基于数字高程模型的混合流向算法

从数字高程模型提取的汇水网络和汇水区等信息是分布式水文模型及应用分析的基础参数,基于地表汇水模拟的算法是提取该类信息的主要方法,其中,水流方向的确定对提取结果有着直接的影响。单流向算法因其易于实现、易于确定上游汇水区等特性,得到了广泛应用,然而单流向算法在坡度平缓区域会产生不自然的平行径流,能模拟地表水流分散径流特点的多流向算法可以在一定程度上避免此问题,但多流向算法使得不同区域的汇水单元可能存在交叉。本文结合两类流向算法各自的优点和适用性,设计实现了一种混合流向算法,以期在不同的地形条件下模拟得到更加合理的水流分配。首先,使用基于模板的形态检测方法,在给定阈值的基础上,对数字地形进行了分类,DEM被划分为山谷、山脊、鞍部、缓坡和陡坡5类。对陡坡、山谷和山脊区域运用单流向算法;对缓坡和鞍部区域采用多流向算法确定径流方向并进行水量分配。本文选取了黄土地貌和中低山丘陵的两个流域作为研究区,利用并采用了30 m和90 m两个分辨率的DEM。本文研究将混合流向算法与现有其他算法的结果进行比较。相比于多流向算法,该算法结果中的分散效应受到明显的抑制,相比于单流向算法,非自然的平行径流也大幅减少。同时,混合流向算法在较大分辨率DEM上（30 m）改进效果更加明显。     

基于DEM的平缓地区水系提取和流域分割的流向算法分析

本文以地势较为平坦的秦淮河流域为实验样区,以高精度DEM(5m分辨率)和地形图水系为基础数据,对比分析了单流向算法(D8算法)、多流向算法(Dinf法)以及添加数字化河道信息后的单流向算法(AgreeD8算法)3种算法下水系提取和流域分割的结果。实验结果表明,提取得到的水系更逼近于实际河网,该算法既有效提高了水系提取和流域分割的精度,又保留了D8算法模型简单、稳定性强、运行效率高等优点。     

并行化多流向策略的栅格河网提取算法

流域栅格河网提取是数字地形分析的一个重要应用。为减少数字高程模型(DEM)预处理而产生的伪河道及平行河道,提出基于并行化多流向策略的栅格河网提取算法。通过水流传输矩阵模拟水量的自然流动过程,可直接应用于原始DEM。从河网空间形态和算法运行效率两方面与串行MFD算法、R&N算法及D8算法进行对比,结果表明,多流向策略得到的河网与实际地形形态更加吻合,使用并行策略后,算法的效率比也较其他算法有明显提升。     

局部曲面正切曲率与流线曲率的水流路径算法

在局部特殊地形如细窄的沟渠等地带,水流方向可能是惟一的,即当前点的水应全部流入下游惟一的格网点,此时若采用多流向算法不仅会导致水流方向产生较大误差,而且可能影响区域汇水面积的精确计算。为解决此问题,本文提出了一种水流路径算法,该算法通过以各格网点为中心建立3×3窗口范围内的局部趋势面,利用该点在局部趋势面中的正切曲率和流线曲率选取合适的单流向或多流向算法来确定并计算该点的水流流向及流量分配比例。最后通过实例证明了该方法在水流累积量计算中的良好效果,并在一定程度上为格网DEM沟谷段和分水线段的提取奠定了基础。     

局部曲面正切曲率与流线曲率的水流路径算法

在局部特殊地形如细窄的沟渠等地带,水流方向可能是惟一的,即当前点的水应全部流入下游惟一的格网点,此时若采用多流向算法不仅会导致水流方向产生较大误差,而且可能影响区域汇水面积的精确计算。为解决此问题,本文提出了一种水流路径算法,该算法通过以各格网点为中心建立3×3窗口范围内的局部趋势面,利用该点在局部趋势面中的正切曲率和流线曲率选取合适的单流向或多流向算法来确定并计算该点的水流流向及流量分配比例。最后通过实例证明了该方法在水流累积量计算中的良好效果,并在一定程度上为格网DEM沟谷段和分水线段的提取奠定了基础。     

一种全场景水系流向自动检查算法

水系流向是基础地理信息数据库水系数据的重要特征之一,准确的流向是下一步数据分析应用的基础。而基于摄影测量先内后外的采集方式容易导致流向采集错误,若以人工方式检查费时费力且容易有遗漏。针对这一情况,本文设计了全场景水系线方向自动化检查算法,包括交汇冲突检查与落差异常检查两部分。算法全面可靠,无需叠加外部数据,大大减少了人工比对的工作量,提高了质检效率。     

正六边形规则格网表达的DEM谷地线提取

基于规则格网DEM谷地线提取受格网的几何形态、空间剖分和网格布局影响较大。传统的四边形格网D8算法中，四边形网格的角邻域与边邻域存在的距离度量差异，影响了其计算结果对于地形变化的表达在两方向上的均衡性，从而影响了谷地线提取结果。六边形格网具有邻域一致、各向同性、紧凑、采样率高等优点，在空间场建模中越来越得到重用。本文旨在探求六边形格网结构在DEM谷地线提取中的性能特征，发现其与四边形格网比较的突出优势。基于六邻域处理单元，对六边形格网DEM谷地线提取过程中填洼、流向计算及平地区域流向判定作预处理，然后对流向线作拓扑连通组织，从而实现基于六边形DEM的谷地线提取。本文比较发现六边形方法在谷地线形状特征保持方面能力强，随着分辨率减小，六边形DEM所提取的谷地线与实测数据吻合程度高，弯曲特征继承性强。同时，在相同数据存储量条件下，六边形DEM数据精度更高，且其提取的谷地线网络的形状特征更为精细。     

基于ArcEngine的三维城市地下管线流向分析算法研究

将ArcEngine技术和网络流向追踪技术应用到城市地下管线流向分析中,结合数学中的映射思想,提出基于ArcGIS网络流向模型的三维城市地下管线流向分析算法,解决了传统二维GIS系统流向分析效果不直观的缺陷,为三维城市地下管网系统的建设提供技术支撑。     

河网线要素与DEM综合的三维Douglas-Peucker算法

目前三维Douglas-Peucker(3D_DP)算法主要应用于单一类型的DEM综合。本文引入"弯曲调节指数"来改进3D_DP算法,提出了一种三维空间河网要素与DEM综合的新方法,即将河网线矢量提取成三维离散点数据集(增加高程属性),与DEM三维离散点数据集合并,在河网层次化选取基础上,利用改进的3D_DP算法对合并数据集进行综合操作。通过试验结果的对比和分析表明,该方法通过弯曲调节指数的调节使河流自身所具有的弯曲形态与地形的主要特征得以同时保留,试验效果良好,实现了三维空间河网要素与DEM数据在同一简化因子作用下的综合,提升了地图综合的质量。     

基于DEM的延安市沟道提取

利用2013年TM遥感图像对基于DEM提取的沟道网络进行人工识别修正后,获取延安市大于或等于1km的沟道总长为35 919km。沟道提取采用单流向坡面流模拟方法中的D8算法,包括填洼处理、流向分析、汇流分析和提取流域特征4个步骤。     

利用有向图进行排水管网自动化流向分析

超标排放是城市排水系统中面临的问题之一，为了高效准确地获取超标水体的流径及最终排放口，提出一种基于有向图的流向分析算法。在分析管网有向几何模型、流向与管线一致性后，利用正向广度优先搜索、缓冲区分析及跨管种混接点搜索进行算法设计，实现在步进搜索过程中自动获取超标水体所流经的管线，并通过实例验证了算法的有效性。与传统方法比较，提出的算法在海量数据下大幅提高了分析效率。     

基于特征元的符号库数据结构及算法探讨

空间数据符号化是GIS中数据可视化的重要手段,是目前GIS实现过程中计算机时间开销最大的工作之一.提高空间数据符号化效率,是提高GIS软件性能的重要方面,本文提出考虑全局优化、面向符号对象整体、基于特征元的算法设计思想.据此提出一种基于特征元的符号库的数据结构及实现算法.实验表明,运用该算法及相关数据结构的空间数据符号化软件不仅效率优于传统算法,而且扩展了符号库法实现空间数据符号化的功能.     

一种面向海量数字高程模型数据的洪水淹没区快速生成算法

常见种子点填充算法在实现DEM数据下的洪水淹没区生成时,具有难以处理大数据量以及过多的递归计算易导致算法效率较低等缺点。针对此问题,本文提出一种面向海量DEM数据的洪水淹没区生成算法分块压缩追踪法,该算法采用条带分块和实时栅格压缩存储技术,以解决海量地形数据下的淹没分析计算问题。最后,通过将本算法与常见种子点填充算法和分块种子点填充算法进行了对比测试,实验结果表明本算法不仅较好地解决了海量DEM数据下的洪水淹没区生成问题,与常规种子点填充算法和分块种子点填充算法相比亦具有较高的计算效率。     

基于ArcGIS的流域水文特征分析方法研究

随着GIS技术的不断发展和DEM的广泛应用,基于DEM的流域水文特征分析研究受到越来越多的关注。目前,基于格网DEM的水流方向算法,会因为地形的局限,无法准确地进行模拟分流,水流方向也不符合实际流向。本文分析了几种基于DEM的水流方向算法,以格网点为中心建立3×3窗口的局部趋势面,计算出研究区内的曲率,分析区域内的水流聚合度和发散性随着曲率的变化情况,最后根据水流方向算法提取河网。     

利用OD数据的人群活动分析

OD数据包含了城市居民活动模式,对于分析城市居民的活动、把握居民出行模式和城市空间结构具有重要意义.因此,本文提出了一种区域流动计算方法,运用区域流动倾向指数和区域主体流向来挖掘居民活动的模式.首先,根据时空粒度对区域的OD流进行统计,把OD数据映射到相应的区域内;然后,计算每个区域在不同时间段的流动倾向指数(包括流入...     

地形起伏度最佳分析区域预测模型

地形起伏度指分析区域内最高点和最低点之差,反映宏观区域内地形的起伏特征,是描述地貌形态的定量指标。确定最佳分析区域是地形起伏度提取算法的核心步骤,以及决定地形起伏度提取结果有效性的关键。本文以全国范围内随机选取的78个实验区域、三种不同尺度的DEM数据作为实验对象,分别进行系列分析区域尺度的地形起伏度计算,建立了基于微观地形特征因子的地形起伏度最佳分析区域预测模型。实验表明：相同区域、不同尺度的DEM数据提取的地形起伏度存在差异,DEM尺度相差较小时,地形起伏度的差异也较小;地形起伏度和实验区域的最大高程、区域高差、平均坡度和平均坡度变率等地形特征因子存在强相关关系;当置信水平为0.05时,预测模型拟合参数的准确率达到95%以上,证明预测模型可以有效地确定最佳分析区域的取值范围。     

岷江上游流域DEM的河网提取

DEM中包含了丰富的地质地貌、水文等信息,是流域分析的主要数据来源之一。详细介绍了利用DEM数据提取流域水系信息特征的方法,并以岷江上游为例,对DEM进行预处理,然后采用ArcGIS 9.3软件平台下Hydrology模块提供的D8算法来确定水流离开DEM栅格单元的方向,并计算流向各栅格单元的水流累积量,再根据给定的集...     

基于多方向剖面线Douglas-Pucker算法简化的DEM综合方法

文中提出一种基于多方向剖面线Douglas-Pucker(DP)算法简化的数字高程模型(DEM)综合方法,首先通过一定角度间隔旋转DEM,获得不同方向的剖面线;然后通过剖面线DP算法的简化获得特征;在此基础上,通过抑制局部极值,融合多方向的特征点,同时消除冗余;最后利用这些点构建三角网,再内插成规则DEM获得保持特征的DEM综合结果。利用两组2m格网的DEM数据进行实验,通过结果的定量和定性分析可以发现,文中方法比传统两个方向的简化方法可以获得更高精度的综合结果。     

一种适用于多源道路网自动匹配的通用算法

多源数据匹配是数据转换、更新与融合的关键技术。随着GIS技术的发展以及地理信息空间数据不断增大,多源空间数据的匹配与融合成为目前GIS领域面临的重要问题。本文对多源道路网的匹配算法进行了研究,并在传统算法的基础上创建了一种可适用于多源道路网自动匹配的通用算法。该算法能够更加便捷和高效地利用道路间的拓扑特征与上下文信息关系,从而极大地提高了匹配运算的成功率和准确度。大量的数据测试表明该算法同时具有成功率高、准确度高以及通用性强等多项优点。     

基于多重单应性变换的改进ViBe算法

针对目前运动目标检测领域内较流行的ViBe算法不适用于动态相机的问题,根据平面间变换为单应性变换的事实,提出了一种基于多重单应性变换的改进ViBe算法。利用ORB(oriented fast and rotated brief)特征点匹配与随机抽样一致（random sample consensus,RANSAC）算法,计算得到相邻帧的不同平面的变换关系;采用全局光流补偿算法消除运动目标上的特征匹配点对,避免多重单应性变换中包含运动平面的变换;根据多重单应性变换改进ViBe算法的前景判定与背景模型更新,使改进算法适用于运动相机采集的数据。在公开视频数据集CDnet 2014与Complex Background Dataset上进行了相关实验,实验结果证明,改进算法能在尽量保留真实运动目标区域的同时,大幅度消除相机运动带来的影响,且在精度、特异性以及虚警率上表现出色,实时处理效率能达到20帧/s。