中国及邻区岩石层大地水准面正演模拟

依据地震层析成像、地震测深和大地电磁测深结果给出的地球内部结构和物性分布 ,模拟了中国及邻区岩石圈中短波长大地水准面起伏。正演模拟结果显示 :地形起伏引起的大地水准面异常巨大 ,幅值变化可达 2 10 m,最大值在青藏高原 ,达 150余 m。沉积层底面起伏产生的大地水准面异常非常小 ,幅值只有 6.5m,表现出短波长特征。岩石层底面起伏产生的大地水准面异常极为平缓 ,约为 2 0 m。莫霍面产生的大地水准面异常形态与地形起伏引起的大地水准面异常形态相近 ,异常幅值只有后者的 2 / 3,在青藏高原只有后者的一半。岩石层内密度不均匀引起的大地水准面异常的幅值约为 75m。     

地形横向密度扰动对于区域大地水准面建模的影响

分别利用Helmert和KTH法模拟试算了不同地形起伏区域内横向密度扰动对于大地水准面的影响。结果表明,在地形起伏较小的平原或丘陵地带,横向密度扰动的影响一般不会超过cm级,在精度允许的范围内可以忽略其影响;在地形起伏较大的山区,横向密度扰动的影响可达cm甚至dm级,对于cm级大地水准面精化而言,需要考虑其影响。此外,基于Helmert与KTH法解算的结果在地形起伏剧烈的山区差异较大,由于Helmert法计算地形效应时忽略了外区地形质量的影响,其解算结果可能存在偏差。总体而言,在地形起伏剧烈的山区建模时,需利用多种计算方法基于实测数据分别进行试算,通过计算的变密度大地水准面与实测的GPS水准数据进行比较分析,得到适合该区域的大地水准面建模方法。     

大陆弹性岩石层有效弹性厚度对岩石层形变和大地水准面的动力影响

用岩石层—地幔力学、热学耦合模型,以俯冲带为例,研究大陆岩石层不同的有效弹性厚度对岩石层形变和大地水准面起伏的动力影响。数值结果显示大陆岩石层有效弹性厚度的作用象一低通滤波器,它抑制岩石层形变和大地水准面起伏的高频分量。随着有效弹性厚度的增加,岩石层的形变和大地水准面起伏不仅幅度减小,其形状变化也被平滑。模拟结果表明,在进行大陆岩石层动力学过程的研究中,只有充分考虑大陆弹性岩石层有效弹性厚度的动力影响,才能更客观地描述研究客体。     

重力数据误差对大地水准面模型建立的影响

基于Stokes理论建立的大地水准面模型,其精度受重力数据误差,即重力数据分辨率、精度以及积分范围的影响。针对这一问题,通过重力场谱特征分析,给出不同地形区域重力数据分辨率以及积分半径造成的大地水准面高频截断误差的量级大小,计算平均重力异常误差对大地水准面建模精度的影响。研究成果对不同地形区域cm级大地水准面模型的建立具有理论与指导意义。     

大地水准面起伏对重力归算的影响研究

针对目前重力探测中重力改正时常用的两个高程参考系统存在偏差这一事实,选取两个大地水准面起伏变化较大的剖面区域,分析大地水准面起伏对重力归算的影响。结果表明,剖面跨度和剖面大地水准面起伏梯度都会对布格重力异常产生影响,所以当重力探测区域大地水准面起伏差距较大时,大地水准面与参考椭球面之间的差异对重力归算的影响比较突出,在利用布格重力异常反演、解释地壳密度结构时,大地水准面起伏的影响必须考虑。     

基于BEMD分解的地貌分类研究

地貌是指地势高低起伏的变化,即地表的形态。地貌划分对气温、降水、太阳辐照等诸多应用领域都有着重要作用。本文选择空间分辨率为90 m的福建省的数字高程模型(DEM)数据作为地理信号,运用二维经验模态分解(BEMD)进行分解处理,得到多个具有不同尺度、不同物理意义的本征模函数(BIMF1-BIMF3)以及对应余量ORIG。这些BIMF分量对应不同尺度的微观地形,ORIG余量表现为该研究区的地貌分布趋势,体现了平原、丘陵与山地的大致分布区域。运用变点分析法确定最佳计算单元,利用地形起伏度对各个信号区域进行一级分类,依据绝对高度进行二级分类,最后将一级分类与二级分类相结合,实现对地形的分类,这一分类过程体现了研究地区地貌组合复杂的特征。结果表明:①叠加BIMF分量,提取出分量和大于74 m的区域为高频信号区域。该区域以小起伏度的低山为主,并伴随有丘陵和小起伏度中山。②ORIG余量中余量高度小于等于340 m的区域,去除其中包含的高频信号区域后为低频信号区域,该区域以平原、丘陵为主。③剩余区域定义为中频信号区域,该区域的地貌以平丘陵和小起伏的山地为主。研究成果表明福建地貌可分为7种主要类型:低频平原,低频丘陵,中频丘陵,高频丘陵,中频小起伏低山,高频小起伏低山,高频小起伏中山。     

华北地区大地水准面起伏及其构造意义

利用ＧＰＳ水准对几个重力场模型计算的大地水准面进行了检验。利用ＷＤＭ９４模型编制了华北地区不同阶次的大地水准面起伏图,讨论了大地水准面起伏和该地区构造横向不均匀性的关系。结果显示：华北地区大地水准面由东向西逐渐降低,总体形态和本区地壳厚度呈镜像关系,且具有明显的分区特征;大地水准面的梯度带和本区３种不同地形的分界带（华北平原,太行山区,鄂尔多斯块体）一致,其中１１５°（Ｅ）分界带和我国东部的主要地壳厚度梯度带一致;大地水准面零等值线的两侧是地震比较集中的地带。     

横向密度不均匀计算中的分层与密度调整

利用实际地球物理资料模拟大地水准面的短波长部分时要计算地形质量、界面起伏及横向密度不均匀的影响。由于横向密度不均匀受界面上下密度差的影响，在假设积分块体密度径向分层均匀的情况下讨论了横向密度不均匀计算中如何进行分层与密度调整。     

DEM起伏纹理的视觉认知内涵与多变量消隐方法

地形是在内外营力的共同作用之下综合形成的,不同类型的地形具有不同的起伏形态特征,从全局或宏观的观测视角,可以视觉感知到这种地形起伏及其特征规律。纹理是众多物体表面呈现的有规律的线条组合,DEM作为地形的数据表达,不同地形类型区域的起伏形态具有纹理的显著表征。目前,对于DEM纹理研究主要是从DEM影像认知的角度出发,利用图像纹理的计算方法进行地形纹理对象描述和指标的提取,并基于获取的纹理对象进行区域地形特征分析和地貌类型的分类,在视觉上的反映存在不足。DEM起伏纹理作为一种基于某种观测视角和尺度的地形要素组合对象,首先需要对其进行系统的视觉认知,明确基于视觉认知的DEM起伏纹理构成要素和不同视觉变量控制的纹理要素组合结构,通过实现DEM起伏纹理的多维可视化建模,达到DEM数字地形建模的抽象与简化。基于此,本文以DEM地形起伏纹理为研究对象,对DEM起伏纹理进行视觉认知,明确DEM起伏纹理的涵义并建立提取方法,使用建立的方法实现了DEM起伏纹理的提取,取得了较好的提取效果。从视觉感知的机制出发,确定了决定视觉感知结果的视觉变量组合。确定了包含景深、长度和邻域等用于视觉综合的参数,设计建立了多变量的DEM起伏纹理消隐方法。最后设置视觉变量并使用该方法实现了DEM起伏纹理的消隐,消隐后DEM起伏纹理的数量分别降低了45.2%和53.2%,视觉上也取得了较理想的结果,具有一定的应用价值。     

瞬变电磁法三维模拟计算研究进展

瞬变电磁法应用于矿产资源、环境工程等领域。目前主流的瞬变电磁三维正演模拟方法包括积分方程法、有限差分法、有限体积法和有限元法。随着观测环境的复杂化以及探测精度要求的提高,有必要研究瞬变电磁法高精度三维模拟计算,以便推动数据处理解释方法的进步。本文系统介绍了瞬变电磁三维正演计算研究进展,分析了准静态差分方程的构建和发射源的加载及边界的处理等有限差分法的关键技术,厘定出空间和时间离散以及大型线性方程组的求解等有限元法的难题。瞬变电磁数值模拟今后的发展方向是深入开展近源情况下受场源效应、复杂地形、极化效应等影响的三维模拟,以及特殊场情况下的多源多分量响应计算,为瞬变电磁法精细探测提供理论支撑。     

黄土高原地形因子间关联性的神经网络分析

不同的地形因子从不同侧面反映地面的起伏特征或空间变异,各因子之间所存在的相互关联、相互制约、相互影响的特征,在很大程度上揭示了地形发育与空间变异的内在本质。本文以黄土高原丘陵沟壑区的1∶10000和1∶50000两种比例尺的15个实验样区为样本,应用BP神经网络模型,探讨不同比例尺的地形定量因子与地面坡度之间的关联特征及其变化规律。实验结果表明:①利用神经网络分析方法可以有效定量评价地形因子间的关联性;②该研究方法有助于地学分析中DEM尺度的选择,地形因子的确定及其相关关系的量化。     

利用多元回归方法改正对流层延迟插值误差

直接利用克里金插值得到的对流层延迟在地形变化起伏大的地区效果不好,提出利用多元回归方法改正克里金直接插值所带来的插值误差.以美国南加州GPS网为例,对海拔差异不同的测区分别进行实验.在具有不同改正因子的方程中,同时具有经、纬度、海拔因子的方程具有较其他方程更好的改正效果,在测站海拔分布差异较小的测区(小于500 m),该方法对插值误差有较好的改正效果,精度达到厘米级,甚至毫米级.     

塌陷区地形分形生成方法与应用

由于煤炭开采而形成的塌陷区地形形态复杂,本文利用分形插值理论模拟了塌陷区地形。在Matlab语言环境下,实现了塌陷区基于遗传算法求取无标度区最优解和基于FBM分形插值算法,在此基础上求解分形特征参数H和σ。对概率积分法预计的数据进行分形内插绘制地表下沉图,取得了理想的效果。     

矢量地图与3维地形环境融合方法研究

通过对现有3维地形环境的LOD分块方法和矢量地图的多比例尺结构的比较分析,提出了一种按照地形数据的经纬度差异与矢量地图各比例尺的经纬度差异进行比较结合的方法。该方法不仅有利于对影像栅格数据和矢量数据的调度,而且还为两种数据同时叠加在地形上打下了基础。最后通过实验,验证了这种方式的可行性。     

大规模室外动态场景调度机制研究

论文分析了传统的地形流式处理方法和八叉树场景组织的优缺点,然后把松散八叉树引入动态场景的组织,并提出了数据调度流水线的概念,在此基础提出了粗粒度页和细粒度片的动态调度方法。该方法是基于外存(Out-Of-Core)的实时调度方法,用粗粒度页Page组织地形,用细粒度片Tile渲染地形,既避免了频繁读取外存,又实现了对大范围的地形场景数据的精细调度;通过把调度过程分散到流水线的各阶段和各帧,减少了"爆发式"内存和磁盘I/O请求,确保了渲染的平稳性;利用数据调度流水线的阶段性管理Page和Tile的生命期,避免了Page和Tile不必要的状态转移带来的开销。     

球坐标系下基于全球DEM数据的重力远二区高精度地改算法

提出使用全球高分辨率DEM数据计算重力远二区地形改正的方法。通过不同算例的对比分析,证明了该方法的可行性和有效性。结果表明,当环数大于4 000时,其计算精度可达到μGal级。同时,当前全球高分辨率DEM也适用于μGal级的远二区地改计算。     

顾及坡度和高程的多波束测深数据抽稀算法

海底地形数据是进行海洋科学研究、工程建设的重要数据源,水深信息作为海底地形数据的基础信息,反映了海底地形的起伏变化。因此,如何有效地处理水深数据成为海洋测绘的重点研究内容。为解决海量多波束测深数据的数据冗余问题,提出了一种顾及坡度和高程的多波束测深数据抽稀算法,能够兼顾数据抽稀的精度和地形特征点的保留。考虑到存在含有空洞、凹边界等局部空白区域的多波束测深数据,首先利用Alpha Shape算法提取测深数据局部空白区域的边界点;然后采用坡度和高程相结合的抽稀算法删除冗余点,得到抽稀结果。在实验区内,通过与基于坡度抽稀、顾及地形复杂度抽稀和基于系统抽稀算法进行对比实验,结果表明：(1)本文抽稀算法在测深数据局部空白区域生成的等深线较上述抽稀算法更贴近原始测深数据等深线的形态,可以有效保持地形形态完整性;(2)对不同地形的测深数据进行抽稀,本文算法的精度较上述抽稀算法均有不同程度的提升,尤其抽稀率较低时,本文算法较上述算法在MSE分别提升了16%、27%、14%和10%、36%、2%,RMSE分别提升了7%、12%、7%和5%、17%、3%,体现了本文算法对不同地形多波束测深数据抽稀的有效性...     

一种地形自适应的机载LiDAR点云正则化TPS滤波方法

随着机载激光雷达成像技术（LiDAR）的不断发展,激光点云数据处理的相关研究也在不断深入。点云滤波是机载激光雷达点云数据处理的重要环节之一。针对多数经典滤波方法在复杂地形和地物条件下的滤波效果不够理想的现状,提出一种新的基于相对变异系数的地形自适应正则化薄板样条插值点云滤波方法。采用二维区域增长获取初始插值参考点后,基于线特征约束对参考点进行优化,去除部分低可靠性参考点以得到较准确、分布离散均匀的初始插值参考点集合,在此基础上通过正则化薄板样条插值方式来拟合地形点与地物点之间的滤波分类面,完成对机载激光点云的高精度自适应滤波。对比实验结果表明,本文的地形自适应滤波方法在2组实验数据的总体错误率分别达到4.14%和4.17%,在错误率和多地形综合表现等方面具有优势,且滤波运算效率在目前主流的滤波算法中处于较高水平。另外,实验结果验证了地形自适应滤波方法在斜坡、山脊等起伏较多的复杂地形与包含植被和建筑物的混合地形等处的点云滤波结果具有较好的准确性。     

面向城市DEM构建的地形要素分类及表达

地形要素是对地形在地表的空间分布特征具有控制作用的点、线或面状要素,其合理划分可为城市地形建模提供数据基础。本文在解析城市地形特征和分析现有地形图分类在城市DEM建模中不足的基础上,基于面向对象思想,以城市地形被城市道路网分割为基本原则,构建了城市地形要素分类及表达方法,并以南京市某区1:500地形图为实验数据,进行了相关验证实验与分析。实验结果表明,本文提出的地形要素分类和表达方法能够整体控制并有效表达集几何和语义信息为一体的复杂城市地形,在全局和局部地形上均有较好的建模效果。本文提出的城市地形要素分类及表达方法不但可为地形要素的分析和应用提供基础,也可为城市地形构建模拟、建设规划和分析决策等提供技术支撑。