本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種數(shù)據(jù)和圖像快速裁切的方法.

背景技術(shù)：

全球氣候和生態(tài)環(huán)境變化已成為研究熱點(diǎn)，全球水資源日益短缺,水污染日益加重、干旱、暴雨、臺(tái)風(fēng)等極端天氣、氣候?yàn)?zāi)害等越來越頻繁使得全球生態(tài)環(huán)境的研究、治理和保護(hù)日益迫切和重要。

在這一背景下，需要對關(guān)注熱點(diǎn)區(qū)域的生態(tài)、土地利用、水文和氣候變化結(jié)合空間范圍進(jìn)行精確定量化研究。因此，亟待探索一種適用于包含不同要素的不同類型柵格或圖像數(shù)據(jù)集的任意幾何形狀準(zhǔn)確快速裁切技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)存在的缺陷，提供一種數(shù)據(jù)和圖像快速裁切的方法，該方法將為全球氣候、遙感和生態(tài)定量化分析計(jì)算提供技術(shù)保障，從而為復(fù)雜地形地貌、氣候和生態(tài)環(huán)境下氣候變化、土地利用、植被動(dòng)態(tài)變化和生態(tài)環(huán)境變化的定量研究提供新的途徑。其具體技術(shù)方案為：

一種數(shù)據(jù)和圖像快速裁切的方法，包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)研究區(qū)域確定和研究區(qū)域空間范圍一致的矢量多邊形并生成shp格式多邊形數(shù)據(jù)；

步驟2、確定需要裁切的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)集中包含研究所需要的氣象、地形或生態(tài)數(shù)據(jù)；確定多邊形數(shù)據(jù)、需要裁切的數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)和大地投影完全一致；

步驟3、確定需要裁切的柵格數(shù)據(jù)或矢量數(shù)據(jù)的規(guī)模大小時(shí)間序列長度，對時(shí)間序列長度較短的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)集采用R語言編程直接裁切的方式，對時(shí)間序列長度較長的數(shù)據(jù)集，R語言、跨平臺(tái)免費(fèi)氣象數(shù)據(jù)處理軟件CDO、NCL和免費(fèi)開源操作系統(tǒng)Linux的shell混合編程實(shí)現(xiàn)，整個(gè)過程通過程序代碼運(yùn)行完成；

步驟4、啟動(dòng)程序通過界面選擇設(shè)置參數(shù)、對數(shù)據(jù)進(jìn)行裁切，裁切完成的同時(shí)以帶有空間坐標(biāo)和色標(biāo)圖形方式顯示裁切后的數(shù)據(jù)，通過觀察圖形可以快速判斷裁切后的數(shù)據(jù)是否是所需的數(shù)據(jù)以及裁切是否準(zhǔn)確無誤，時(shí)間序列長度較短的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)集直接裁切后R語言編程可視化顯示，大規(guī)模長時(shí)間序列數(shù)據(jù)集裁切后用NCL語言或Grads語言程序可視化顯示；

步驟5、對裁切后的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，將裁切后數(shù)據(jù)按照空間位置和時(shí)間序列輸出為便于在Matlab、SPSS或Excel中數(shù)值計(jì)算和統(tǒng)計(jì)的文本數(shù)據(jù)；

步驟6、對具有空間位置信息如經(jīng)緯度信息的文本數(shù)據(jù)，生成能夠進(jìn)行空間分析和計(jì)算的空間柵格數(shù)據(jù)或矢量數(shù)據(jù)。

本發(fā)明所述用于裁切數(shù)據(jù)集的矢量多邊形數(shù)據(jù)為任意形狀和任意數(shù)量的矢量多邊形數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)集為任意要素的帶有空間位置信息的數(shù)據(jù)集或圖像，可用于氣象、遙感和生態(tài)領(lǐng)域數(shù)據(jù)定量化計(jì)算分析和研究。

數(shù)據(jù)和圖像裁切完成后可以快速可視化驗(yàn)證裁切的空間和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。同時(shí)可直接對裁切數(shù)據(jù)或圖像進(jìn)行空間分析和統(tǒng)計(jì)。

本發(fā)明可以將帶有空間位置數(shù)據(jù)信息的文本數(shù)據(jù)生成柵格數(shù)據(jù)或圖像。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

1根據(jù)選擇的任意形狀多邊形，完成對柵格數(shù)據(jù)文件的精確裁切，裁切之后的數(shù)據(jù)文件為netcdf格式，形狀和選擇的多邊形完全一致。

2根據(jù)指定的任意形狀多邊形，完成對矢量格式數(shù)據(jù)文件的精確裁切，裁切之后的矢量格式數(shù)據(jù)文件為netcdf格式或者ESRI shp文件格式，形狀和選擇的多邊形完全一致。

3可以將文本格式數(shù)據(jù)通過程序生成可以圖形可視化顯示的柵格或矢量格式數(shù)據(jù)文件。

4可以對裁切后的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行計(jì)算分析，最簡單的計(jì)算求面積、最大值、最小值、均值、方差。復(fù)雜的計(jì)算包括多元回歸分析、趨勢分析、EOF分析、Hurst指數(shù)分析和分箱計(jì)算。

本發(fā)明具有操作簡單、使用方便、成本低廉、效益良好的特點(diǎn)，適合推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1中國西北干旱區(qū)矢量多邊形；

圖2中國西北干旱區(qū)DEM；

圖3新疆氣候區(qū)劃；

圖4新疆季節(jié)降水量空間分布圖，其中，圖4(A)至圖4(D)分別為春夏秋冬的降水多年平均值；

圖5新疆各氣候區(qū)劃年降水量均值。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方案對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。

實(shí)施例1

以全球DEM(數(shù)字高程)數(shù)據(jù)GTOPO_DEM.nc為例，從全球DEM數(shù)據(jù)集中裁切出中國西北干旱區(qū)DEM數(shù)據(jù)集。具體方法如下：(1)首先準(zhǔn)確繪制中國西北干旱區(qū)矢量多邊形North_West.shp。(2)在linux或Windows系統(tǒng)中安裝免費(fèi)開源R語言開發(fā)環(huán)境并安裝配置好與數(shù)據(jù)圖像裁切和分析計(jì)算相關(guān)的程序包library(raster)、library(rgdal)、library(ncdf)、library(arulesSequences)、library(Base R)、library(timsac)、library(princomp)；

(3)在程序中讀入中國西北干旱區(qū)矢量多邊形數(shù)據(jù)North_West.shp；(4)對中國西北干旱區(qū)矢量多邊形North_West.shp轉(zhuǎn)換投影為WGS84；(5)在程序中讀入netcdf格式的空間分辨率為30s的全球高程數(shù)據(jù)GTOPO_DEM_30s.nc；(6)指定裁切后的中國西北干旱區(qū)高程數(shù)據(jù)名稱為GTOPO_North_West.nc；(7)將netcdf格式全球高程數(shù)據(jù)GTOPO_DEM_30s.nc轉(zhuǎn)換為柵格格式GTOPO_Raster；(8)在程序中利用中國西北干旱區(qū)矢量多邊形North_West.shp調(diào)用R語言crop模塊對全球高程數(shù)據(jù)GTOPO_DEM_30s.nc進(jìn)行切割；(9)將裁切后在內(nèi)存中的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矩陣數(shù)據(jù)便于統(tǒng)計(jì)分析；(10)以指定的中國西北干旱區(qū)高程數(shù)據(jù)文件名GTOPO_North_West.nc將裁切后在內(nèi)存中的柵格數(shù)據(jù)保存為磁盤文件。(11)調(diào)用NCL(The NCAR Command Language)程序包模塊讀取裁切后在內(nèi)存中的柵格數(shù)據(jù)可視化并以帶有空間經(jīng)緯度信息的專題圖方式輸出圖形文件GTOPO_North_West.png；(12)程序見軟件著作登記[基于R和CDO的數(shù)據(jù)和圖像快速裁切軟件系統(tǒng)]。

實(shí)施例2

以中國降水?dāng)?shù)據(jù)CN_Preciptation.nc為例，用新疆矢量多邊形China_XJ.shp從中國降水?dāng)?shù)據(jù)集中裁切出中國新疆降水?dāng)?shù)據(jù)集CN_XJ_Preciptation.nc，并進(jìn)一步在新疆氣候區(qū)劃基礎(chǔ)上分區(qū)裁切和計(jì)算新疆各個(gè)氣候區(qū)劃的降水量及降水空間分布。采用國家測繪局制作的新疆矢量多邊形數(shù)據(jù)并繪制中國新疆氣候區(qū)劃矢量多邊形如圖3。圖4為新疆矢量多邊形裁切中國降水?dāng)?shù)據(jù)集后得到新疆多年季節(jié)降水量均值空間分布圖，圖5為新疆各氣候區(qū)劃裁切中國多年降水量均值得到的新疆各氣候區(qū)劃多年降水量均值。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。