率下预定采样数的高程异常数据生成不规则三角网；
所述栅格数据制作模块，利用所生成的不规则三角网，制作栅格数据；
所述分带投影转换模块，对栅格数据进行分带投影转换，以确定格网起算点，包括：进行分带格网配准，以使得所述格网起算点为格网中心点；
所述重新采样模块，按照预定规格的格网数进行重新采样，以得到转换后的DEM数据；
所述裁切处理模块，设置投影坐标信息以确定裁切范围，并按照所述裁切范围对所述DEM数据进行裁切处理；
所述接边处理模块，对裁切处理后的DEM数据进行接边处理，包括：针对同带DEM数据，各数据之间保持零接边；针对不同带DEM数据，进行数据接边处理。 说明书 : 一种数字高程异常数据的转换方法及装置技术领域[0001] 本发明涉及地理信息处理技术领域，尤其涉及一种数字高程异常数据的转换方法及装置。背景技术[0002] 地形地貌是地理环境最基本的要素之一，是影响甚至决定自然资源分布、质量、变化的关键控制因子，也是开展开发建设和生态保护修复活动的基本先决条件。通过多年来循序渐进的努力和积累，通过多种技术途径和方法，我国已形成了覆盖全国的数字高程模型数据，在国民经济和社会发展中发挥了重要作用。但随着自然资源管理、生态环境保护日益迈向精细化，已有数据在精细程度和反映变化方面都存在较大差距，难以满足退耕还林还草、水土保持与生态保护、空间规划与用途管制、自然资源资产评估等管理业务中对更加精细的数字地形数据的需求。因此，迫切需要尽快形成一套新的覆盖全国、更为精细的数字地形数据。[0003] 当前，尽快形成一套新的覆盖全国、更为精细的数字地形数据以及时响应需求的条件已经成熟。一方面，具备立体测图能力的资源三号卫星已运行多年，影像保障能力可靠、技术状态稳定，利用立体卫星影像生产数字地形数据的相关技术方法已经过检验，能够满足1:50000数字地形数据生产的技术指标，成熟高效，可以大范围展开。另一方面，随着机构改革调整，各省(自治区、直辖市)掌握的1:10000数字地形数据也可通过上下联动得到更好的共享利用，可以作为重要的数据资源。此外，最新的高分七号，提供了相较资源三号更高分辨率的立体测图能力，按照设计目标，能够满足1:10000数字地形数据生产的技术要求，在投入稳定运行后，有望为进一步开展数字地形数据精细化和变化更新提供可靠保障。发明内容[0004] 基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种数字高程异常数据的转换方法及装置，以完成全国数字高程模型数据成果大地高和正常高的转换，生成全国范围任意分辨率格网大地高转正常高差值(即高程异常值)的数据产品。[0005] 为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种数字高程异常数据的转换方法，包括步骤：[0006] 选择预定分辨率及每分辨率下预定采样数的高程异常数据生成不规则三角网；[0007] 利用所生成的不规则三角网，制作栅格数据；[0008] 对栅格数据进行分带投影转换，以确定格网起算点；[0009] 按照预定规格的格网数进行重新采样，从而得到转换后的DEM数据。[0010] 进一步的，还包括步骤：[0011] 设置投影坐标信息以确定裁切范围，并按照所述裁切范围对所述DEM数据进行裁切处理；[0012] 对裁切处理后的DEM数据进行接边处理。[0013] 进一步的，所述选择预定分辨率及每分辨率下预定采样数中，选择预定分辨率包括5'×5'分辨率,每分辨率下预定采样数包括每个分辨率下采样6个数据点。[0014] 进一步的，所述利用所生成的不规则三角网，制作栅格数据，包括采用最邻近内插算法制作栅格数据。[0015] 进一步的，所述对栅格数据进行分带投影转换，包括进行分带格网配准，以使得起算点为格网中心点。[0016] 进一步的，所述设置投影坐标信息以确定裁切范围，包括确定栅格数据的起止格网点：按第一标准分幅内图廓四个角点坐标的最小外接矩形向外扩展n个格网间距。[0017] 进一步的，所述四个角点坐标通过以下公式确定：[0018] Xmin＝int[min(X1,X2,X3,X4)/d]×d‑n×d[0019] Ymin＝int[min(Y1,Y2,Y3,Y4)/d]×d‑n×d[0020] Xmax＝[int[max(X1,X2,X3,X4)/d]+1]×d+n×d[0021] Ymax＝[int[max(Y1,Y2,Y3,Y4)/d]+1]×d+n×d[0022] 其中，X1,Y1,X2,Y2,X3,Y3,X4,Y4为第二标准分幅内图廓四个角点坐标，+X指北，+Y指东，d为格网尺寸，int为将数字向下取为最近的整数，max为返回参数列表中的最大值，min为返回参数列表中的最小值。[0023] 进一步的，所述按照裁切范围对DEM数据进行裁切处理，包括利用导入的图廓对需要裁切的DEM数据进行批量裁切。[0024] 进一步的，对所述裁切处理后的DEM数据进行接边处理包括：针对同带DEM数据，各数据之间保持零接边；针对不同带DEM数据，进行数据接边处理。[0025] 根据本发明的另一个方面，提供了一种数字高程异常数据的转换装置，包括不规则三角网生成模块、栅格数据制作模块、分带投影转换模块、重新采样模块、裁切处理模块、以及接边处理模块；其中，[0026] 所述不规则三角网生成模块，选择预定分辨率及每分辨率下预定采样数的高程异常数据生成不规则三角网；[0027] 所述栅格数据制作模块，利用所生成的不规则三角网，制作栅格数据；[0028] 所述分带投影转换模块，对栅格数据进行分带投影转换，以确定格网起算点；[0029] 所述重新采样模块，按照预定规格的格网数进行重新采样，以得到转换后的DEM数据；[0030] 所述裁切处理模块，设置投影坐标信息以确定裁切范围，并按照所述裁切范围对所述DEM数据进行裁切处理；[0031] 所述接边处理模块，对裁切处理后的DEM数据进行接边处理。[0032] 综上所述，本发明提供了一种数字高程异常数据的转换方法及装置，通过选择预定分辨率及每分辨率下预定采样数的高程异常数据生成不规则三角网、制作栅格数据，并通过分带投影转换后，按照预定规格的格网数进行重新采样，从而得到DEM数据，以完成全国数字高程模型数据成果大地高和正常高的转换，生成全国范围任意分辨率格网大地高转正常高差值(即高程异常值)的数据产品。能够实现全国似大地水准面计算模型转换任意分辨率栅格数字高程异常模型，转换涉及范围大、精度高，并且通过对转换后的数据进行裁切处理和接边处理，为形成一套新的覆盖全国、更为精细的数字地形数据提供了重要基础，同时，为数字地形数据精细化和变化更新提供了可靠的保障。附图说明[0033] 图1是本发明数字高程异常数据的转换方法的流程图；[0034] 图2是数字高程异常数据分带与分区示意图；[0035] 图3是图廓及起止点关系示意图；[0036] 图4是本发明数字高程异常数据的转换装置的构成框图。具体实施方式[0037] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。[0038] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种数字高程异常数据的转换方法，该方法的流程图如图1所示，包括步骤：[0039] 选择预定分辨率及每分辨率下预定采样数的高程异常数据生成不规则三角网(TIN)。中国现在使用的似大地水准面为CQG2000，其精度为分米级(30cm‑60cm)，分辨率为15'×15'，覆盖范围为全国陆海国土，即包括了我国的大陆和海洋(包括专属经济区)部分，主要满足全国1:50000比例尺的测图工程。经过分析，本实施例利用CQG2000模型生成全国5'×5'分辨率18万个高程控制格网数据产品，即选择预定分辨率包括5'×5'分辨率,每分辨率下预定采样数包括每个分辨率下采样6个数据点。本实施例提供的方法，转换范围可以以1:5万标准图幅为单元，覆盖全国陆地国土，包括34个省市自治区以及特别行政区。任务分区与分带：利用全国5'×5'分辨率18万个高程异常格网数据，结合不同区域的需求特点，将全国作业范围分为几个作业区域，例如:分别为作业区1、作业区2、作业区3、作业区4和作业区5任务区，数字高程异常数据分带与分区示意图如图2所示。基于高程异常属性进行不规则三角网(TIN)生成，所生成的不规则三角网(TIN)是对全国高程异常起伏趋势的大体反映，从而使得生成的DEM数据能将全国山地、平原等高程异常地貌特点反应在影像中。即采用全国5'×5'分辨率18万个高程异常格网数据做基础数据源，按6度分带范围生产DEM，格网间距采用10米。[0040] 利用所生成的不规则三角网(TIN)，制作栅格数据，栅格数据的制作，可以采用最邻近内插算法。测试与实验表明，DEM的精度主要取决于全国5'×5'分辨率高程异常值，不同的内插方法对其精度无显著的影响，因此可以选择自然邻域法插值，输出数据结果相比线性差值，但是平滑度更好。栅格输出过程中通过采样距离的设置，格网尺寸10m×10m,符合总体技术设计要求。[0041] 对栅格数据进行分带投影转换，包括进行分带格网配准，以使得起算点为格网中心点。可以采用高斯‑克吕格投影，6°分带，坐标单位为“米”。例如，根据图2中示出的分带情况，各个分带下的格网中心点X、Y可以通过如下公式确定：[0042] 13带X＝1327975，Y＝4244695[0043] 14带X＝14677265，Y＝4062035[0044] 15带X＝15509245，Y＝4207325[0045] 16带X＝16510515，Y＝4114775[0046] 17带X＝17513475，Y＝3738855[0047] 18带X＝18514875，Y＝3697335[0048] 19带X＝19476305，Y＝3494465[0049] 20带X＝20478985，Y＝3888465[0050] 21带X＝21524295，Y＝4414155[0051] 22带X＝22414635，Y＝5171385[0052] 23带X＝23330935，Y＝5171385[0053] 按照预定规格的格网数进行重新采样，例如可以选择按照10米格网重新采样，从而得到转换后的DEM数据。[0054] 设置投影坐标信息以确定裁切范围，并按照所述裁切范围对所述DEM数据进行裁切处理，裁切处理可以通过如下步骤进行：首先打开需要裁切的大块DEM，其次利用导入的图廓进行批量裁切。[0055] 图3示出了图廓及起止点关系示意图，其中包括确定栅格数据的起止格网点：按第一标准分幅内，例如标准1:50000分幅，图廓四个角点坐标的最小外接矩形向外扩展n个格网间距，例如n可以为50，即各省局任务区外扩50公里外接矩形区进行分幅。其中四个角点坐标可以通过以下公式确定：[0056] Xmin＝int[min(X1,X2,X3,X4)/d]×d‑n×d[0057] Ymin＝int[min(Y1,Y2,Y3,Y4)/d]×d‑n×d[0058] Xmax＝[int[max(X1,X2,X3,X4)/d]+1]×d+n×d[0059] Ymax＝[int[max(Y1,Y2,Y3,Y4)/d]+1]×d+n×d[0060] 其中，X1,Y1,X2,Y2,X3,Y3,X4,Y4为第二标准分幅内，例如标准1:50000分幅，图廓四个角点坐标，+X指北，+Y指东，d为格网尺寸，int为将数字向下取为最近的整数，max为返回参数列表中的最大值，min为返回参数列表中的最小值。DEM数据格网间距即为数据的分辨率，无论采用何种格网间距，其在X、Y轴方向的分辨率应一致，10米分辨率DEM数据格网间距为10米。内图廓线的外接矩形为界的范围内所有DEM高程皆有效。DEM的范围应根据起止格网点计算公式所计算的结果再向四周扩展50个格网间距，便于拼接以及带间接边处理。对于缺少资料等无法生产的区域，即高程异常无值区，高程异常值赋为9999，并进行说明。[0061] 对裁切处理后的DEM数据进行接边处理，针对同带DEM数据，各数据之间保持零接边；针对不同带DEM数据，进行数据接边处理，数据接边处理可以按照如下步骤进行：在分带和分区数据外廓预定距离基础上，例如可以为50公里，数据接边要遵循等高程异常数据合理化的基本原则，保持高程异常的连续性。[0062] 不同的生产责任区之间需要接边。中国国界处需要与全球测图项目生产的DEM数据接边。低精度数据向高精度数据接边，国界范围向全球测图项目生产的DEM数据接边。接边后同名格网点的高程异常值应保持一致。接边时应当在接边线附近小范围进行平滑，接边后数据避免有明显的接边痕迹。接边处高程中误差可放宽到2倍中误差。[0063] 本发明该实施例所提供的转换方法中对于数据精度的要求，隐蔽地区的高程中误差可按表中规定的高程中误差的1.5倍计。高程中误差的两倍为采样点数据最大误差限。接边处高程中误差可放宽到最大限差。高程值取位至少保留3位小数对生成的DEM还应当进行质量检查，重点对数据范围、格网尺寸、高程粗差、高程无值区等方面进行检查。[0064] 根据本发明的另一个实施例，提供了一种数字高程异常数据的转换装置，图4示出了该装置的构成框图，包括不规则三角网生成模块、栅格数据制作模块、分带投影转换模块、重新采样模块、裁切处理模块、以及接边处理模块。[0065] 不规则三角网生成模块，选择预定分辨率及每分辨率下预定采样数的高程异常数据生成不规则三角网(TIN)。根据分析以及测算，采用全国5'×5'分辨率18万个高程异常格网数据做基础数据源，按6度分带范围生产DEM，格网间距采用10米。[0066] 栅格数据制作模块，利用所生成的不规则三角网，制作栅格数据，例如可以采用最邻近内插算法制作栅格数据。进行分带格网配准，以使得起算点为格网中心点。[0067] 分带投影转换模块，对栅格数据进行分带投影转换；[0068] 重新采样模块，按照预定规格的格网数进行重新采样，以得到转换后的DEM数据。[0069] 裁切处理模块，设置投影坐标信息以确定裁切范围，并按照所述裁切范围对所述DEM数据进行裁切处理。所述设置投影坐标信息以确定裁切范围，包括确定栅格数据的起止格网点：按第一标准分幅内图廓四个角点坐标的最小外接矩形向外扩展n个格网间距。其中四个角点坐标可以通过以下公式确定：[0070] Xmin＝int[min(X1,X2,X3,X4)/d]×d‑n×d[0071] Ymin＝int[min(Y1,Y2,Y3,Y4)/d]×d‑n×d[0072] Xmax＝[int[max(X1,X2,X3,X4)/d]+1]×d+n×d[0073] Ymax＝[int[max(Y1,Y2,Y3,Y4)/d]+1]×d+n×d[0074] 其中，X1,Y1,X2,Y2,X3,Y3,X4,Y4为第二标准分幅内图廓四个角点坐标，+X指北，+Y指东，d为格网尺寸，int为将数字向下取为最近的整数，max为返回参数列表中的最大值，min为返回参数列表中的最小值。[0075] 接边处理模块，对裁切处理后的DEM数据进行接边处理。针对同带DEM数据，各数据之间保持零接边；针对不同带DEM数据，进行数据接边处理。[0076] 综上所述，本发明涉及一种数字高程异常数据的转换方法及装置，通过选择预定分辨率及每分辨率下预定采样数的高程异常数据生成不规则三角网、制作栅格数据，并通过分带投影转换后，按照预定规格的格网数进行重新采样，从而得到DEM数据，以完成全国数字高程模型数据成果大地高和正常高的转换，生成全国范围任意分辨率格网大地高转正常高差值(即高程异常值)的数据产品。能够实现全国似大地水准面计算模型转换任意分辨率栅格数字高程异常模型，转换涉及范围大、精度高，并且通过对转换后的数据进行裁切处理和接边处理，为形成一套新的覆盖全国、更为精细的数字地形数据提供了重要基础，同时，为数字地形数据精细化和变化更新提供了可靠的保障。[0077] 应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

专利地区：北京

专利申请日期：2021-01-15

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN114764846B