1.应用MATLAB进行地理三维地貌可视化和地形分析
如何进行MATLAB地图数据处理和可视化
如何进行MATLAB地图数据处理和可视化地图数据处理和可视化在很多领域中都是很重要的一项任务，如地理信息系统（GIS）、城市规划、气象学等。
MATLAB作为一种功能强大的科学计算软件，提供了丰富的地图数据处理和可视化工具，能够帮助用户快速、准确地处理和展示地理数据。
本文将介绍如何使用MATLAB进行地图数据处理和可视化。
一、导入地图数据在MATLAB中，我们可以通过导入地理数据文件的方式来获取地图数据。
常见的地理数据文件格式包括Shapefile、GeoTIFF等。
运用MATLAB的Mapping Toolbox中的函数，我们可以轻松地读取这些文件，并将其转换成MATLAB能够处理的数据结构。
例如，如果我们有一个Shapefile文件，可以使用shaperead()函数将其读取为MATLAB中的结构体。
该结构体包含了Shapefile中所有的属性和几何信息。
我们可以通过访问这些属性和几何信息，进行进一步的数据处理和可视化操作。
二、地图数据处理与分析在导入地图数据之后，我们可以进行一系列的数据处理和分析操作。
MATLAB 提供了丰富的地理数据处理函数，如计算地理距离、邻近分析、空间插值等。
下面，我们将介绍两个常用的地图数据处理方法。
1. 计算地理距离MATLAB中使用distance()函数可以计算两点之间的地理距离。
这对于一些需要考虑地球曲率的应用非常重要。
例如，在城市规划中，我们可以使用该函数计算出两个位置之间的实际距离，从而帮助规划交通路线、确定最佳布局等。
2. 空间插值空间插值是指根据有限的采样点数据，通过数学方法推算未知点的数值。
在地图数据处理中，空间插值经常用于填充缺失值、生成连续的等值线图等。
MATLAB中的griddata()函数可以对地理数据进行插值，并生成高质量的连续地图。
三、地图数据可视化地图数据可视化是将处理后的地理数据以图形的形式展示出来。
MATLAB提供了多种可视化方式，如制作等高线图、色彩填充地图、散点图等。
Matlab画地形图
根据采样点用Matlab实现地形地貌及物质元素分布的绘制及分析（自做）学号：20104241姓名：胡飞专业班级：2010级信息与计算科学1班学校/学院：中南林业科技大学理学院时间：2012年4月28日根据采样点用Matlab实现地形地貌及物质元素分布的绘制及分析胡飞（中南林业科技大学理学院信息与计算科学20104241，长沙）摘要：运用Matlab软件实现地形地貌的绘制可以比较形象的呈现出某一区域的高低起伏。
便于有关研究人员结合其他相关领域的知识进行操作。
运用Matlab软件实现物质元素的分布的三维图，结合以上的地形图，再加上其他影响元素，更能比较准确的达到研究目的。
关键字：Matlab软件，地形地貌，物质元素，分布，三维图draw topography and the physical elements inMatlab According to Sample PointHufei(Centr al South Univer sity of For estry and Technology college of scienc e infor mation and c omputing scienc e20104241,c hangsha)Abstract:Using Matlab software to realize landform map the can compare the image of the present of a given region, ups and downs. Facilitate the researchers combined with other related areas of knowledge for operation. Using Matlab software to realize the physical elements of the distribution of the 3 d map, combining with the above the topographic map, plus other influence element, more can compare accurate to research purposes.Key words:Matlab software, topography, the physical elements, distribution,3 d map0、引言根据采样点的具体描述对象来用Matlab绘图功能实现相应的对象图像化（三维立体图形）描述，相关人员也可根据所绘制的图形较易的分析并得出相应的结论。
1.应用MATLAB进行地理三维地貌可视化和地形分析
第17卷 增刊2 广西工学院学报 V ol117 Sup2 2006年12月 JOU RNAL O F GUAN GX IUN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY D ec12006文章编号 100426410(2006)S220017203应用M AT LAB进行地理三维地貌可视化和地形分析唐咸远(广西工学院土建系,广西柳州 545006)摘 要:从M A TLAB软件强大的功能入手,讨论了M A TLAB中进行地理三维地貌可视化和地形分析的方法,并展望其在工程中良好的应用前景。
关 键 词:M A TLAB;三维地貌可视化;地形分析0 引言M A TLAB的含义是矩阵实验室(M A TR I X LABORA TOR Y)[1],自其问世以来,就以数值计算称雄。
其计算的基本单位是复数数组(或称阵列),使得该软件具有高度“向量化”。
经过十几年的完善和扩充, M A TLAB现已发展成为线性代数课程的标准工具。
由于它不需定义数组的维数,并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数,使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时,显得简捷、高效、方便,这是其它高级语言所不能比拟的。
在地理信息系统(G IS)中,地形的三维可视化通常是利用数字高程模型(D E M)来完成的,而D E M最常用表示方法为规则格网,它是将区域空间切分为规则的格网单元,每个格网单元对应一个数值,即高程值。
数学上可以表示为一个矩阵,在计算机实现中则是一个二维数组。
可见利用M A TLAB处理D E M数据,完成地形的三维可视化分析是切实可行的。
1 M AT LAB软件及其功能M A TLAB产品家族是美国M ath W o rk s公司开发的用于概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的理想的集成环境,已广泛地应用在航空航天,金融财务,机械化工,电信,教育等各个行业。
该软件的主要特点包括:1)有高性能数值计算的高级算法,特别适合矩阵代数领域;2)有大量事先定义的数学函数,并且有很强的用户自定义函数的能力;3)有强大的绘图功能以及具有教育、科学和艺术学的图解和可视化的二维、三维图;4)基于H TM L完整的帮助功能;5)适合个人应用的强有力的面向矩阵(向量)的高级程序设计语言;6)与其它语言编写的程序结合和输入输出格式化数据的能力;7)有在多个应用领域解决难题的工具箱。
基于Matlab的遥感数据处理与图像分析技术研究
基于Matlab的遥感数据处理与图像分析技术研究遥感技术是一种通过传感器获取地面、大气和水体等目标信息的技术，广泛应用于农业、林业、地质勘探、城市规划等领域。
而Matlab作为一种功能强大的科学计算软件，被广泛应用于遥感数据处理和图像分析中。
本文将探讨基于Matlab的遥感数据处理与图像分析技术研究。
1. 遥感数据处理遥感数据处理是指对通过遥感传感器获取的数据进行预处理、特征提取和信息提取的过程。
在Matlab中，可以利用各种工具箱和函数对遥感数据进行处理，包括但不限于：数据读取与显示：Matlab提供了丰富的函数用于读取各种格式的遥感数据，并可以通过图像显示函数展示数据。
数据预处理：包括去噪、辐射校正、几何校正等预处理步骤，可以有效提高后续分析的准确性。
特征提取：利用Matlab中的图像处理工具箱，可以提取各种地物特征，如植被指数、土地覆盖类型等。
分类与识别：通过机器学习算法，在Matlab环境下进行遥感影像分类与目标识别，实现自动化信息提取。
2. 图像分析技术图像分析技术是指对图像进行数字化处理和分析，从中获取有用信息的过程。
在遥感领域，图像分析技术可以帮助解译遥感影像，提取地物信息，进行环境监测等。
在Matlab中，可以结合图像处理工具箱和深度学习工具箱进行图像分析，包括但不限于：图像增强：通过直方图均衡化、滤波等方法增强遥感影像的对比度和清晰度。
目标检测：利用目标检测算法，在遥感影像中自动识别并标记出目标物体。
变化检测：通过对多时相遥感影像进行比对分析，检测地表变化情况，如城市扩张、植被覆盖变化等。
三维重建：基于多角度或多时相影像，使用立体视觉技术实现地形三维重建。
3. Matlab在遥感领域的应用案例3.1 遥感影像分类利用Matlab中的支持向量机（SVM）算法对高光谱遥感影像进行分类，实现土地覆盖类型的自动识别。
通过构建合适的特征空间和选择适当的核函数，提高分类精度和效率。
3.2 遥感变化检测结合Matlab中的差异图像分析方法和变化检测算法，对城市扩张、湖泊面积变化等进行监测与分析。
matlab地图导航软件课程设计
matlab地图导航软件课程设计一、教学目标本课程的目标是让学生了解和掌握Matlab地图导航软件的基本原理和应用方法。
通过本课程的学习，学生将能够：1.知识目标：理解Matlab地图导航软件的基本概念、原理和操作方法；掌握Matlab编程基础和地图导航算法。
2.技能目标：能够运用Matlab地图导航软件进行实地的导航操作；能够独立完成简单的地图导航软件设计和开发。
3.情感态度价值观目标：培养学生对地图导航软件的兴趣和好奇心，提高学生的问题解决能力和创新意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.Matlab地图导航软件的基本概念和原理；2.Matlab编程基础和地图导航算法；3.Matlab地图导航软件的实际应用案例；4.地图导航软件的设计和开发方法。
三、教学方法为了达到本课程的教学目标，我们将采用以下几种教学方法：1.讲授法：通过讲解Matlab地图导航软件的基本概念、原理和操作方法，使学生掌握相关知识。
2.案例分析法：通过分析实际应用案例，使学生了解Matlab地图导航软件在实际中的应用。
3.实验法：通过实际操作Matlab地图导航软件，使学生掌握软件的使用方法和技巧。
4.讨论法：通过分组讨论，引导学生主动思考和探索地图导航软件的相关问题。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：《Matlab地图导航软件教程》2.参考书：《Matlab编程与应用》、《地图导航原理》3.多媒体资料：Matlab地图导航软件的操作视频教程4.实验设备：计算机、投影仪、白板等通过以上教学资源的支持，我们将努力提高学生的学习体验，达到本课程的教学目标。
五、教学评估为了全面、客观、公正地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答、小组讨论等表现，评估学生的学习态度和理解程度。
2.作业：布置与课程内容相关的作业，要求学生在规定时间内完成，通过作业的完成情况评估学生的掌握程度。
colormap在matlab中的用法三维数据
一、概述在MATLAB中，colormap是一种用于设置图表颜色映射的函数。
它通常用于将数值数据映射到相应的颜色，以便更直观地展示数据的分布和变化趋势。
当涉及到处理三维数据时，colormap在MATLAB中的用法变得更加重要。
本文将介绍colormap在MATLAB中的用法，并针对三维数据进行详细说明。
二、colormap的基本用法1. 设置colormap在MATLAB中，可以通过colormap函数来设置图表的颜色映射。
可以使用Jet、Hot、Cool等预定义的颜色映射，也可以自定义颜色映射。
使用colormap函数可以将数据值映射到一系列颜色，形成色谱，从而更加直观地展示数据的特点和变化规律。
2. 绘制三维数据图表对于三维数据，可以通过plot3、surf等函数来绘制三维图表。
在绘制过程中，colormap函数可以结合使用，根据数据的取值范围和分布情况，给图表赋予不同的颜色，从而使得三维数据的特征更加清晰地呈现出来。
三、colormap在三维数据可视化中的应用1. 根据数据范围设置颜色映射对于三维数据的可视化，colormap可以根据数据的具体取值范围来设置颜色映射，以便直观地显示数据的大小和分布情况。
通常情况下，可以通过将数据的取值范围与颜色映射进行线性映射，将数据值转换为相应的颜色，从而更好地呈现出数据的变化趋势。
2. 自定义颜色映射除了使用MATLAB中的预定义颜色映射外，我们还可以根据实际需求自定义颜色映射。
通过colormap函数，我们可以自由设置颜色映射的颜色和对应取值范围，以便更好地展示数据的特点和规律。
自定义颜色映射能够使得图表更加贴近实际需求，并且能够更直观地呈现出数据的特征。
3. 对比不同颜色映射在处理三维数据时，colormap函数还可以用于对比不同颜色映射对数据可视化效果的影响。
通过对比不同颜色映射下的图表效果，可以更好地选择合适的颜色映射方案，使得图表更加贴近数据的特点，并且更加清晰地展示出数据的规律。
matlab中plot3函数的用法
MATLAB是一种强大的科学计算软件，它提供了丰富的绘图函数，其中包括plot3函数，该函数能够绘制三维曲线图。
在本文中，我们将详细介绍plot3函数的用法，包括参数的设置和实际应用。
1. plot3函数的基本用法plot3函数是MATLAB中用于绘制三维曲线图的函数，其基本语法为：plot3(X,Y,Z)其中，X、Y和Z分别是包含曲线上点的x、y和z坐标的向量。
当调用plot3函数时，MATLAB会将这些点连成曲线，并绘制在三维坐标系中。
2. 参数设置plot3函数可以接受多达四个输入参数，使用不同的参数可以实现不同的效果。
常用的参数包括线型、线宽和颜色等。
以下是plot3函数中常用的参数设置方法：- 指定线型：plot3(X,Y,Z,'LineStyle')，其中LineStyle可以是实线（'-'）、虚线（'--'）、点线（':')等。
- 指定线宽：plot3(X,Y,Z,'LineWidth',width)，其中width为线的宽度。
- 指定颜色：plot3(X,Y,Z,'Color',color)，其中color可以是预定义的颜色（'r'表示红色）或RGB值。
3. 点和线的样式设置除了基本的参数设置外，plot3函数还可以根据需要设置点和线的样式。
可以使用plot3(X,Y,Z,'o')来绘制原点，使用plot3(X,Y,Z,'*')来绘制星号等。
这些样式设置可以使曲线图更加美观和易于理解。
4. 多个曲线的绘制在实际应用中，可能需要在同一张图中绘制多条曲线，这时可以多次调用plot3函数来实现。
例如：plot3(X1,Y1,Z1)hold onplot3(X2,Y2,Z2)hold off这样就可以在同一张图中绘制出两条曲线。
需要注意的是，为了在同一张图中绘制多条曲线，需要使用hold on和hold off命令来控制绘图区的保持和释放。
MATLAB绘制地图
【代码——绘制全球海岸线】
键入如下的命令：
load coast % 载入数据，数据是世界海岸线图 whos % 显示当前工作空间中存在的变量列表
屏幕显示：
Name lat long
Size 9589x1 9589x1
Bytes Class 76712 double 76712 double
Attributes
-84.5 -174 -84.67 -170 -84.92 -166 -85.42 -163 -85.42 -158 -85.58 -152 -85.33 -146 -84.83 -147 -84.5 -151 -84 -153.5 -83.5 -153 -83 -154 -82.5 -154 -82 -154 -81.5 -154.5 -81.17 -153 -81 -150 -80.92 -146.5
使用 MATLAB 绘制地图
说明
这篇文档叙述了如何使用向量地理数据和栅格数据绘制地图。其
内容大部分参考自 MATLAB Mapping Toolbox 的 Help 文档。
稿件匆忙写就，请勿上传至网络，谢谢！
目录
1 使用向量数据绘制地图......................................................................................................................3 1.1 一个简单的例子 ...........................................................................................................................3 【代码——绘制全球海岸线】 ...................................................................................................... 3 【代码——绘制全球海岸线（续）】 ............................................................................................4 1.2 点、线和多边形 ...........................................................................................................................6 1.3 地理数据结构体 ...........................................................................................................................7 1.4 一个地理数据结构体的例子 ........................................................................................................8 【代码——使用shaperead函数读取文件concord_roads】........................................................... 8 1.5 'USEGEOCOORDS'参数的设置 ...................................................................................................10 1.6 绘制法国地图的例子 .................................................................................................................10 【代码——绘制法国地图】 ........................................................................................................ 10 【代码——绘制法国地图（续）】.............................................................................................. 11 1.7 显示多边形的技术细节 .............................................................................................................13 【代码——绘制带孔洞的多边形】 ............................................................................................13
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第17卷 增刊2 广西工学院学报 V ol117 Sup2 2006年12月 JOU RNAL O F GUAN GX IUN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY D ec12006
文章编号 100426410(2006)S220017203
应用M AT LAB进行地理三维地貌可视化和地形分析
唐咸远
(广西工学院土建系,广西柳州 545006)
摘 要:从M A TLAB软件强大的功能入手,讨论了M A TLAB中进行地理三维地貌可视化和地形分析的方法,并展望其在工程中良好的应用前景。
关 键 词:M A TLAB;三维地貌可视化;地形分析
0 引言
M A TLAB的含义是矩阵实验室(M A TR I X LABORA TOR Y)[1],自其问世以来,就以数值计算称雄。
其计算的基本单位是复数数组(或称阵列),使得该软件具有高度“向量化”。
经过十几年的完善和扩充, M A TLAB现已发展成为线性代数课程的标准工具。
由于它不需定义数组的维数,并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数,使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时,显得简捷、高效、方便,这是其它高级语言所不能比拟的。
在地理信息系统(G IS)中,地形的三维可视化通常是利用数字高程模型(D E M)来完成的,而D E M最常用表示方法为规则格网,它是将区域空间切分为规则的格网单元,每个格网单元对应一个数值,即高程值。
数学上可以表示为一个矩阵,在计算机实现中则是一个二维数组。
可见利用M A TLAB处理D E M数据,完成地形的三维可视化分析是切实可行的。
1 M AT LAB软件及其功能
M A TLAB产品家族是美国M ath W o rk s公司开发的用于概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的理想的集成环境,已广泛地应用在航空航天,金融财务,机械化工,电信,教育等各个行业。
该软件的主要特点包括:
1)有高性能数值计算的高级算法,特别适合矩阵代数领域;2)有大量事先定义的数学函数,并且有很强的用户自定义函数的能力;3)有强大的绘图功能以及具有教育、科学和艺术学的图解和可视化的二维、三维图;4)基于H TM L完整的帮助功能;5)适合个人应用的强有力的面向矩阵(向量)的高级程序设计语言;6)与其它语言编写的程序结合和输入输出格式化数据的能力;7)有在多个应用领域解决难题的工具箱。
2 利用M AT LAB进行三维可视化和分析
211 D E M数据的输入与存储形式
数据的输入可以采用两种方式:文件输入或屏幕数字化。
屏幕数字化即用鼠标在打开的地图影像上单击离散点[2],获得坐标并输入高程值。
收稿日期:2006210212
作者简介:唐咸远(19732),男,广西灌阳人,广西工学院土木建筑工程系工程师。
图1 M AT LAB
中生成的三维格网图图2 M AT LAB
中生成的三角形格网图3 M AT LAB 中生成的等直线图 D E M 数据的存储既可以是规则格网,也可以是不规则三角网或离散点的形式,即以(X ,Y ,Z )格式存入[3]。
如果原始数据是离散点的形式,还要确定合适的坐标范围,由离散点加密网格点,并计算格网点的高程。
这需要采用一定的内插或拟合算法。
M A TLAB 中,
函数po lyfit 求解最小二乘曲线的拟合问题,interp 1进行
一维插值,in terp 2进行二维插值。
在三维地貌的显示中,
in terp 2(x ,y ,z ,x i ,y i ,m ethod )可以对粗糙的地面插
值光滑。
212 三维显示
许多G IS 都提供专业的三维分析功能,但使用和支
持开发功能很弱。
在M A TLAB 中分析三维数据,不但提
供的现成函数很多,而且其灵活运用矩阵运算的方法,可
以实现许多其他软件无法实现的功能。
21211 三维格网图和格网表面图 M A TLAB 中提供了一系
列绘制三维图形的函数:带有基本等值线的网格图
m eshc (x ,y ,z );曲面图surf (x ,y ,z );带等值线的曲
面图surfc (x ,y ,z );带亮度的曲面图surfl (x ,y ,z )。
图1为M A TLAB 中生成的三维格网图
21212 三角形网格图和三角形表面图 三维地貌可视化中
除了矩形格网,最常见的是三角网。
M A TLAB 中提供
delaunay 命令生成三角形网格图和三角形表面图。
首先从原始数据文件装载数据到x ,y ,z 三个1×n
的一维矩阵,也可以自己输入起算数据;
其次,利用以下函数生成三角形格网和表面图:
T ri =delaunay (x ,y );
T ri m esh (tri ,x ,y ,z );
T risurf (tri ,x ,y ,z )。
图2为M A TLAB 中生成的三角形格网。
21213 等直线图 调用函数contour ()绘等高线并标注高
程,格式为:
[C ,h ]=contour (x x ,y y ,zz ,[j j ])
其中,x x ,y y ,zz 为网格点坐标高程数组,j 为等高线高
程值,h 为该等高线句柄,C 表示在鼠标单击处标注。
见
图3。
213 地形分析
由于M A TLAB 具有强大的计算结果可视化的功
能,还可以在其中进行D E M 的地形分析,如坡度、坡向的计算,剖面图的绘制等等。
21311 坡度、坡向的计算 地表某点的坡度S 、坡向A 是地形曲面z =f (x ,y )在东西(Y 轴)、南北(X 轴)方向上高程变化率的函数[4],即:
S =arctan f 2x +f 2y
(1) A =270°+arctan (f y f x )-90°f x f y (2)式中,f x ,f y 分别为南北方向和东西方向的高程变化率。
由上式可知,求解地面某点的坡度和坡向,关键是求解f x 和f y 1以计算正方形格网为例,f x 和f y 的计
算通常是以3×3的移动窗口,通过数值微分方法或局部曲面拟合的方法进行[5]。
下式为二阶差分法计算f
x 81广西工学院学报 第17卷
和f y ,其中g 为格网分辨率:
f x =(z 4-z 2)
(2g )(3) f y =(z 3-z 1)
(2g )(4)可以利用M A TLAB 的M 文件,编制相应的程序,生成D E M 的坡度、坡向图。
21312 绘制地形剖面图 工程中,通常需要提取地形在某一方向上的剖面图,作为施工的依据。
本文在等高线的基础上,利用M A TLAB 语言实现剖面的截取。
其基本步骤如下:
(1)利用con tour ()命令绘制2维等高线;
(2)用M A TLAB 中的,用[x ,y ]=ginput (2)函数在屏幕上拾取某一剖面线上2个端点的坐标(x 1,y 1)和(x 2,y 2);
(3)计算该剖面线的斜率k =(y 2-y 1) (x 2-x 1),然后计算与该线相交的网格,并将相应的网格高程值记录在数组Z 中;
(4)利用如下命令,绘制出剖面图。
a =f ix (x );
b =a (1):1:a (2); p lot (b ,Z );
3 结论
M A TLAB 不仅具有强大的数值计算功能,在图像处理方面也很有优势。
它拥有丰富的函数资源,节省了编码时间,工作效率极高。
目前测绘行业中有关图像处理的工作很多,特别是遥感数据的处理。
M A TLAB 的使用,提供了一个优秀的软件,从而使数据的处理,G IS 的建设,遥感影像信息的提取等变得更为便利。
参 考 文 献:
[1]苏金明,阮沈勇1M A TLAB 611实用指南[M ]1北京:电子工业出版社,20021
[2]陈天伟1建立基于M A TLAB 的测量控制网设计工具箱[J ]1桂林工学院学报,2002,22(3):244～2451
[3]李志林,朱 庆.数字高程模型[M ]1武汉:武汉测绘科技大学出版社,20001
[4]刘学军,王叶飞,曹志东,等1基于D E M 的坡度坡向误差空间分布特征研究[J ]1测绘通报,2004,(12):11～131
[5]邓孺孺1青藏高原地表反射率反演及冷热源分析[D ]1北京:中国科学院,20021
(责任编辑 赖君荣)91 增刊2 唐咸远等:应用M A TLAB 进行地理三维地貌可视化和地形分析。