一种数据和图像快速裁切的方法与流程

本发明属于环境工程技术领域，具体地说，涉及一种数据和图像快速裁切的方法.

背景技术：

全球气候和生态环境变化已成为研究热点，全球水资源日益短缺,水污染日益加重、干旱、暴雨、台风等极端天气、气候灾害等越来越频繁使得全球生态环境的研究、治理和保护日益迫切和重要。

在这一背景下，需要对关注热点区域的生态、土地利用、水文和气候变化结合空间范围进行精确定量化研究。因此，亟待探索一种适用于包含不同要素的不同类型栅格或图像数据集的任意几何形状准确快速裁切技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种数据和图像快速裁切的方法，该方法将为全球气候、遥感和生态定量化分析计算提供技术保障，从而为复杂地形地貌、气候和生态环境下气候变化、土地利用、植被动态变化和生态环境变化的定量研究提供新的途径。其具体技术方案为：

一种数据和图像快速裁切的方法，包括以下步骤：

步骤1、根据研究区域确定和研究区域空间范围一致的矢量多边形并生成shp格式多边形数据；

步骤2、确定需要裁切的数据或数据集中包含研究所需要的气象、地形或生态数据；确定多边形数据、需要裁切的数据的坐标系统和大地投影完全一致；

步骤3、确定需要裁切的栅格数据或矢量数据的规模大小时间序列长度，对时间序列长度较短的数据或数据集采用R语言编程直接裁切的方式，对时间序列长度较长的数据集，R语言、跨平台免费气象数据处理软件CDO、NCL和免费开源操作系统Linux的shell混合编程实现，整个过程通过程序代码运行完成；

步骤4、启动程序通过界面选择设置参数、对数据进行裁切，裁切完成的同时以带有空间坐标和色标图形方式显示裁切后的数据，通过观察图形可以快速判断裁切后的数据是否是所需的数据以及裁切是否准确无误，时间序列长度较短的数据或数据集直接裁切后R语言编程可视化显示，大规模长时间序列数据集裁切后用NCL语言或Grads语言程序可视化显示；

步骤5、对裁切后的数据进行计算和分析，将裁切后数据按照空间位置和时间序列输出为便于在Matlab、SPSS或Excel中数值计算和统计的文本数据；

步骤6、对具有空间位置信息如经纬度信息的文本数据，生成能够进行空间分析和计算的空间栅格数据或矢量数据。

本发明所述用于裁切数据集的矢量多边形数据为任意形状和任意数量的矢量多边形数据。所述数据集为任意要素的带有空间位置信息的数据集或图像，可用于气象、遥感和生态领域数据定量化计算分析和研究。

数据和图像裁切完成后可以快速可视化验证裁切的空间和数据准确性。同时可直接对裁切数据或图像进行空间分析和统计。

本发明可以将带有空间位置数据信息的文本数据生成栅格数据或图像。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1根据选择的任意形状多边形，完成对栅格数据文件的精确裁切，裁切之后的数据文件为netcdf格式，形状和选择的多边形完全一致。

2根据指定的任意形状多边形，完成对矢量格式数据文件的精确裁切，裁切之后的矢量格式数据文件为netcdf格式或者ESRI shp文件格式，形状和选择的多边形完全一致。

3可以将文本格式数据通过程序生成可以图形可视化显示的栅格或矢量格式数据文件。

4可以对裁切后的数据文件进行计算分析，最简单的计算求面积、最大值、最小值、均值、方差。复杂的计算包括多元回归分析、趋势分析、EOF分析、Hurst指数分析和分箱计算。

本发明具有操作简单、使用方便、成本低廉、效益良好的特点，适合推广应用。

附图说明

图1中国西北干旱区矢量多边形；

图2中国西北干旱区DEM；

图3新疆气候区划；

图4新疆季节降水量空间分布图，其中，图4(A)至图4(D)分别为春夏秋冬的降水多年平均值；

图5新疆各气候区划年降水量均值。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方案对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

以全球DEM(数字高程)数据GTOPO_DEM.nc为例，从全球DEM数据集中裁切出中国西北干旱区DEM数据集。具体方法如下：(1)首先准确绘制中国西北干旱区矢量多边形North_West.shp。(2)在linux或Windows系统中安装免费开源R语言开发环境并安装配置好与数据图像裁切和分析计算相关的程序包library(raster)、library(rgdal)、library(ncdf)、library(arulesSequences)、library(Base R)、library(timsac)、library(princomp)；

(3)在程序中读入中国西北干旱区矢量多边形数据North_West.shp；(4)对中国西北干旱区矢量多边形North_West.shp转换投影为WGS84；(5)在程序中读入netcdf格式的空间分辨率为30s的全球高程数据GTOPO_DEM_30s.nc；(6)指定裁切后的中国西北干旱区高程数据名称为GTOPO_North_West.nc；(7)将netcdf格式全球高程数据GTOPO_DEM_30s.nc转换为栅格格式GTOPO_Raster；(8)在程序中利用中国西北干旱区矢量多边形North_West.shp调用R语言crop模块对全球高程数据GTOPO_DEM_30s.nc进行切割；(9)将裁切后在内存中的栅格数据转换成矩阵数据便于统计分析；(10)以指定的中国西北干旱区高程数据文件名GTOPO_North_West.nc将裁切后在内存中的栅格数据保存为磁盘文件。(11)调用NCL(The NCAR Command Language)程序包模块读取裁切后在内存中的栅格数据可视化并以带有空间经纬度信息的专题图方式输出图形文件GTOPO_North_West.png；(12)程序见软件著作登记[基于R和CDO的数据和图像快速裁切软件系统]。

实施例2

以中国降水数据CN_Preciptation.nc为例，用新疆矢量多边形China_XJ.shp从中国降水数据集中裁切出中国新疆降水数据集CN_XJ_Preciptation.nc，并进一步在新疆气候区划基础上分区裁切和计算新疆各个气候区划的降水量及降水空间分布。采用国家测绘局制作的新疆矢量多边形数据并绘制中国新疆气候区划矢量多边形如图3。图4为新疆矢量多边形裁切中国降水数据集后得到新疆多年季节降水量均值空间分布图，图5为新疆各气候区划裁切中国多年降水量均值得到的新疆各气候区划多年降水量均值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。