OpenGL技术及地形三维可视化实现

数字高程模型是当今地理信息产业的主要产品之一,是地形环境仿真的基础。在系统介绍三维技术的发展现状、基于OpenGL的地形三维可视化实现的基础上,提出了以数字高程模型为数据基础的三维可视化的方法,探讨了其实现中的关键技术问题,并指出了基于OpenGL的地形三维可视化、地形仿真的前景和发展趋势。     

数字海图与海上作战仿真训练

地形及地表景物是虚拟环境的主要组成部分。在虚拟战场环境中,地形模型的基础是真实的原始地形数据,原始地形数据包括地形高程数据和地形文化数据,地形文化数据是表征地表地理文化特征的数据。讨论了二维建模的整个过程,提出了基于区域划分的分层分级的地形二维模型和利用数字海图高程点数据的三维建模方法,可以应用于虚拟海战场环境的系统开发。     

基于全极化SAR的浙江衢山岛DEM信息提取

数字高程模型(digital elevation model, DEM)是重要的地理信息,合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)是提取数字高程模型的有效手段之一。本文以浙江衢山岛部分地区为研究区,利用2013年11月27日的Radarsat-2四极化精细工作模式极化SAR数据计算了研究区方位向两相邻分辨单元之间的极化方位角偏移量,从极化方位角偏移量提取了方位向坡度信息,得到了研究区地形的高程数据,并利用实测数据对提取的DEM信息进行了精度检验。结果表明,在海岸带及近海岛礁区域,单景全极化雷达DEM测量是可行的,计算结果的平均相对误差为20%,造成误差的主要原因是海面杂波造成的起算面的改变以及植被的树枝叶层造成方位角的变化导致的高程计算偏差。     

空间信息系统原理(三)数字高程模型及其数据结构

简要介绍了DTM的提出和应用情况,并对数字地面模型(DTM)、数字高程模型(DEM或DHM)、数字地形模型(DGM)等三个概念进行了论述,说明了它们的区别和联系,详细论述了离散点、不规则三角形、等高线、断面线和规则格网等几种数字高程模型的数据结构,并对不同数据结构的数字地面模型的特征进行了比较。     

利用高程基准模型实时获取海拔高技术研究

高程信息是时空位置的重要组成部分,实时获取高精度海拔高是测绘导航信息化的关键步骤之一。北斗导航终端能快速高效地测定大地高,结合高精度的数字高程基准模型,可实时获取精密海拔高程。在顾及1985国家高程基准与全球高程基准之间垂直偏差的基础上,基于GOCE+EGM08重力场模型构建了统一到CGCS 2000椭球的区域数字高程基准模型,该模型范围对应北斗区域导航的覆盖范围,即55°S~55°N,55°E~180°E,模型精度优于米级,满足北斗导航终端对海拔高的应用需求;利用实时SQLITE数据库技术,基于该数字高程基准模型构建了北斗导航终端的海拔实时获取系统,实现了任意测点精密海拔高程的实时获取。     

滩涂机载LiDAR点云数据滤波方法研究

机载LiDAR点云数据滤波是制作高精度数字地形产品的重要环节。通过分析常用滤波算法基本原理、滩涂机载LiDAR点云数据的特点,提出了一种基于潮汐水位高程约束,移动窗口滤波与三角网渐进加密滤波组合的滤波方法。试验表明:该滤波方法获取的滩涂地形有效点云数据质量与人工滤波结果相当,在一定程度上提高了滩涂区域机载LiDAR点云数据滤波的效率,为快速获取滩涂区域数字高程模型提供了有效途径。     

百年内全球海平面上升、地壳上升和潮滩沉积对广西英罗湾红树林分布的影响

为有效保护和合理利用广西红树林,探讨了自2000年到2100年全球海平面上升、地壳上升和潮滩沉积对英罗湾红树林分布的影响。采用机理分析方法建立红树林边界位置预测模型;利用预测模型计算在2000年数字高程模型上定位2100年红树林边界的数据;利用Global Mapper软件在2000年数字高程模型上确定红树林边界的位置。利用Mapinfo professional地理信息系统软件分析海平面上升引起的红树林边界的移动。通过研究得到在2000年数字高程模型上表达2100年红树林边界位置的数据,以及自2000年到2100年红树林边界移动专题地图。结果表明:自2000年到2100年,低、中模式海平面上升,英罗湾红树林边界向外扩展,面积增大;高模式海平面上升,红树林边界向陆移动,面积增大;极端模式海平面上升,红树林边界向陆移动,面积减小。     

一种基于TIN三角网数据的规则格网生成算法

格网地形模型和7TIN地形模型是数字高程模型的两个主要组成部分。结合实际工作，在实现多分辨率地形环境仿真需求下，充分利用已知TIN数据信息，通过划分格网点，判断格网点是否落在TIN三角网内，用三角形三个点高程内插得到格网点高程的方法，实现基于TIN数据生成格网数据。方法简单实用，在三维地形仿真应用中有较好的效果。     

基于海图数据的水下岸坡插值精度分析对比研究

数字高程模型是研究水下岸坡冲淤变化的一种重要手段。不同的插值方法和像元大小都会对数字高程模型的精度产生影响,从而导致冲淤分析结果的变化。本研究使用了六种常用的插值方法 (ANUDEM、反距离函数法、克里金法、自然邻域法、样条函数法、不规则三角网转栅格法)对莱州湾和烟台港不同年份和尺度的水深数据进行了插值,计算了均方根预测误差、源数据残差均方根误差、残差均值、残差最大值和残差最小值等精度计算指标。结果表明ANUDEM和自然邻域法的均方根预测误差和源数据残差均方根误差均小于1 m。ANUDEM和自然邻域法对不同尺度的水下岸坡数据插值有着较好的适用性。     

现代黄河三角洲地面沉降及其原因分析

为全面和具体地了解整个黄河三角洲的地面沉降状况,收集了现代黄河三角洲地区1956、1967、1980年1∶5万比例尺的地形图资料,利用地理信息系统软件进行数字化、建立高程数据库,生成数字高程模型。通过对不同时期数字高程进行空间运算发现,1956—1980年间黄河三角洲地区地面沉降现象普遍,沉降区年平均沉降数厘米。基于数字高程空间分析结果,探讨了诱发三角洲地面沉降的自然和人为因素。     

基于自适应抗差最小二乘的DEM数据粗差剔除

数字高程模型(DEM)生产中最关键的环节是质量控制,而粗差是影响DEM质量的重要因素之一。简单介绍了自适应最小二乘估计的原理,并将其用于DEM趋势面拟合中,结果表明该方法具有良好的抗粗差的能力,用含粗差的数据拟合出的曲面与实际地形比较符合。     

基于多源数据的三维城市建模方法

以天津新港三维城市建模为例,介绍了基于二维数据、DEM和3D模型等多源数据的三维城市建模的方法和关键技术。为有效利用现有数据资源快速、准确建立三维城市模型提供了一种经济、灵活、省时、高效的方法。     

Discrete-element numerical modelling method for studying mechanical response of methane-hydrate-bearing specimens

Abstract

It is important to understand the deformation mechanism of methane-hydrate specimens (MHSs) to avoid deforming the seabed during methane-hydrate production. For this purpose, discrete-element method (DEM) modelling is advantageous because it requires much less cost and effort compared to artificial specimens and in situ sediments. In this study, a method for generating DEM numerical simulation models of MHSs is proposed to study the deformation mechanism of MHSs. First, numerical models that consider the saturation of methane hydrate (S_MH), following which the bi-axial compression of these models is simulated. The mechanisms controlling the shear strength of MHSs are verified and modified by investigating the stress–strain response behavior, crack-development process, and evolution of the void change rate (E_change) of MHSs. The increases of the peak strength and secant elastic modulus of the MHS with the increment of confining pressure follow parabolic relationships. Under different loading rates, the peak strength tends to increase parabolically with the increment of loading rate, while the relationship between the secant elastic modulus and loading rate is linear. Based on the testing results, empirical formulas of peak stress and elastic modulus are proposed for different confining-pressure and strain-rate conditions.     

河道的防洪预警模拟及其三维地形可视化

运用数字高程模型(DEM)数据格式中的三角网格模型,以OpenGL提供的光照、材质、纹理映射和反走样等技术实现河道地形的三维可视化;利用VC 及OpenGL中的平移、旋转和缩放等功能,实现河道流场三维显示的效果。在读取相关洪水数据的情况下,实现了流场可视化及河道堤坝防洪预警等相关查询功能,为防洪决策提供了相关的参考。     

基于神经网络并考虑地形改正的GPS水准高程拟合

从考虑地形改正的基础出发,运用神经网络进行GPS水准高程拟合。从节约计算时间的角度提出了新的思路,认为不必深究于过密的DEM模型数据,DEM模型数据只是中间过程,能达到精度要求即可,如果过于强调其精度,相反还会带入DEM高程模型算法本身的系统误差。并提出了DEM模型的密度是否符合拟合要求的初步判定方法。还对神经网络的基本理论作了简单的概括和说明。     

RSG数字高程模型的自动综合研究

数字高程模型(DEM)作为对地表的数字描述,已逐渐成为国家空间信息基础设施的重要组成部分。探讨了对RSG结构DEM实施自动综合的需求,认为对规则方形格网(RSG)结构DEM综合必须基于合理的存储结构。提出的基于线性四叉树的综合模型能很好的兼顾RSG的结构保留和冗余消除。     

基于ICP和模拟退火遗传算法的DEM无控匹配

为对DEM进行分析、管理和应用,有必要对DEM匹配技术进行研究。为此,提出一种基于ICP和模拟退火遗传算法的多源DEM无控匹配方法,利用扫描线生成DEM的点云并利用ICP进行粗匹配,并利用模拟退火遗传算法对参数精求解。实验结果表明,算法可以完成多源DEM的无控制匹配,运行效率优于遗传算法,求解精度优于ICP算法。     

Discrete element method simulations of offshore plate anchor keying behavior in granular soils

Abstract

The keying mechanism of plate anchors (PLA) embedded into granular sandy soils is investigated in this work using the discrete element method (DEM) modeling to simulate microscale response and to observe the emergent macroscale behavior. Parameters (e.g., padeye eccentricity, loading direction) that influence anchor keying are analyzed in the simulations. The load-displacement response and embedment losses during keying are evaluated and compared to published experimental results from the literature. The keying mechanism of the PLA for different padeye eccentricities and loading directions are investigated. The DEM results are found to have the same trends as published experimental results. The embedment loss has a bilinear response with the padeye eccentricity which is in accordance with the experimental results reported in the literature. Embedment losses increase linearly with increasing loading directions. Microscale observations of mobilized particle friction, particle rotation, contact force network, and steering coefficient during keying are used to provide insights into the keying mechanisms. The potential for particle mobilization is reached more quickly for the larger padeye eccentricities. The particle rotation is the major keying mechanism for all the cases in the simulations. Finally, the granular assembly adjacent to the PLA is steering from horizontal to vertical for all padeye eccentricities.     

锥角对锥体结构抗冰性能影响的离散元分析

在寒区海洋工程中,锥体海洋结构的尺寸参数对其破冰性能具有重要影响。采用具有黏结-破碎功能的离散元方法模拟海冰与锥体结构的相互作用过程中海冰的破坏模式及冰载荷分析。该离散元方法的计算参数通过与渤海油气平台的实测数据对比进行了可靠性验证。在此基础上,当设计海域的潮差固定时,对不同锥角下风电单桩锥体结构的冰载荷和海冰破坏模式进行了离散元分析。计算结果表明:锥体冰载荷随锥角的增大而增大,海冰的平均断裂长度则随锥角的增大而减小;当锥角小于70°时海冰的破碎模式主要为弯曲破坏,而当锥角大于70°时海冰破坏模式则主要为挤压破碎。以上研究结果可为冰区海上风电单桩结构的抗冰锥设计提供参考。