局部区域多孔径六边形格网系统快速生成算法

六边形全球离散格网系统是支持多源地球空间信息融合处理的优选解决方案,相关研究已引起学术界广泛关注。相较于完整的全球格网,局部不规则区域格网的应用需求更加广泛,相关生成算法是当前六边形全球离散格网系统研究的重要问题之一。将二十面体相邻三角面组合为菱形逻辑结构,在此基础上,提出一种局部区域多孔径六边形格网系统生成算法。首先,分析格网剖分类型,建立离散整数坐标系,描述多孔径六边形格网单元空间位置;其次,将局部区域分解到球面二十面体的菱形逻辑结构上创建子区域;然后,根据子区域边界设计外接最小菱形遍历算法,剔除与目标区域无关单元;最后,遍历最小菱形,生成多孔径局部格网。对比实验结果表明,提出的算法具有灵活性好、效率高等优点,生成的多孔径六边形格网用于栅格数据组织,可显著减少数据量,具有较好的应用潜力。     

孔径为4的全球六边形格网系统索引方法

从集合论的角度描述基于正八面体的、孔径为4的六边形格网系统,通过对偶、中心剖分两项基本操作建立不同层次六边形格网集合与三角形格网集合之间的递推、包含和层次关系。定义三轴整数格网坐标系描述三角面上六边形格网单元的位置,通过若干定理解决了格网索引的核心问题,如单元笛卡尔坐标的计算,邻近、孩子、父亲单元的判定。据此设计了单元索引算法并通过对比实验进行验证。实验结果表明,本文提出索引算法的平均执行效率约是同类算法的600倍,因而更适合计算机处理。     

格网划分的Delaunay三角网快速生成算法

针对常见的三角网构建算法效率受查找三角形的约束的问题,该文提出了一种基于格网划分的Delaunay三角网快速生成算法,对传统逐点插入算法的点定位及LOP算法进行了优化。通过对离散点数据进行格网划分,将三角形面积坐标法与直线行走算法相结合,在点定位过程中可大幅度缩短搜索路径,快速定位到插入点所在的目标三角形。实验结果表明,改进后的算法兼顾了时间和空间的性能,执行效率明显提高,定位路径惟一且为最佳路径。     

TIN向规则格网DEM转换的新算法

由TIN生成规则格网DEM是基于TIN的离散点数据栅格化的重要一步,在基于一种数学原理的基础上运用逆向思维提出了TIN向规则格网DEM转换的新算法,不用传统的分块和建立索引,而是通过逐个遍历三角形来判断格网节点位于哪一个三角形中并实现格网节点的插值。通过编程实现、测试该算法,证明它具有非常高的插值效率。     

基于Fuller投影的六边形球面离散格网生成算法

随着云计算、航天遥感、地理信息、导航等技术的发展,用于空间信息剖分组织的全球多分辨率离散格网模型得到了长足发展。针对已有研究成果和当前研究现状,选取性能优异的六边形作为基本格网单元,Fuller多面体投影作为投影类型,提出了一种基于正八面体构建新型六边形球面离散格网的方法。全文系统地论述了此新型离散格网的生成算法并给出了相应实验结果,最后与基于Snyder等积多面体投影的格网进行比较,得出其特点和应用前景。     

全球六边形离散格网数据的三维可视化方法

针对全球六边形离散格网的三维显示化方法开展研究,设计了一种六边形格网的空间层次结构(hexagonalquaternary balanced structure,HQBS),采用四位码元对格网单元进行编码,定义并实现了格网向量的基本运算,利用这些运算可以方便地实现格网单元的空间索引。在此基础上还研究了全球离散格网的动态生成与显示算法、可视化区域裁剪等相关内容。试验表明:全球格网动态生成的效率110～370单元/ms之间,加载空间数据后,格网数据和空间数据逐层加载的时间在300 ms左右,能够保证加载空间数据后的显示刷新率在20帧/s左右。     

正二十面体四孔六边形格网系统编码运算

全球离散格网系统是数字化的多分辨率地球参考模型,在结构上支持多源位置相关信息的融合处理。基于正二十面体剖分的六边形全球离散格网系统具有较好的几何属性,相关研究已引起学术界的广泛关注,如何建立封闭球面上的六边形格网系统编码运算方案是当前的研究难点。研究表明,基于正多面体剖分的全球离散格网系统与正多面体格网系统拓扑等价,两者的编码运算结果也完全相同。根据这一原理,结合四孔六边形格网系统在正二十面体表面的分布特点,基于六边形格点四叉树定义顶点瓦片与面瓦片结构,提出了正二十面体四孔六边形格网系统编码运算方案。该方案通过高效编码运算实现了格网单元跨面操作,克服了现有成果需借助低效浮点数运算实现相同操作的缺陷。对比实验表明,该方案的跨面邻近单元搜索效率约是六边形四元平衡结构方案的19.6倍。     

六边形格网的快速傅里叶变换

全球离散格网系统是支持多源地球空间数据融合处理的新型数据模型,傅里叶变换是联系其空域与频域的纽带,对以格网系统为框架的遥感图像的增强具有重要意义。根据三孔六边形格网剖分方案,设计了一种规则六边形格网单元组合结构,并将该结构空间域的二维离散傅里叶变换转化为可以用蝶形算法加速的标准一维变换。采用遥感影像进行实验验证,结果表明本文提出的快速傅里叶变换算法正确、高效,其复杂度为N log2N。随着数据量增大,效率以指数函数形式提高。     

基于六边形格网的城市内涝洪水演进方法研究

基于六边形格网建模的方式研究城市内涝洪水的演进过程,采用离散格网的方法,建立了一种基于规则多尺度离散格网的城市几何模型,通过三维地形测量数据和二维建筑物矢量数据的融合,形成了规则的地表格网模型,该模型同时考虑了城市地形和建筑等特殊阻拦体。在此基础上,提出了一种逆向的水流推演方法,由洪水的状态反算演进过程,即以洪水的水淹深度为基础,通过与出(排)水口的连通性,计算水淹的范围,由此实现了城市内涝洪水的模拟推演。试验表明,本文方法能够有效地实现城市内涝场景的演进推演,可以为城市防减灾与应急决策提供科学依据。     

一种基于分布中心的矢量数据零水印算法

针对鲜有零水印算法能同时适用于点、线、面矢量数据版权保护,提出一种基于分布中心的矢量地理空间数据零水印算法。首先,对矢量数据进行格网划分;其次,计算格网内每个点到其算数平均值中心的距离,并将得到的距离序列与距离平均值进行比较,大于等于距离平均值,则记为1,否则为0;然后,统计格网内的0和1数量的多数,记为0或1,以此生成空间数据特征值;最后,将该特征值与置乱后的二值水印进行异或,构造出零水印图像。实验表明,文中算法能同时适用于点、线、面矢量数据,并且对常见的平移、缩放、裁剪、格式转换、随机删点等攻击鲁棒性好。     

基于正六边形格网的最短路径算法

本文在分析了现有算法的一些不足之处的基础上,结合正六边形的特点及水流扩散思想,提出了基于正六边形格网的最短路径分析算法。该算法在最短路径搜索过程中,对同一正六边形格网而言,它至起点的累计代价值,不需要进行数据比较和修正。与经典的Dijikstra算法相比,该算法大大节约了搜索的时间。     

利用球面DQG格网的地形与矢量线自适应叠加算法

为了解决几何法在大范围矢量线与地形格网叠加过程中出现的效率低下问题,采用球面退化四叉树格网(DQG)剖分模型,应用矢量点的动态"漂移"代替复杂的线交计算,提出并实现了一种高效的矢量线与球面DEM格网的无缝叠加算法。选用全球GTOPO30及局部ASTER GDEM高程数据以及1∶100万DCW矢量数据进行实验,结果发现,漂移算法的耗时成本是传统几何法的25%,矢量点的漂移误差可控制在半个格网单元之内,且完全避免了矢量线对地形多尺度叠加操作中出现的穿洞、跨越等现象。     

基于正八面体的四孔六边形球面格网编码及索引

将正八面体上下相邻的两个三角形面片合并成一个四分体,建立二维坐标系,在此基础上采用六边形格网单元的层次编码方案,分析了不同位置格网单元的编码特征,提出了一种“孔4双轴查找算法”,实现了相应的邻接单元及父、子单元查找,并进行了相关实验及对比分析。结果表明,该算法和传统的Vince算法相比较,邻接单元查找速度提高了约900倍,父单元和子单元的查找速度均提高了约120倍。     

利用球面离散格网组织空间数据的关键技术

球面离散格网系统是一种能够一体化表达空间位置和测量精度的新型空间数据模型.在分析其优点的基础上,提出利用球面六边形格网系统组织多源、异构空间数据的基本思路.对其中涉及的高精度离散格网系统设计、层次格网编码与索引方案、实体表达与数据重组、实体查询与分析算法等关键技术提出了解决方案.通过原型系统验证了其可行性.     

基于二十面体剖分格网的球面实体表达与Voronoi图生成

在分析当前球面空间数据结构的基础上，讨论了利用Snyder等积投影在二十面体上建立球面空间基础剖分方式的思路，然后在初始投影面上采用六边形格网进行层次细分，获得多分辨率的全球铺盖。提出了基于六边形格网的三叶节点管理与瓦片编码的基本思路，确立了球面不同实体的六边形格网表达模式。在此基础上，提出了基于球面六边形铺盖的Voronoi图生成算法，实验验证了算法的正确性与效率。     

基于六边形网格的球面Voronoi图生成算法

利用二十面体施奈德等积多面体投影构建了球面多分辨率六边形层次网格;通过边界四元组将六边形单元分解到四元三角形及其子单元中处理;利用改进的四元三角网编码方案建立了网格的数字空间、单元层次编码模型和不同实体在球面上的表达方法.在此基础上,提出了球面Voronoi图的生成算法.实验结果表明该算法与现有算法相比具有更高精度.     

基于六边形网格的球面Voronoi图生成算法

利用二十面体施奈德等积多面体投影构建了球面多分辨率六边形层次网格;通过边界四元组将六边形单元分解到四元三角形及其子单元中处理;利用改进的四元三角网编码方案建立了网格的数字空间、单元层次编码模型和不同实体在球面上的表达方法。在此基础上,提出了球面Voronoi图的生成算法。实验结果表明该算法与现有算法相比具有更高精度。     

矢量切割倾斜摄影三维模型的单体化技术研究

研究一种基于矢量模型的无人机倾斜摄影三维模型的单体化处理算法,并对其形成的单体化切割结果进行仿真分析.在多次聚类算法的基础上,将三维节点网格中的节点矢量信息进行升维处理,形成一个判断矢量,并在该矢量形成的16个表计量信息的基础上构建判断神经网络,经过神经网络的数据降维、数据重投影和数据二值化深度迭代分析,最终给出二值化判断结果.结果表明:该方法在判断敏感性、特异性、综合准确率等方面,较传统方法有更显著的工程价值;该算法形成的倾斜摄影三维单体化切割结果,显著优于传统三维模型切割软件.     

LiDAR数据与正射影像结合的三维屋顶模型重建方法

为提高三维屋顶模型重建的准确性与定位精度,本文集成机载LiDAR数据与正射影像,以“屋顶面片提取-屋脊线生成-三维屋顶重建”为框架,提出了三角形簇和三角形动态传播相结合的屋顶面片提取策略.基于LiDAR数据和影像的屋脊线精确提取算法,有效挖掘影像高分辨率特性和LiDAR数据高程点云特性的互补优势,实验证明了算法的优越性.     

积分半径可控地形改正FFT算法的研究

地形改正等地球重力场元量的FFT算法(平面二维、球面近似二维、球面单带)研究已基本成熟,并广泛应用于科研与工程实践。但是FFT算法也有其固有的缺陷,即存在着频谱混迭、泄漏等现象。本文利用离散卷积分具有Toeplitz矩阵的性质,将其拓展为循环Toeplitz与拓展观测数据矢量的乘积,利用循环Toeplitz的Fourier表示,实现离散卷积分的快速算法。该算法与离散求和等价,当数据量较大时,可明显地提高计算速度。