一种基于GPU的DEM并行插值算法

采用Open CL框架下的CPU/GPU平台,借助GPU在并行浮点运算方面的巨大优势,提出了DEM并行插值算法;同时以反距离加权插值算法为例,分析了传统插值算法和并行插值算法之间的优缺点与适应性。最后,通过对比实验对两类算法进行了比较。实验表明,当插值点数较少时,GPU并行插值算法效率低于传统算法;然而,当插值点数很高时,并行插值算法的计算效率较传统插值算法有了显著提高,加速的效果甚至高达137倍。实验证明GPU并行插值算法具有很强的可行性。     

基于GPU的DEM并行克里格插值算法

本文借助GPU在并行浮点运算方面的巨大优势,通过对串行克里格插值算法可并行性的分析,基于并行LU分解法、并行邻域搜索方法和直接邻域比较搜索方法,提出了基于GPU的DEM并行克里格插值算法。通过对比实验可知,当插值点数较少时,并行克里格插值算法效率低于串行算法,然而,当插值点数很高时,并行克里格插值算法的效率较串行算法有了显著提高,加速的效果甚至高达102倍。     

DEM插值参数优选的试验研究

插值参数是构成插值算法的基本元素,不同的插值参数产生不同的插值精度,甚至存在巨大差异。但是对于普通用户来说,选择合适的插值参数是困难的,最终导致插值参数选择的随意性。在插值算法相关内容的研究中,使用不合适的插值算法或插值参数可能存在潜在的严重后果,甚至得到完全相反的实验结论。因此,本文根据插值算法最优权重确定方法的差异,选取反距离加权插值算法、径向基函数插值算法和普通克里格插值算法的相关插值参数,进行插值参数的“优选”研究。首先根据插值参数对插值精度的不同影响,选择相关插值参数作为实验研究对象;然后选择六种不同地貌类型地区的稀疏分布的离散采样数据作为实验数据源,运用交叉验证法、相关分析、趋势面分析和方差分析等一系列实验方法,系统研究并给出实验插值参数的“最优”取值区间, 消除插值参数选择的随意性,更好地指导DEM建模的运用。     

DEM的插值特征分类系统

插值算法是GIS领域中广泛应用的一种算法,也是DEM多尺度变换时的核心问题。DEM插值算法的分类标准较多,根据DEM表达的地形特征和数学特性,再结合DEM插值的实用性,提出DEM的插值特征分类系统,并对该分类体系中的算法进行阐述。在分析这些插值算法的基础上,提出选取插值方法的先验模型,该先验模型在进行DEM重建时更具有针对性。     

GPS卫星精密星历的轨道插值

IGS只提供采样率为15 min的精密星历,而在卫星精密导航、定位等计算中需要更高采样率的轨道位置,因此需要通过轨道插值的方法对精密星历进行加密。以1 d间隔30 s的插值数据为基础,分别使用常规算法和滑动算法对轨道插值常用的拉格朗日插值和切比雪夫插值进行分析,可为卫星轨道插值计算时选取插值方法、阶次提供理论依据。结果表明,利用常规算法计算,两种插值的最佳精度均能达到mm级;利用滑动算法计算,两种插值的最佳精度均能达到亚mm级;相同条件下滑动算法的精度优于常规算法,滑动算法的计算结果比常规算法更稳定,且对龙格现象有抵抗力。     

不同DEM插值算法对提取坡度和坡向的影响研究

针对数字高程模型数据的精度与内插算法的有关问题,分别选取反距离加权插值算法、径向基函数插值算法、最近邻点插值法和克里格插值算法生成DEM。根据插值参数对插值精度的影响不同,选择插值参数为研究对象,然后运用交叉验证法与方差分析等试验方法来研究插值参数与DEM精度的关系,以便得到合理插值参数,并通过对不同插值算法生成的DEM计算坡度坡向面积,分析不同内插算法对坡度坡向的面积变化规律。通过研究发现,不同的内插算法主要是对小坡度区域(15°)有影响,而坡度较大(15°)时没产生显著的影响。不同插值算法生成的DEM提取的坡向主要在平坦地区有显著的影响。     

顾及各向异性的多参数协同优化IDW插值方法

反距离加权插值(inverse distance weighting,IDW)的精度受到空间邻近度、距离衰减系数及最邻近点数等多个参数共同的影响.然而,目前的IDW插值算法大多仅考虑单参数的调优,或对各参数独立调优,难以实现插值模型的整体优化.此外,传统的IDW插值算法没有顾及各向异性对空间邻近度的影响.本文提出一种顾及空间各向异性的多参数协同优化IDW插值算法(PIDW).首先,引入距离调节参数以及方向参数,将经典各向同性的欧氏空间距离扩展为各向异性的"椭圆"距离;然后,引入粒子群优化算法对最邻近点数、距离衰减系数、距离调节及各向异性方向的多参数进行协同优化,获得插值精度的偏差与方差在全局意义下的满意解.试验采用两个不同尺度的空间数据验证了PIDW算法的插值效果,结果表明本文的插值算法能够显著地提高各向异性环境下IDW插值算法的精度.通过与经典的IDW及其改进算法的IDW、普通克里金及顾及各向异性的普通克里金算法的比较分析,进一步证实了PIDW具有较好的插值效果.     

改进的Shepard算法及其在重力异常插值中的应用

基于Shepard插值模型的基本原理,从权函数的构造和采样点的选取两个方面对Shepard函数逼近模型和算法实现进行了改进。新模型的权函数具有更高的光滑度和更好的衰减性并且其光滑性和衰减性可以根据需要自由调节。改进后的算法插值精度更高且实现简单、便于应用,弥补了传统插值算法的不足。通过对实测重力场数据的插值试验,运用本文改进的算法可使插值误差统计特征多项指标均有一定的提高。     

开源GRASS软件等高线生成DEM的算法改进

针对GRASS软件中等高线生成DEM算法存在的问题,从解决多条等高线经过待插值栅格单元、Flood Fill算法搜索等高线、"平山顶"现象3个方面对算法进行了改进,加强了对山顶等特殊地形的处理。实验结果表明,改进算法与已有软件算法相比,提高了山体陡峭地区DEM插值精度,消除了插值生成的DEM中存在的"平山顶"现象。     

地形平坦地区DEM生成算法的比较研究

数字高程模型(DEM)是GIS的基础数据之一,是许多涉及高程信息的空间分析的重要基础。DEM插值精度的好坏直接影响基于DEM的各种地学分析及应用,因此研究高精度的DEM插值算法具有重要意义。介绍了基于水文强化算法的DEM插值算法——ANUDEM,并与传统的TIN建立DEM的算法进行了比较。认为在地形复杂地区由于等高线密集,高程信息丰富,两种插值算法效果都比较好;而在地形平坦地区ANUDEM算法精度优于TINDEM,并且,ANUDEM得到的DEM很好地避免了平山顶、阶梯状地形,其派生的等高线和水系与原始数据更加吻合。相对于TINDEM算法,ANUDEM算法更适合地形平坦地区的DEM建立。     

基于IGS精密星历的卫星坐标和钟差插值

分别使用拉格朗日插值、Neville插值、Newton插值三种方法，以IGS提供的精密星历和钟差为基础内插所需时刻的卫星坐标和钟差。通过实例分析比较三种方法的优缺点，三种方法都是插值点在节点中央时插值精度高，9阶以上插值即能满足精密定位要求。Nev-ille插值和Newton插值有很多相似的特性，方便灵活，将会得到广泛应用。     

基于IGS精密星历的卫星坐标插值

在GPS定位中,卫星位置的计算是一个关键环节。在GPS数据后处理中,用户需根据IGS提供的精密星历选择合理的插值方法解算任意观测时刻的卫星位置。目前经常采用的插值方法有拉格朗日多项式插值、切比雪夫多项式插值和Neville算法。文中通过精密星历内插卫星位置的实际算例,说明这3种方法的优缺点,并且给出了一些有意义的结论,同时认为Neville算法具有承袭性,计算方法简单,建议用户在内插卫星位置的时候使用Neville算法。     

Aitken插值法插值GPS卫星精密坐标

GPS卫星坐标的计算是GPS数据处理中重要的一个步骤,其精度直接影响到GPS定位的结果。在精密单点定位的数据处理中主要是通过内插精密星历的方法获取任意历元的精密卫星坐标,目前常用的内插方法有拉格朗日插值法、Neville内插法、切比雪夫插值法[1、6]。详细地介绍了Aitken插值法并对这几种算法的结果进行了分析比较,...     

GPS精密星历插值方法的比较研究

GPS高精度测量中通常需要对GPS精密星历进行轨道插值，本文分别采用拉格朗日插值、切比雪夫多项式拟合以及线性逐次Neville插值三种方法对GPS卫星轨道进行了插值，比较了三种方法的特性及插值结果，得出了一些有益结论。     

基于Neville算法的GPS精密星历数据加密及精度验证

国际地球动力学服务组织(IGS)提供的精密星历的数据间隔是15min,远远不能满足实际数据处理需要。利用纳维尔(Neville)算法编程实现对IGS精密星历的卫星坐标和钟差的加密,并将卫星坐标插值结果与广播星历计算得到的坐标结果进行对比得到有益结论,钟差插值结果与IGS提供30s钟差数据进行比较得到较高精度的结果。     

GPS轨道插值方法

国际GNSS组织（IGS）中心提供的GPS卫星精密星历的时间间隔为15min,在GPS的实际应用中必须要对GPS轨道进行插值。常规的GPS轨道插值方法有Lagrange插值、Neville插值和Chebyshev拟合。对上述3种插值方法进行了详细分析,并用于GPS轨道插值;然后利用美国国家大地测量局（NGS）提供的GP...     

GPS精密星历拟合与插值中龙格现象的处理方法

采用广播星历和精密星历计算卫星位置是GPS定位基础,为确保精度可靠,广播星历由地面控制部分约每2小时更新一次,在对广播星历拟合与插值时有龙格现象发生,本文用Chebyshev和Legendre多项武拟合以及Lagrange、Neville和Newton插值方法对精密星历内插,在对高次多项式拟合与插值数学机理认真分析研究...     

GPS精密星历的轨道内插方法比较

在高精度的GPS测量数据处理过程中，获取高精度卫星轨道是重要的环节，内插是获取任意历元的精密轨道信息的重要手段，对拉格朗日插值法、牛顿插值法、Neville逐次线性内插法和切比雪夫插值法的效果做了细致的比较，并在此基础上进一步探讨了短时间外推的效果。     

多种插值计算方法在卫星轨道计算中的应用

插值方法是获取卫星轨道任意历元卫星坐标的重要手段,对于GNSS导航中的多轨道实时导航计算问题,进行高精度测量时需要对精密星历进行轨道插值。目前应用较为广泛的插值方法包括拉格朗日法、牛顿多项式插值以及线性逐次内维尔插值方法。本文通过研究常见的插值方法,结合具体算例进行精度及时间的对比分析,并对牛顿插值进行改进,得出结论:牛顿插值经加窗处理后卫星位置误差精度可达mm级。它的计算效率大约是拉格朗日插值及内维尔插值方法的10倍。     

一种基于星形的星图识别算法

针对卫星自主定姿问题,提出了一种基于星形的星图识别算法.该算法直接以星对角距为匹配特征,先确定影像中亮星为中心星,并以此星与相邻星像点构建辐射状星图,统计所有满足星对角距匹配条件的导航星出现次数,次数最多的即为中心星所对应的导航星.实验表明,该算法构造的导航星表容量小,抗星等干扰,与多边形角距匹配算法相比,具有匹配速度快、识别率高、可靠性好的特点.