海量多波束数据抽稀方法的比对分析

针对构建海底DEM高效率、高精确度的要求,对比分析了海量多波束水深数据的抽稀方法。利用格网分块结构高效组织海量多波束水深数据,分别采用三种数学模型内插网格节点水深值,实现了不同网格尺度下的数据抽稀。实验证明:所提分块索引策略能提高多波束数据抽稀效率;距离加权内插模型能有效提高海底DEM模型的准确度。     

黄渤海无缝深度基准面绘制与分析

针对海洋测绘中的深度基准面,探讨了格网化和无缝连续深度基准面的确定方法,使用自编潮汐获取工具计算出以10km为间隔的黄渤海海区的深度基准面数据,并应用成图软件绘制出比例尺为1∶100万的黄渤海深度基准面图,对黄渤海的深度基准面分布特点做了一定的分析。采用类似方法可以绘制中国海区乃至全球海洋的无缝深度基准面。     

一种格网树与KD树组合的水深数据索引方法

针对当前构建高精度数字水深模型中常用的格网数据索引方法,在海量数据管理中存在因树的规模限制而导致检索效率低的问题,提出了一种格网树与KD树(K-Dimension,KD)组合的水深数据索引方法。首先,利用格网将水深源数据分割为网状的数据块,构建出数据块的格网树;其次,构建各数据块的KD树,实现对数据块中任意数据的快速索引;最后,通过快速定位数据块,查找其所在KD树的位置,实现对海量数据的快速检索。实验结果表明:①与格网树相比,本文所提组合检索方法的检索效率随检索树规模的变化不明显;②在相同的数据量下,组合树的检索效率要普遍高于格网树方法。     

波浪计算可视化的研究

文章讨论了波浪场可视化实现过程中的一些关键的算法。文中针对表示波浪面的数据集的特性,采用了一种简单的节点法矢量算法。绘制结果表明,用这种简单算法取代二维和三维的数据场节点法矢量的常用算法,能够保持波浪场三维图形的光照效果。利用层次模型算法进行波浪的动态演示,比较了相同面积的波浪场在不同网格密度情况下图形的显示质量,提出波浪场图形质量有与特征波长相匹配的最佳经验网格密度。     

基于Geohash和动态网格的渔船轨迹相似度搜索算法

渔船轨迹数据属于具有强时空关联的时间序列数据,相较于普通轨迹具有形状多变无规律、单条轨迹点数量不统一等特点。在使用传统相似度索引构建的查询算法中,常由于以上原因造成索引构建缓慢,查询速度下降。为解决以上问题,提出了基于Geohash和动态网格的渔船轨迹相似度搜索算法。针对渔船轨迹数据形状多变问题,基于Geohash构建可变动态网格结构,利用Geohash的唯一性所构建的网格路径范围进行轨迹查询,直接对网格路径内所包含的其他轨迹点进行计数,并加入时间维计算以保证查询轨迹与被查询轨迹处于同一时间维度;通过计算结果轨迹点数量与轨迹点总数量之间的比值解决轨迹点数量不一致的问题。为验证所提出方法的有效性,使用真实渔船轨迹数据进行实验,并与传统方法进行了比较。实验结果表明,所提出的方法能够有效提高渔船轨迹数据的索引构建速度和查询速度,为进一步数据分析提供有效的数据支撑。     

海底地形实时绘制技术研究和实现

为了提高大规模海底地形的绘制效率,LOD(细节层次,Levels of Details)技术必不可少。在ROAM(Real-time Optimally Adapting Meshes,实时优化自适应网格)算法的基础上,通过数据加载、视域剪裁、建立评价方法等技术手段,根据视点位置实时更新可视区域,避免了多余三角面片的生成和绘制。同时,采用对不共斜边节点强制分割的方法处理裂缝问题,通过索引坐标与实际坐标转换以及无效值处理实现任意范围海底地形对ROAM算法的应用,消除了传统ROAM算法对数据网格大小的限制,保证了绘制的效果和正确性。最后,通过GPU实时计算和绘制各顶点的法线和颜色,实现了大规模海底地形的实时建模和高效绘制,满足了高精度、海量海底地形漫游浏览的需求,特别是针对起伏比较大的地形漫游浏览。     

二维非结构三角网格节点的动力配置法

用Delaunay三角化法构造网格,需要事先配置好节点.文中给出1种新的节点配置方法,即动力配置法.其主要思路是设网格尺度函数已配置,根据尺度函数计算出所需的单元数和节点数.把这些节点随机配置在计算域内,节点之间存在斥力,力的大小与当地的尺度函数正相关.节点在力的作用下运动,达到平衡时节点从局部看是均匀的,从整体上依尺度函数分布.最后用Delaunay三角化法构造网格并适当修改.试验结果表明,该方法形成的网格从单元形状和尺度,对边界的拟合3个方面都能达到较高的质量.     

一种带自由面的三维船体贴体网络的数值生成

本文提出了一个生成自由面的三维船体贴体网格的数值方法。文中以静水面以上的船体型线作为描述非定常自由面的计算网格域，进一步完善了我们以往开发的无法考虑兴波与静水面以上的船体型线相互作用对船舶粘性流动影响的网格生成方法。静水面以上的初始自由面网格分别沿船面法线η及切线ζ方向的曲线长的指数进行分布，即可极方便地调节自由面在船面及静水面附近的网格间距，也保证了在数值离散三维Ｐｏｉｓｓｏｎ方程时具有相当好的收敛性。这种方法的特点是计算量相当小，尤其能极方便地控制网格在船面簿粘性层中及静水面附近的分布。以Ｓｅｒｉｅｓ６０船模作为计算算例，带自由面的网格分布是相当满意的     

基于多波束数据的网格水深模型内插方法精度分析

以多波束水深数据作为源数据,分析了网格水深建模中的数据内插,介绍了网格水深建模所用的常用内插方法,并从水深建模的精度和效率出发,计算分析了网格水深建模过程中内插方法的应用效果。实验结果表明:在当前网格水深建模常用的内插方法中,加权平均法是较适合多波束水深源数据内插网格水深模型点的方法,双线性曲面法是较适合网格水深模型点推估模型表面任意点水深的方法。     

嵌入式环境下基于PDB的空间数据索引技术

讨论了PDA环境下空间数据索引技术,针对RAM存储卡特点,提出了一个格网索引思想的空间数据索引方案——“类哈希”索引,并设计了基于PDB（palm OS database）的一个实现。实验表明,在PDA环境下,基于PDB的“类哈希”索引技术,能显著加快空间数据的加载速度。     

离散点数据自动绘制等深线方法探究

提出用反距离插值法将多波束离散数据点插值成规则格网DEM数据,再根据海图生产规范自动绘制不等间距相对光滑的DEM。将自动绘制的等深线与一般软件生成的等深线、海底地形图成果等深线进行比较分析得出：文中方法绘制的等深线相比以前有较大改善且更符合地形,可作为人工绘制的参考线。     

基于HUST-Ship的船舶耐波性数值试验水池参数化建模方法研究

基于自研的HUST-Ship黏性流CFD求解器,提出了一种船舶耐波性数值试验水池参数化建模方法和网格生成技术。在自研的CFD软件平台中,根据波浪参数(规则波的波长、波高和不规则波的特征周期、有效波高)自动生成船舶耐波性数值试验水池。以结构化重叠网格技术为基础,分别对船舶与水池进行网格划分并进行网格的组装、重叠,实现船舶在耐波性数值试验水池中的数值“试验”,对船舶耐波性进行数值预报。根据波浪种类分为规则波数值试验水池与不规则波数值试验水池,可对各类波浪条件实现精确可靠的数值造波,模拟船舶在各种波浪环境中运动响应、耐波性事件与非线性运动特性。采用参数化建模方法生成的耐波性数值试验水池能够提高建模和网格生成效率,通过对国际标模进行数值预报并与船模试验结果对比,验证了参数化建模方法生成的耐波性数值试验水池对船舶在波浪中运动性能的计算精度。     

基于GDAL和NetCDF的影像金字塔构建方法

介绍了GDAL和NetCDF在图像数据处理和栅格数据调度上的帮助和优势,提出了一种新的影像金字塔模型构建方法,从底层开发的关键技术上做了改进优化,提高了影像重采样方法的运行效率,在此研究领域上提供了一定的理论和实践基础。     

海底地形格网数据精度指标要求分析

海底地形不易进行实地探测及核实,海底地形格网数据产品精度指标的确定不具备实地核实的条件,为了确定海底地形格网数据精度指标,通过大量的数据实验,分析得出单位面积内,一定比例的极值水深差值的平均值与海底地形之间有一定的线性关系,从而提出了通过单位面积水深插值来划分海底地形的一种量化方式,并依据实验数据,分析误差规律,给出了海底地形格网数据中误差的精度指标及方法。     

A reduced grid for a parallel global ocean general circulation model

A limitation of many global climate models with explicit finite-difference numerics is the timestep restriction caused by the decrease in cell size associated with the convergence of meridians near the poles. To keep the longitudinal width of model cells as uniform as possible, we apply a “reduced” grid to a three-dimensional primitive equation ocean-climate model. With this grid the number of cells in the longitudinal direction is reduced at high latitudes. The grid consists of subgrids which interact at interfaces along their northern and southern boundaries, where the resolution changes by a factor of three. We extend the finite-difference techniques to these interfaces, focusing on the conservation required to perform long time integrations, while preserving the staggered spatial arrangement of variables and the numerics used on subgrids. The common alternative used to reduce the timestep restriction caused by the spherical grid is the filtering of high-frequency modes from the high-latitude solution. The reduced grid allows an increased timestep while eliminating the need for filtering and reduces execution time per model step by roughly 20%. We implement the reduced grid model for parallel computer architectures with two-dimensional domain decomposition and message passing, with speedup results similar to those of the original model. We present results of model runs showing small effects on the solution and sizable improvements to the execution time.     

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。     

利用插值试验分析采样网格对粒度趋势分析的影响

利用地理信息系统软件ArcView3．2的空间分析功能,采用三次样条插值方法,对采自山东半岛月湖的表层沉积物的粒度参数进行插值。应用“粒度趋势分析”方法,选取一系列的特征距离值进行试验,从原始数据和插值后数据中提取净输运方向的信息。结果显示,原始的不规则采样点所得粒度趋势对于特征距离的选择很敏感,而插值后的规则格网在不同的特征距离下均表现出比较统一的粒度趋势信息。研究表明,规则格网较不规则格网采样点有许多优势,应用插值方法可有效地提高原始数据的信息含量及其质量。