CN105719344B - 一种三维土地利用现状数据模型的生成方法 - Google Patents

一种三维土地利用现状数据模型的生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三维土地利用现状数据模型的生成方法，数据模型以地类图斑为组织单位，使用面模型拟合三维地形表面，利用DEM数据和二维土地利用现状数据，以地类图斑为单位，提取地类图斑内精简的DEM数据点，提取保持地类图斑边界特征的特征点，并通过DEM数据插值算法三维化，最后在地类图斑二维边界约束下构建三维表面模型，遍历二维土地利用现状地类图斑数据完成整个三维土地利用现状模型构建。本发明可便捷生成三维土地利用现状数据，为征地补偿、定向规划提供有力的数据支撑。

Description

一种三维土地利用现状数据模型的生成方法
技术领域
本发明涉及土地管理电子信息及其相应处理的技术领域，特别是一种土地的三维数据建模。
背景技术
土地是人类赖以生存的基础，实时掌握土地利用现状，是做好土地宏观调控与微观管理的基础，是政府利用土地进行经济决策的科学依据。我国从1992年开始就开始全国土地利用现状数据大统一调查，后期开展土地变更调查，对土地的权属、数量、分布和利用状况进行动态监测，定期更新土地统计数据，积累了丰富的土地利用现状数据成果。
一直以来的土地利用现状调查成果都表现为二维现状图，二维现状图本身是基于抽象符号，不能直接形象地表达地理信息。随着我国改革开放的持续深入，城市化进程不断加快，建设用地需求急剧增长，土地利用现状变化迅速，土地开发进入立体化阶段，传统二维土地利用现状在空间表达上的劣势越来越凸显，研究蕴含更多空间信息的三维土地利用现状建模技术，对于提高土地资源合理开发与利用至关重要，也有利于为土地资源的可持续发展提供科学的决策信息。
目前，三维土地利用现状模型构建存在的问题是：
(1)三维数据采集效率和精度
土地利用现状数据调查一般通过全站仪、全球定位系统(GPS)等手段获取，该手段可以较小范围、大比例尺、高精度的地形建模数据，这种方式精度高，但是采集效率低。近年来出现的干涉雷达、激光扫描仪等新型传感器被认为是快速获取三维数据的新手段，但是这些采集方法数据冗余多、采集范围有限、后期处理困难，整体效率偏低。
(2)目前关于三维地形模型构建比较成熟，各个专家学者针对各种情况研究出多种建模算法，但是目前建模数据组织方法没有以三维土地利用现状为背景并以地类图斑为单位进行数据组织，不利于后期的土地利用现状地类图斑的变更等操作。
(3)国家组织数次全国性土地利用现状调查和变更调查，花费了大量的人力物力，也收获了丰硕的成果，三维土地利用现状建模方法不应该完全抛弃已有调查成果，在小比例尺下，三维土地利用现状建模应该充分利用已有数据快速建模。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种三维土地利用现状数据模型的生成方法，用于解决现有的土地利用现状仅有二维现状图的不足。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种三维土地利用现状数据模型的生成方法，以地类图斑为组织单位，通过数字高程模型数据或其衍生数据中的一种与二维土地利用现状数据二者结合提取三维建模点数据，并在地类图斑约束下构建三维表面模型表达的三维土地利用现状数据。
进一步的，在本发明中，上述生成方法具体包括顺序执行的以下步骤：
步骤一、获取数字高程模型数据或其衍生数据中的一种并记为DEM数据，获取矢量格式的二维土地利用现状数据，通过坐标转换将DEM数据、二维土地利用现状数据处于同一坐标系中；
步骤二、利用DEM数据生成等高线以精简DEM数据，具体需根据海拔落差采集数据，地势平缓则数据量小，地势陡峭则数据量大，通过设置阈值控制采样密度，这样可以减少地势起伏较小地区的数据冗余量；
步骤三、提取二维土地现状图中的单个地类图斑，并对每个地类图斑进行如下操作直至所有地类图斑都操作完毕：
S1、提取该地类图斑内部经过步骤二精简后的DEM数据中的等高线节点数据并构建成三维点集P；
S2、提取维持该地类图斑形态的二维点集S，包括地类图斑的边界拐点和边界等间隔点；
S3、对DEM数据使用插值算法求取二维点集S的高程，构建三维点集Q；
S4、对三维点集P和三维点集Q使用狄洛尼三角剖分算法并在该地类图斑二维边界约束下构建成狄洛尼(即Delaunay)三角面片表面模型，即该地类图斑的三维表面模型。
进一步的，在本发明中，所述步骤三中，通过二维土地利用现状数据的属性信息索引地类图斑文件。
有益效果：
本发明提供的一种三维土地利用现状数据模型，利用二维土地利用现状数据和DEM数据，提取三维建模点数据并在地类图斑约束下构建三维表面模型，从而快速构建土地利用现状三维数据建模；该建模方法有效地利用已有的土地利用现状调查和变更结果，并在此基础上利用地类图斑为组织单位，方便进行后期土地利用现状地类图斑的变更操作。
附图说明
图1为本发明的整体流程图；
图2为本发明的具体实现流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明提供一种三维土地利用现状数据模型及其生成方法，通过二维土地利用现状数据和DEM数据获取建模数据，进而快速构建土地利用现状三维表面模型数据的方法。而作为本发明的优选实例，整个建模主要过程如图1所示，主要包括二维土地利用现状数据的收集，数据的预处理和三维模型的构建三大步骤。图2三维土地利用现状数据生成详细流程，流程主要部分有DEM数据精简及提取、地类图斑边界点提取和高程求取和边界约束下三维表面模型生成。
具体包括以下过程：
S1、收集测区的DEM数据和矢量格式的二维土地利用现状数据作为数据源，DEM数据为数字高程模型数据或其衍生数据中的一种，数据源精度决定生成三维模型精度，理论上足够的数据精度DEM数据可以生成任何比例尺下的三维土地利用现状模型。实例所用DEM数据精度是60m，cellsize(即规格网数据的采样间隔)为0.00083333333333333，该DEM数据可生成比例尺小于等于1:100000的三维土地利用现状模型；将二维土地利用现状数据统一到WGS84坐标系下并分离切割出来需要建模的数据，通过坐标转换使DEM数据也处于WGS84坐标系下，对DEM数据进行合并、裁剪处理，使得DEM数据范围略大于测量区域，保证DEM数据要能包含建模区域；
S2、由于DEM数据有很大的数据冗余，且有一部分的无效数据，需要对DEM数据进行优化和精简，这里可以采用转化为指定间隔的登高线数据来简化DEM数据来减少数据冗余；
S3、对二维土地利用现状数据的单个地类图斑，假设为地类图斑M；具体可通过读取shapefile格式的二维土地利用现状数据，提取单个地类图斑构建临时只包含地类图斑M的shapefile。
S4、通过裁剪算法，提取地类图斑M内部的等高线数据并构建临时shapefile格式临时文件，然后遍历临时文件获取等高线节点，再合并属性(即高程)从而构建三维点集P；
S5、提取地类图斑M边界拐点以及边界等间隔点构建二维点集S，二维点集S又称为地类图斑M的特征点点集，可以维持地类图斑的边界形状；
S6、由于二维点集S是二维点，不能直接参与建模，所以对DEM数据使用插值算法求取二维点集S中所有点的高程，形成三维点集Q，实现二维到三维的转换；
S7、对三维点集P和三维点集Q使用逐点插入Delaunay三角剖分算法在地类图斑M的边界约束下构建地类图斑M的三维表面模型。
S8、依次遍历二维土地利用现状数据的每一个地类图斑进行三维建模操作直至所有地类图斑都完成三维表面模型的建立即可完成整体建模。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种三维土地利用现状数据模型的生成方法，其特征在于：以地类图斑为组织单位，通过数字高程模型数据或其衍生数据中的一种与二维土地利用现状数据二者结合提取三维建模点数据，并在地类图斑约束下构建三维表面模型表达的三维土地利用现状数据；
具体包括顺序执行的以下步骤：
步骤一、获取数字高程模型数据或其衍生数据中的一种并记为DEM数据，获取矢量格式的二维土地利用现状数据，通过坐标转换将DEM数据、二维土地利用现状数据处于同一坐标系中；
步骤二、利用DEM数据生成等高线以精简DEM数据；
步骤三、提取二维土地利用现状数据中的单个地类图斑，并对每个地类图斑进行如下操作直至所有地类图斑都操作完毕：
S1、提取该地类图斑内部经过步骤二精简后的DEM数据中的等高线节点数据并构建成三维点集P；
S2、提取维持该地类图斑形态的二维点集S；
S3、对DEM数据使用插值算法求取二维点集S的高程，构建三维点集Q；
S4、对三维点集P和三维点集Q使用狄洛尼三角剖分算法并在该地类图斑二维边界约束下构建该地类图斑的三维表面模型。
2.根据权利要求1所述的三维土地利用现状数据模型的生成方法，其特征在于：所述步骤三中，通过二维土地利用现状数据的属性信息索引地类图斑文件。
3.根据权利要求1所述的三维土地利用现状数据模型的生成方法，其特征在于：二维点集S中的点为地类图斑的边界拐点和边界等间隔点。
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