不规则区域等值线拓扑关系的建立及充填算法

根据任意离散点数据,在建立TIN的基础上,自动生成不规则区域的边界线,在追踪等值线后,自动检测出落在区域边界线上所有的等值线点,并根据边界线线段端点及落在边界线段上的等值线点,自动生成新的边界线线段,由此自动建立等值线间的拓扑关系,形成单一的充填区域,实现等值线的颜色充填.     

等值线追踪生成等值面过程中的算法策略

等值面的生成可以通过等值线追踪来实现。现有的等值线追踪方法不但缺少对具体等值线追踪策略的详细描述,而且还缺少岛的拓扑关系分析及等值面属性的判断过程。本文通过分析等值面生成过程中的等值线追踪方法,提出了一种基于等值线追踪的等值面快速生成算法,并给出了追踪过程中的几个重要的数据结构及追踪策略,能够解决多种情况下的等值面生成问题,并重点对等值线追踪过程中岛的处理、拓扑关系分析、等值面属性判断等方面进行剖析。实际应用表明,该算法具有较好的鲁棒性,并能得到较高的算法追踪效率。     

基于区域拓扑和环境梯度的等值线区域填充算法

分析了等值线区域填充算法,研究了等值线区域间的拓扑关系和等值线反映出的原始数据环境梯度,实现了各级区域颜色值的精确填充。     

机载LiDAR点云建筑物边界线规则化算法研究

针对单一参数的Alpha-Shape算法无法适应密度差异较大的点集数据以及提取的边界信息具有锯齿形状的问题,结合Alpha-Shape算法与D-P算法进行轮廓线的粗略提取,利用最小二乘方法以及建筑物边界线之间向量、长度等特征确定建筑物关键点;通过寻找建筑物主方向,实现建筑物边界线规则化。实验选取国际摄影测量与遥感协会提供的典型区域的LiDAR点云数据进行建筑物边界线提取,并与传统Alpha-Shape算法提取建筑边界线结果进行比较,结果表明本文算法在建筑物边界线信息提取方面更准确、更稳定。     

泰森多边形的建立及其在计算机制图中的应用

依据泰森多边形理论设计的软件系统，适合于绘制多种专题地图及其面积的自动量测。本文阐述了该软件系统设计的数学原理及其程序设计方法，论述了计算机绘制泰森多边形图及非规则边界线处理的算法，提出了一种新的生成三角网方法及按约定方向组织矢量数据的思想，解决了在计算机绘制等值线图的同时自动量测等值线间面积问题。     

基于深度图像的建筑物点云平面边界线提取算法

以地面三维激光扫描建筑物数据为对象,提出一种快速提取建筑物平面边界线算法。将点云数据先进行目标分割,然后转化为二维的深度图像,探测深度图像的边界,利用深度值与点云坐标的对应关系提取建筑物点云边界线。通过实际数据的实验,验证了算法的可行性。     

利用BP神经网络剔除多波束测深数据粗差

针对多波束单ping水深数据多呈现较为复杂的曲线形式的现象，提出了基于逆传播（back propagation，BP）神经网络的多波束测深数据粗差剔除方法，即依据BP神经网络具有从输入到输出的映射功能，构建适应多波束单ping水深数据复杂曲线的训练学习算法进行曲线拟合。考虑地形之间的延续性进行相邻ping水深数据间的相关性分析，纵向检查定位并剔除粗差。通过实测多波束测深数据验证该方法的有效性，并与不确定性与测深学联合估值滤波以及交互式滤波方法进行比对分析，结果表明该方法可以有效剔除多波束测深数据中的粗差。     

便携式多波束测深系统波束形成快速算法与试验数据处理

便携式多波束测深系统既要保证测深精度的基本要求,又要尽可能减小设备体积、降低造价。FFT波束形成技术作为一种有效提高波束数目的手段,能够在DSP上实现,并且有很高的计算效率,有效解决了这一问题。本文对FFT波束形成算法进行了仿真,通过处理湖试数据,验证该算法的有效性,为解决多波束测深系统的小型化问题提供了技术支撑。     

多波束数据质量等值线的水深不确定度表征法

采用不确定度理论进行评估是目前多波束测深数据质量的一个新的研究热点。基于国际海道测量标准(S-44),分析了适用于海道测量数据处理的不确定度评估方法;提出了基于多波束测深数据水深不确定度的数据质量等值线表征法。通过采用实例进行分析与评定表明,该方法为准确直观地评估多波束测深数据质量提供了理论依据和参考。     

大数据量机载LiDAR点云的快速区域分割处理

针对大数据量机载LiDAR点云数据整体处理时效率低下、分块处理时容易破坏地物空间结构特征的问题,提出了一种顾及点云覆盖区域地形地貌特征的快速区域分割方法。首先构建离散点云的虚拟格网,利用格网邻域内的高程突变实现区域边界上的各类障碍物自动检测;其次为提高分割处理效率,在点云覆盖区域矩形初始分割的基础上,利用流水模型及坐标轴向的方向约束对矩形分割边界线进行自动更新;最终实现了大数据量点云的快速区域分割处理。实验证明,该算法能够合理避开各类典型地形及地物障碍,实现区域分割边界线的自动化生成,算法的适应性与处理效率较高,能够较好地应用于大数据量点云数据的快速处理与应用。     

基于网络模型的等高线群拓扑关系表示

等高线群拓扑关系的提取和表示是基于等高线的空间推理和地形特征挖掘的关键。在顾及地形特征的基础上,本文提出了一种拓扑关系网络来组织地理目标之间的拓扑关系,并进而提出分区二叉树、增量等高线树、等高线拓扑关系网三种拓扑关系网络来组织含未封闭等高线的复杂等高线群的拓扑关系,从而从根本上解决了等高线群的侧向不连续性,使基于等高线的空间推理更加简便和准确。     

WaterNet: A GIS Application for the Analysis of Hydrologic Networks Using Vector Spatial Data

Traditionally, stream and sub‐watershed characterization in GIS has been accom‐ plished using a DEM‐based terrain analysis approach; however, there is a large amount of existing vector hydrographic data difficult to accurately reproduce using DEMs. WaterNet is a GIS/hydrologic application for the integration and analysis of stream and sub‐watershed networks in vector format. Even with vector data, hydrologic inconsistencies between streams and sub‐watersheds do exist, and are revealed in the form of streams crossing drainage divides and sub‐watersheds with more than one outlet. WaterNet rectifies these inconsistencies and couples the two datasets. Most algorithms involving traces of dendritic networks employ a form of tree traversal which requires topologic information to be organized into specialized data structures. On the contrary, WaterNet develops topologic relationships from GIS attribute tables, which, in combination with sorting and querying algorithms, make the calculation process efficient and easy to implement. With the topologic relationships of the streams and sub‐watersheds, WaterNet can perform traces to calculate cumulative network parameters, such as flow lengths and drainage areas. WaterNet was applied to the catchment of the Texas Gulf coast for a total of 100 cataloging units (411,603 km²) and 60,145 stream lines (183,228 km).     

Producing Intermediate Contours from Digitized Contours

Contour lines on existing maps are often the only source of information about the terrain relief. In an effective digital mapping environment, the generation of intermediate contours is one of many essential capabilities. These intermediate contours can be generated in the original units or in some other units. During the digitization process, errors are introduced into the cartographic data, and data manipulation processes may introduce additional errors. A new six-step method is presented here to reduce the data manipulation errors during the process of generating intermediate contours. In our method, the original digitized contours serve not only as a data source, but also as a control on the interpolation process. This process utilizes one- and two-dimensional filters to determine the differences between original and modeled contours. The interpolated contours are adjusted to the original contours thus preserving both general and local shape of the original relief representations. The most frequent application of this method likely will be in the conversion of “foot” contours to “meter” contours.     

TerraSolid与ArcGIS相结合的海量多波束数据成图处理方法

针对海量多波束数据数据量大、处理成图困难的特点,本文提出了利用TerraSolid软件对海量多波束数据进行质量检查与抽稀,再通过ArcGIS软件进行制图处理的方法。实际生产应用证明该方法可靠、方便,提高了作业效率。     

不规则三角网的几种数据结构及其存储机制研究

在比较分析了TIN的几种常见数据结构的基础上,针对TIN拓扑查询与搜索问题,提出了另外几种强调边拓扑信息的TIN数据结构,根据拓扑关系的表达方式可以将它们分为内存索引式结构、数组索引式结构及二者的混合结构,并给出了这些数据结构的多种序列化存储方式:数组索引直接存储、对象ID存储法、PythoncPickle存储、对象内存地址的存储法。研究比较发现数组索引直接存储的数据占用空间最少,对象ID存储法和对象内存地址存储法的二进制方式占用空间相同,Python cPickle只适合于极小规模的TIN数据的存储。对基于不同数据结构的TIN模型构网效率测试表明,不包含边信息的结构的构网效率最高,含有边信息的结构中采用数组索引表示拓扑关系的构网效率最高。研究结果将对TIN模型的软件实现具有理论及应用价值。     

TIN中边侧向关系在三角形定位、Voronoi图和等值线生成等算法中的应用

使用一种含有边拓扑关系的TIN数据结构,从三角网的拓扑关系角度利用这种结构中的边拓扑关系设计了三角形定位、Voronoi图生成和等值线生成的算法.这些算法避免了在三角形中拓扑关系查询时的不必要的搜索.更重要的是,在算法的编写过程中,如果避免一些不必要的搜索,则意味着算法更加清晰,并减少了出错的机率.经过上机验证,三种算法都获得了正确、满意的结果.     

利用激光雷达和多角度频谱成像仪数据估测森林垂直参数

植被的结构参数如植被高度、生物量、水平和垂直分布等，是影响陆地与大气能量交换乃至生物圈多样性的重要因素。多数遥感系统虽然可以提供植被水平结构的图像，但是不能提供植被成分垂直分布的信息。大尺度激光雷达仪器如LVIS产生的激光雷达信号，已成功地用于估计树高和森林生物量，然而大多数激光雷达仪器不具备图像能力，只能提供一个区域内的采样数据。其他的遥感数据如多角度高光谱、多频率多时相辐射计或雷达数据，可根据GLAS（Geoscience Laser Altimeter System）采样的测量用来推断出连续的森林结构区域覆盖参数。 MISR（Multi-angle Imaging Spectrometer）对陆表多角度的成像能力，可以通过BRDF的各向异性提供植被的结构信息。结合激光雷达的垂直采样和MISR的图像，区域内乃至全球性的森林空间参数的成像是可能的。ICESat卫星上的GLAS数据、Terra卫星上的MISR数据为区域或全球性森林结构参数提供了可能。本文的研究目的是评估GLAS数据，分析类似于MISR的数据对森林结构参数的估计能力。本文中使用了LVIS、AirMISR和GLAS数据。通过对GLAS树高的测量与GLAS像元内来自LVIS的平均树高对比，发现它们是高度相关的。同时还探讨了多角度频谱成像仪数据预测树高信息的能力，这将在今后区域内森林结构参数映射加以研究。     

Automated matching of multiple terrestrial laser scans for stem mapping without the use of artificial references

Terrestrial laser scanning has been widely used to analyze the 3D structure of a forest in detail and to generate data at the level of a reference plot for forest inventories without destructive measurements. Multi-scan terrestrial laser scanning is more commonly applied to collect plot-level data so that all of the stems can be detected and analyzed. However, it is necessary to match the point clouds of multiple scans to yield a point cloud with automated processing. Mismatches between datasets will lead to errors during the processing of multi-scan data. Classic registration methods based on flat surfaces cannot be directly applied in forest environments; therefore, artificial reference objects have conventionally been used to assist with scan matching. The use of artificial references requires additional labor and expertise, as well as greatly increasing the cost. In this study, we present an automated processing method for plot-level stem mapping that matches multiple scans without artificial references. In contrast to previous studies, the registration method developed in this study exploits the natural geometric characteristics among a set of tree stems in a plot and combines the point clouds of multiple scans into a unified coordinate system. Integrating multiple scans improves the overall performance of stem mapping in terms of the correctness of tree detection, as well as the bias and the root-mean-square errors of forest attributes such as diameter at breast height and tree height. In addition, the automated processing method makes stem mapping more reliable and consistent among plots, reduces the costs associated with plot-based stem mapping, and enhances the efficiency.     

基于相似距离和等高线树的等高线聚类及其应用

通过形状匹配技术以获取等高线之间的相似程度,通过构建等高线树以获得等高线之间的邻近程度,然后将邻近的且形态相似的等高线实施聚类,实验结果表明聚类结果正确可靠。在获得聚类结果的基础上,还对等高线图进行了地形特征提取和数据压缩。