一种基于分层约束的露天矿DEM构建方法

针对边坡的台阶状地形特征是露天矿地形表达的关键和难点问题,该文基于边坡台阶要素的空间关系建立边坡层次关系模型,采用一种逐层加入扩展点和约束线的方法生成扩展约束TIN模型,将某露天煤矿作为实验区,实现了露天矿DEM的动态建模。结果表明:提高了边坡坡面的层级可视化效果,保持了地形结构的完整性,实现了边坡实体单元的分层次表达,能够获得不同水平层次的DEM数据。基于边坡特征分析的分层约束方法为露天矿DEM的构建提供了一种思路,可为边坡监测、灾变分析和灾情预测等领域提供精确的地形数据。     

大钝角剖分与最小二乘法约束迭代算法优化TIN模型研究

TIN模型通过从不规则分布的数据点生成的连续三角面来逼近地形表面,就表达地形信息的角度而言,TIN模型的优点是它能以不同层次的分辨率来描述地形表面。但在相关软件对离散数据生成TIN模型时会出现边缘失真现象,特别是当一些离散数据出现凹区域时,凹区域地形逼近失真现象相当明显。而在这些凹区域大多生成的三角网以钝角三角形居多,本文对离散数据TIN模型生成DEM时存在凹区域地形逼近失真现象进行了研究。提出一种大钝角剖分与最小二乘法约束迭代算法优化TIN模型。首先对原始TIN模型中大于100°小于1800的钝角三角形进行遍历记录,然后利用最小二乘法约束迭代算法进行优化,通过此算法优化后的TIN模型生成DEM数据,分别从小区域面积稳定性与剖面拟合实际地形进行了试验与精度对比,试验显示这种算法是可行的。     

多源DEM融合的高差拟合神经网络方法

本文侧重于介绍智能化摄影测量机器学习的高差拟合神经网络方法。观测手段和处理方式等限制导致全球高质量无缝DEM数据的缺乏,进而制约了它在水文、地质、气象及军事等领域的应用。本文提出了一种基于高差拟合神经网络的多源DEM融合方法,尝试融合全球DEM产品SRTM1、ASTER GDEM v2和激光雷达测高数据ICESat GLAS。首先,根据ICESat GLAS的相关参数及与DEM数据的高程差值,结合坡度自适应的思想设置高差阈值对ICESat GLAS进行滤波,剔除异常数据点。然后,以ICESat GLAS数据为控制点,利用神经网络模型拟合ASTER GDEM v2的误差分布。以地形坡度信息和经纬度坐标作为网络输入,ICESat GLAS和ASTER GDEM v2的高程差值作为目标输出,训练得到预测高差,将其与ASTER GDEM v2高程值相加即可获得校正结果。最后,引入TIN差分曲面的方法,利用校正后的ASTER GDEM v2高程值对SRTM1的数据空洞进行填充,融合生成空间无缝DEM。本文通过随机选取数据进行真实试验,对模型进行了精度验证,并给出了处理结果的定量评价和目视效果。结果表明,不论是空洞还是整体区域,本文方法相比其他DEM数据集和其他方法的处理结果都能够在RMSE上表现出优势,同时,本文提出的方法能够有效克服ASTER GDEM中异常值的影响,得到空间无缝DEM。     

An enhanced approach for surface flow routing over drainage‐constrained triangulated irregular networks

The accuracy and efficiency of the simulations in distributed hydrological models must depend on the proper estimation of flow directions and paths. Numerous studies have been carried out to delineate the drainage patterns based on gridded digital elevation models (DEMs). The triangulated irregular network (TIN) has been increasingly applied in hydrological applications due to the advantages of high storage efficiency and multi‐scale adaptive performance. Much of the previous literature focuses mainly on filling the depressions on gridded DEMs rather than treating the special cases in TIN structures, which has hampered its applications to hydrological models. This study proposes a triangulation‐based solution for the removal of flat areas and pits to enhance the simulation of flow routing on triangulated facet networks. Based on the drainage‐constrained TIN generated from only a gridded DEM by the compound point extraction (CPE) method, the inconsistent situations including flat triangles, V‐shape flat edges and sink nodes are respectively identified and rectified. The optimization algorithm is an iterative process of TIN reconstruction, in which the flat areas are generalized into their center points and the pits are rectified by embedding break lines. To verify the proposed algorithm and investigate the potential for flow routing, flow paths of steepest descent are derived by the vector‐based tracking algorithm based on the optimized TIN. A case study of TIN optimization and flow path tracking was performed on a real‐world DEM. The outcomes indicate that the proposed approach can effectively solve the problem of inconsistencies without a significant loss in accuracy of the terrain model.     

增量法地形可视计算与分析

DEM在表达地形时具有水平等距网格和垂直高差的特点,根据DEM表达地形的特点,利用双增量地形可视计算方法,以水平方向矢量叉乘增量计算来判断点的可视性,采用垂直方向高程增量的谷地凹处盲区测试,根据地形高程的变化来消除不可视点,该算法思路清晰、计算复杂度低。同时重点分析该算法在地形的部分区域和不同特征地形上的特点,指出该算法在起伏山地和沟谷地形中的优势;横向上与ArcGIS功能模块进行比较,可视计算速度大大提高。     

一种非凸包边界约束不规则三角网生成算法

数字高程模型(DEM)模拟的大多数地形区域是多种类型区域镶嵌而成的复合体,且子区域的边界一般为非凸多边形,即三角网受到边界的约束。而目前已有的各种Delaunay三角网构网算法生成的不规则三角网的边界都是区域内采样点集的凸包,不能表达复合区域和边界为非凸多边形的区域。本文作者对三角网扩张法作了扩展,使之能够在任意多边形所包围的区域内生成不规则三角网。扩展后的算法具有步骤简单、适合任意多边形边界内生成不规则三角网的优点,而且该算法可用于"分块"式生成数据量较大的三角网,同时保证各"分块"之间完整的邻接关系。     

Algorithm for generating dem based on cone

Digital elevation model (DEM) has a variety of applications in GIS and CAD. It is the basic model for generating three-dimensional terrain feature. Generally speaking, there are two methods for building DEM. One is based upon the digital terrain model of discrete points, and is characterized by fast speed and low precision. The other is based upon triangular digital terrain model, and slow speed and high precision are the features of the method. Combining the advantages of the two methods, an algorithm for generating DEM with discrete points is presented in this paper. When interpolating elevation, this method can create a triangle which includes interpolating point and the elevation of the interpolating point can be obtained from the traingle. The method has the advantage of fast speed, high precision and less memory.     

一种从LIDAR数据提取城区DTM的方法

由机载激光扫描系统获取的点云数据,可以直接生成扫描区域的数字表面模型,但要想提取数字地面模型还须对点云数据进行分类处理。提出了一种获取数字地面模型的方法,其主要思路是利用原始的激光数据构建二维三角网,从而构建数字表面模型。通过分析数字表面模型的坡度进行初始的分割,剔出坡度较大的三角形。经过初步的分割之后,通过连通区域分析来获取每个分割区域的特征,提取出裸露地表高程,从而由点云数据构建出数字地面模型。     

Algorithm for generating dem based on cone

Digital elevation model (DEM) has a variety of applications in GIS and CAD.It is the basic model for generating three-dimensional terrain feature.Generally speaking,there are two methods for building DEM.One is based upon the digital terrain model of discrete points,and is characterized by fast speed and low precision.The other is based upon triangular digital terrain model,and slow speed and high precision are the features of the method.Combining the advantages of the two methods,an algorithm for generating DEM with discrete points is presented in this paper.When interpolating elevation,this method can create a triangle which includes interpolating point and the elevation of the interpolating point can be obtained from the triangle.The method has the advantage of fast speed,high precision and less memory.     

地形特征提取的一种简易算法

地形特征作为基本地理要素,从DEM数据中提取其隐含的地形结构信息是非常重要的。本方法采用距离倒数加权法建立格网DEM,提出一种直接比较高程值来提取地形特征的简易算法,并利用差分算法计算坡度和坡向,通过V isual C++软件平台,编程实现格网DEM地形特征的自动提取,进行三维立体显示。该算法易于编程实现,数据结构简单,程序运行效率高,提取结果与真实地形基本拟合。     

利用锥构建DEM生成算法的研究

在综合基于离散点数模和三角网数模生成DEM两种方法优点的基础上 ,提出了一种基于离散无序点的快速生成DEM的方法。该方法有内插速度快、精度高及占用内存小的优点。     

Improving a digital elevation model by reducing source data errors and optimising interpolation algorithm parameters: An example in the Loess Plateau,China

A hydrologically correct digital elevation model (DEM) forms a basis for realistic environmental modelling, especially in complex terrain. We have performed a study in the Coarse Sandy Hilly Catchments (CSHC) of the Loess Plateau, China, which demonstrates pragmatic, yet effective methods for improving the quality of the DEM by: (1) identifying and correcting source topographic data errors and (2) optimising ANUDEM algorithm parameters. Improvement in the DEM based on fixing over 1100 errors in the input topographic data, and optimising key ANUDEM parameters was assessed using higher accuracy independent validation of 32 contributing areas and 1474 spot heights, and by semi-quantitative analysis of DEM derivatives produced from ANUDEM and Triangular Irregular Network (TIN) algorithms. Improvement in the ANUDEM DEM over the original TIN DEM was shown where the percentage of the total absolute difference in contributing areas reduced from 10.43 to 3.51%, and the bias between the spot heights and DEM elevations reduced from 45 to 32 m. Large improvement in DEM quality was gained by using ANUDEM instead of TIN, with smaller improvement gained by fixing source data errors, and optimising ANUDEM parameters.     

基于Delaunay三角网模型的等高线地形特征提取及谷地树结构化组织

基于Delaunay三角网模型在矢量等高线基础上通过弯曲特征分析，给出了一种地形结构特征提取及谷地树组织的方法，与传统的基于DEM或TIN数据结构提取地形特征的方法相比，该方法不仅得到了谷地系统在平面图上的拓扑结构，还获得了河谷在空间分布上的汇水范围，依托矢量线、多边形的几何关系判断，增强了谷地树组织中的结构化，避免了DEM方法中的噪音干扰，方法的核心是Delaunay三角网在单根等高线弯曲深度表达上的层次结构识别。基于系统地实验详细讨论了3种树的结构化组织：等高线弯曲特征嵌套结构表达的二叉树、谷地系统拓扑关系表达的平面结构树、水文意义上主支流河谷表达的语义层次树。     

基于Delaunay三角网模型的等高线地形特征提取及谷地树结构化组织

基于Delaunay三角网模型在矢量等高线基础上通过弯曲特征分析，给出了一种地形结构特征提取及谷地树组织的方法，与传统的基于DEM或TIN数据结构提取地形特征的方法相比，该方法不仅得到了谷地系统在平面图上的拓扑结构，还获得了河谷在空间分布上的汇水范围，依托矢量线、多边形的几何关系判断，增强了谷地树组织中的结构化，避免了DEM方法中的噪音干扰，方法的核心是Delaunay三角网在单根等高线弯曲深度表达上的层次结构识别。基于系统地实验详细讨论了3种树的结构化组织：等高线弯曲特征嵌套结构表达的二叉树、谷地系统拓     

机载LiDAR点云密度对DEM精度的影响

机载激光雷达技术(LiDAR)作为一项先进的遥感技术,是植被覆盖区DEM获取的重要手段之一,而不同地形坡度条件及点云密度对DEM产品质量有重要影响。本文以辽宁省某市的机载LiDAR数据为基础,选取5种不同地形坡度的点云数据,通过随机、等间距及基于曲率3种不同的点云抽稀方法,按照点云保留率为80%、60%、40%、20%和10%共5个不同梯度的抽稀倍数对原始点云进行抽稀简化处理,生成与之对应的DEM并对其进行精度评价,以此研究地形坡度、点云抽稀方法、抽稀倍数对DEM精度的影响。结果表明,DEM精度与地形坡度呈负相关关系,即RMSE随地形坡度升高不断增加;基于曲率的抽稀方法在地形坡度＞30°时,相较于其他两种方法RMSE较小,具有明显优势;40%的点云保留率是平衡DEM精度与数据存储效率的一个节点,当点云保留率<40%时,DEM的高程RMSE会迅速增大。该研究对于利用机载LiDAR进行大范围DEM生产具有一定的指导和借鉴意义。     

特征点与骨架线约束的DEM简化

针对基于特征的地形简化方法不能很好的同时顾及特征点和骨架线的问题,提出了一种特征点与骨架线约束下的数字高程模型简化方法,在选取重要的地形特征点构建简化不规则三角网的同时,利用地形骨架线对简化过程中不规则三角网的生长实施约束。从等高线生成、高程精度、地形形态描述指标和地形骨架线保持程度4个方面,与广受关注的特征点方法、新近提出的复合方法进行对比。实验结果表明,本文提出的方法在各个方面均较显著地优于前两种方法,能够在地形简化过程中更全面、更大程度的保留初始地形的形态。     

地形特征约束下的失真DEM修复方法

数字高程模型（DEM）在描述地形时会存在一定程度的失真现象,对失真DEM进行修复可以有效地提高其精度及保真度。本文针对DEM在描述规则地形时存在的失真现象,提出了用地形特征约束失真DEM形态结构的失真修复方法,以规则地形中的平地结构地形为例,进行了失真修复试验。首先根据地形特征确定平地地形的DEM应为平面结构,再采用最小二乘法（LS）及随机抽样一致性算法（RANSAC）对其平面方程进行参数估计,进而得到修复的DEM数据。试验结果表明,本文所提的修复方法有效可行,修复后的DEM数据不仅提高了精度,还能充分地反映原地形的地形特征。两种修复算法的修复能力相接近,当存在大量格网点时,都能达到很好的修复效果,但RANSAC更能适应高程异常的情况,鲁棒性更好。     

基于Coons曲面的规则格网DEM表面模型

内插是数字高程模型的核心问题。目前的内插模型主要是由离散的格网数据构建的连续曲面,直接以点推面,可能存在较大的地形误差。本文建立的Coons曲面DEM表面模型,首先利用离散的格网数据构造与格网边界相对应的地形剖面曲线的拟合曲线,再基于拟合曲线构建DEM表面模型。实验表明：Coons曲面DEM表面模型是一种高精度的DEM表面模型,其地形模拟误差比直接基于格网数据建立的双线性内插、样条函数内插和移动曲面拟合法的误差都小,实际地形模拟误差与双线性模型相比减少15％-28％,且精度随着构建边界拟合曲线所用格网点的增多而逐渐提高。     

DEM线性建模过程中的高程误差传播

在建立数字高程模型(DEM)时,基于规则格网数据和基于三角形网数据的线性建模是常用的方法。在建模过程中,结点的高程误差会随之传播。研究了DEM在基于规则格网数据和基于三角形网数据的线性建模过程中的高程误差传播问题,推导出了在结点高程误差相关情形下的高程误差传播公式,求出了在规则格网和不规则格网面上的平均高程传播误差。平均高程传播误差可以作为DEM线性插值过程中高程误差传播的度量指标。