基于Cressman优化算法的海洋矢量数据插值方法研究

随着海洋监测技术的发展,多源、异构、多维的海洋数据成指数激增。当前用于海洋数据的插值技术存在处理速度慢、读取效率低等问题,难以满足数据处理的需要。针对具有空间分布特性的海洋矢量数据,本文旨在研究一种高效的插值方法,首先基于Moran’s I对矢量数据进行空间相关性分析,根据数据间的聚类程度对数据集进行冗余度处理,然后基于Cressman插值算法对处理后的矢量数据进行插值展示。最后,以某区域的流场数据进行仿真,验证了基于Cressman插值优化算法的合理性和可行性。     

盐城淤泥质滨海湿地DEM构建及其精度评估研究

以盐城保护区核心区为例,利用2002年野外高程测量数据,运用Kriging和TIN两种不同思想的插值方法对研究区DEM的构建与精度评估两个问题展开研究.研究结果表明:1)Kriging插值验证显示:均差接近于0,均方根标准误差接近于1.证明采用Kriging插值同时考虑数据本身约束性条件的模型是可行的.同时,运用等高线和等高点数据生成的TIN,效果同样比较理想.2)对两种DEM进行了精度评估,数据显示误差都在可控范围之内.其中Grid-DEM的绝对误差最大值为0.162 m,平均绝对误差为0.063 m,平均相对误差为4.20％;而TIN-DEM的最大值仅为0.028 m,平均绝对误差和平均相对误差只有0.005 m和0.36％.3)在对两种DEM的比较中发现:无论是绝对误差还是相对误差,Grid-DEM都要远高于TIN-DEM,两者最大值相差0.134 m;在受人类干扰较强以及经常受潮汐影响而处于不断变化的区域,Grid插值要明显差于TIN插值.但从DEM表面整体光滑度来看,Grid-DEM却要优于TIN-DEM.     

基于MapInfo数据格式在GIS应用环境下等值线综合方法实现

等值线构建是G IS开发、数字地图绘制重要的研究内容之一。重点讨论了基于M apInfo数据格式在G IS应用环境下等值线综合方法的实现,首先根据高程采样点跟踪等高线通过点,再利用五点光滑法、正轴抛物线加权平均光滑法以及M apX提供的光滑方法对等值线通过点进行光滑处理,从而绘制出光滑度好、准确美观的等值线,同时发现M apX所提供的光滑方法可能利用的就是正轴抛物线加权平均光滑法。通过大量的数据验证了绘制的正确性。     

基于Maplnfo数据格式在GIS应用环境下等值线综合方法实现

等值线构建是GIS开发、数字地图绘制重要的研究内容之一。重点讨论了基于Maplnfo数据格式在GIS应用环境下等值线综合方法的实现，首先根据高程采样点跟踪等高线通过点，再利用五点光滑法、正轴抛物线加权平均光滑法以及MapX提供的光滑方法对等值线通过点进行光滑处理，从而绘制出光滑度好、准确美观的等值线，同时发现MapX所提供的光滑方法可能利用的就是正轴抛物线加权平均光滑法。通过大量的数据验证了绘制的正确性。     

移动平台下电子海图矢量数据访问优化方法

小型移动平台硬件性能存在相对弱点,为提高电子海图矢量数据在此平台下的显示速率,增强用户体验,重点研究了矢量数据在符号化显示前的数据访问优化方法,包括利用嵌入式数据库Spatialite存储、管理与访问矢量数据;通过建立RTree空间索引、矢量要素裁剪对矢量数据进行两次筛选。通过系统矢量数据显示实验验证了该优化方法在移动平台上应用的可行性,另通过显示时间比对试验,验证了该优化方法对提高矢量数据显示速率具有一定促进作用。     

基于Kriging算法实现等高线制式转换

地图上等高线的等高距主要有英美制（英尺、码）和公制（米）两种制式，不同制式间的等高线转换，其实质是等高线重构。克里金（Kriging）算法是对空间分布的离散数据进行无偏、线性最优内插估计的一种较理想的插值方法。论述了Kriging算法的基本原理，并以VB＋Surfer为二次开发环境，实现了等高线制式由码至米的转换，分析了该方法应用的主要特点。     

基于WEB服务的海水污染面积计算方法研究

提出了一种利用GIS空间分析技术,通过空间插值处理,对目标区域内的各类污染海域进行等级划分,得出各类污染海域面积的方法。通过对污染面积要素进行空间分析:栅格叠加统计分析、栅格转换矢量面、边界平滑处理、微小面积融合处理、要素面无缝处理以及同等级污染面融合处理,生成矢量污染面积图,计算各等级污染面积值,通过海洋专网,利用Arc GIS Server,发布Geopocessing服务。当用户导入插值数据,插值范围,设定条件,就可以获得区域的污染面积,为用户提供远程服务。研发了污染面积计算工具,有助于环保工作者提高工作效率,满足环境质量综合评价中时效性和直观性的要求,具有良好的推广意义。     

基于加权最小二乘曲面拟合的规则格网DEM

数字高程模型（DEM）是描述地表起伏形态特征的空间数据模型。DEM完全可以代替传统使用等高线对地形表面的描述，进而满足对等高线数据相同的各种需求。内插是DEM的核心问题，它是DEM各种应用的基础。介绍了加权最小二乘曲面拟合法构建规则格网DEM的理论和方法。试验结果表明：加权最小二乘曲面拟合算法具有插值结果较精确、处理效率较高和模拟地表效果较好等优点。     

基于T/P和Jason-1/2卫星高度计海面高度数据获取南海同潮图的研究

随着卫星高度计资料的不断丰富,通过对卫星高度计所得潮汐调和常数进行插值或拟合得到潮汐同潮图成为可能。本文拟对T/P(TOPEX/POSEIDON)、Jason-1和Jason-2卫星高度计数据进行分析,得到南海区域星下观测点处四个主要分潮(M2、S2、K1和O1分潮)的调和常数,进而利用双调和样条插值方法对其进行插值,获取南海同潮图。首先,以1992～2016年T/P和Jason卫星高度计所得海面高度数据为基础,利用调和分析方法计算了南海星下观测点处M2、S2、K1和O1四个主要分潮的调和常数,并与40个验潮站数据进行了对比,最大矢量均差为4.99cm,说明分析所得调和常数与利用验潮站资料提取的调和常数的误差较小。进而采用双调和样条插值方法对星下点调和常数进行插值,得到了南海四个主要分潮的同潮图,所得结果与全球潮汐模型TPXO7.2模式结果的矢量均差分别为4.69、2.46、3.13和2.42 cm,与141个验潮站处观测结果的矢量均差分别为22.59、10.26、10.24和8.51 cm。此外,插值所得四个主要分潮的无潮点位置与前人研究结果相近。上述实验结果表明:利用双调和样条插值方法对卫星高度计所得调和常数进行插值能够获取较为准确的同潮图。     

OBS纵波资料镜像叠前时间偏移处理

四分量海底地震仪(OBS)是一种新的接收仪器,其获得的地震数据信息量大,整体信噪比较高,频率成分丰富,具有较高的使用价值。OBS用于研究深部地壳结构已取得较好进展,但较少应用到油气勘探和盆地研究中。在南海西北部采用大容量气枪阵列(0.083m3)作为震源、利用OBS记录气枪震源的反射和折射信息,在油气勘探中是一种新的尝试。为正确使用OBS地震资料,必须采用不同于常规地震资料处理的方法,文中开拓性地使用了镜像叠前时间偏移处理方法。镜像叠前时间偏移处理方法是利用海面多次波进行成像的技术,包括OBS资料矢量保真处理、P分量(压力分量)和Z分量(垂直分量)的叠前处理和镜像叠前时间偏移处理等;其中矢量保真处理主要进行检波点位置二次重定位和检波点方向重定位及倾角校正,P、Z分量的叠前处理包括零相位化处理与地震道修改,P、Z矢量合并(P and Z summation)、剩余静校正、镜像叠加和多次波衰减等。采用镜像叠前时间偏移处理方法获得的剖面获得了较好的成像效果。     

高频地波雷达生成海洋表面矢量流图

武汉大学研制的双站高频地波雷达系统OSMAR2000利用测得的两幅单站径向海流图生成矢量海流图。经典矢量流图生成方法不能直接应用到OSMAR2000系统中。本文提出一种先在极坐标系下用自然三次样条函数将径向流插值到公共网格上然后直接进行矢量合成的矢量海流图生成方法。OSMAR2000在东海的表面矢量流实测结果与作对比验证的传统海流计测量结果十分吻合。对比数据表明，该方法是可行的，且优于先进行径向流线性插值后矢量合成的矢量流图生成方法。这也是国内首次利用高频地波雷达实现海洋表面矢量流的实时监测。     

粒度资料数据同化方法初探

本文从资料处理和应用等方面,对粒度数据的同化方法进行初步探讨,建立了粒度数据同化分类标准。从目前研究情况来看,可对不同分析精度粒度数据、不同空间分布范围数据和不同分析方法的数据进行数据同化。不同精度粒度数据同化方法的对比分析结果表明Spline插值效果较为理想。为了避免出现龙格现象,减小误差,将Spline插值和线性插值结合进行插值效果会更好。     

海洋盐度分布的插值方法应用与对比研究

空间插值在海洋环境评价中有着广泛的应用,常用的插值方法有:线性插值、最近邻点插值、自然邻点插值、三次多项式插值、反距离权重插值、克里金插值等。盐度是海水重要的环境因子,基于2012年8月份的北海区盐度监测数据,采用空间插值分析表层盐度分布,并通过开展不同插值方法的插值实验,对插值结果进行曲面分析和误差分析,对比各插值方法的特点与适用性。结果显示:基于本次海洋环境监测的站位与盐度数据,克里金插值、自然邻点插值曲面趋势符合较好,而且相对其他插值方法误差也较小,是相对适用于海水盐度的空间插值方法。     

基于LIC的海流动态模拟与可视化

线积分卷积(LIC)方法是一种针对矢量场数据的可视化技术,本文主要研究了LIC方法应用于海洋流场的可视化质量改进问题。主要包括以下几点改进:根据海流运动方向改变稀疏背景噪声的指向以使流线变得更加细长明亮;针对稀疏噪声中海流变化剧烈的区域流线会出现分叉的问题,采用忽略稀疏背景噪声流线追踪时非主流线部分的纹理点的积分计算方法来解决此问题,同时可以省去不必要纹理点的积分计算的开支,加快显示速度;采用赋予海流随机的初始相位的方法来解决稀疏噪声循环动画突兀的问题;通过流线的运动速度快慢或者流线的颜色来表示海流速度大小;通过对海流数据进行插值并改善边界流线追踪条件的方法可形成完整细致的全球海流图像。实验结果表明,该方法可以生成纹理对比强烈、细节清晰、动画连贯的高质量海流运动图像,具有良好的可视化效果。     

利用卫星影像提取小比例尺海图信息的精度分析以及系统的开发

提出基于遥感的影像图和DEM影像图,进行海图地形和DEM等高线数据数字化提取并将提取结果导出到其他GIS系统中的新技术方法。该技术处理速度快,生成的影像图和提取地形数据具有精度高(可达到1 m)的特点。这项新的处理技术可达到提高实际测绘中的劳动效率,降低外业测量人员的野外工作强度,及时更新地理信息、简便地校验测量的质量精度和节省作业经费的目的。     

基于S-52标准电子海图的符号研究

在国际标准电子海图显示信息系统（ECDIS）中，信息的表达模型是独立于数据存储的。根据空间数据处理的特点和可视化的基本技术，矢量数据的几何图形表示方法通常包括点数据表示、线数据表示和面数据表示等三种。介绍了关于点、线、面基本图元的符号化问题。     

基于人机交互方式的海图集一体化分幅

根据海图集制作中分幅设计需要处理的多种情况,提出了海图集一体化分幅方法,采用开放式模块化的方案流程,利用人机交互的方式,使计算数据与矢量数据相结合,结果可以在电脑屏幕上显示出来,使设计者的思想得以充分体现。同时利用批量数据联动处理的方式,提高了图幅设计的效率。     

海洋二号卫星微波散射计后向散射系数业务化面元匹配算法

本文提出了一种可业务化运行的海洋二号卫星散射计面元匹配方法，该算法主要用于将按时序排列的后向散射系数及相关参数投影到相应风矢量单元。面元匹配方法主要包括地面网格划分和后向散射系数观测结果重采样两个关键步骤。为简化计算，本文采用了以星下点轨迹为中心，以顺轨向及交轨向为坐标轴的地面网格划分方式。在重采样过程中，本文提出了一种“三点标定”重采样方法，利用观测脉冲的地面足印中心，星下点轨迹的起点，以及过地面足印中心做星下点轨迹垂线的交点，三点形成的直角三角形来计算每个后向散射系数观测结果在地面网格中对应的坐标。该直角三角形的两直角边分别对应观测脉冲在顺轨向和交轨向的坐标。同时，为减少由于星下点数据空间分布不连续引起的面元匹配误差，在采用三点标定法进行重采样之前，首先对星下点时空分布不连续的区域对时间插值，然后以时间为坐标，对星下点经度、纬度分别进行内插。对风矢量面元位置分布和风矢量反演精度等分析表明，本文提出的面元匹配算法，可在满足高质量海面风场反演的要求。     

基于样条函数对线状目标矢量化的表示

在分析遥感影像中提取的线状目标的基础上,利用样条插值函数,对提取的线状目标矢量化表示进行了研究。主要过程包括目标的分解、插值点的选取、插值函数的选择、特征点的增加等。实验结果表明,提出的方法能有效地表示提取的线状目标,减少数据冗余,具有好的光滑性。     

用数学形态学变换提取地性线的一种方法

地性线是非常重要的地形结构信息,应用领域十分广阔。采用单纯的矢量方法提取的地性线往往不连续,比较零碎。阐述了利用数学形态学的流域分割算法提取地性线的原理,介绍了基于等高线,采用矢量栅格混合算法提取地性线的具体步骤,最后,给出了结论,实验结果表明,采用本文提出的算法是可行的,提取的地性线有较好的连续性。