球面DQG地址码与经纬度坐标的快速转换算法

为了解决传统球面格网与经纬度坐标在转换效率或精度上存在的问题,提出一种新的转换算法.在分析球面退化四叉树格网(DQG)的剖分原理及其编码规则的基础上,给出DQG单元的行列定义规则,并设计了一套地址码与经纬度之间快速坐标转换的详细算法;将该算法与QTM行列逼近法、ZOT投影法及ETP投影法进行效率对比实验,结果表明:对于100万个DQG格网单元,其转换算法的平均耗时量为上述传统算法的53%、39%和7%,且避免了QTM行列逼近法出现的半格网误差现象,精度较高.     

基于球面DQG的数字高程建模算法与可视化表达

为有效解决经纬度格网与四元三角网(Quaternary Triangular Mesh,QTM)在全球地形建模方面存在的不足,根据球面DQG(Degenerate Quadtree Grid)的几何结构特点,选择双线性多项式内插方法进行格网点高程内插,给出基于球面DQG的DEM建模算法与效率分析,并应用美国地质调查局提供的GTOPO30全球地形数据进行相关实验。结果表明:全球DEM建模时,DQG所需的格网数是经纬度格网或QTM的2/3左右,且可视化操作(图形放大、缩小及漫游等)时画面平滑、流畅,没有抖动。     

球面退化四叉树格网的剖分及变形分析

为有效解决经纬度格网与四元三角网(QTM)在全球空间数据管理与操作中存在的不足,提出一种新的全球离散格网剖分方法——球面退化四叉树格网(DQG),给出该格网的剖分原理与编码规则,并对其进行几何变形计算与分析。结果表明:DQG既具有经纬度格网结构简单的特征,又具有QTM几何变形稳定等优点。     

基于QTM的海平面上升分析与模拟

针对海平面上升影响范围分析与模拟这一国际前沿问题,通过研究基于球面四元三角网(QTM)的关键技术问题,包括复杂拓扑关系计算、LOD剖分、球面水淹分析、基于QTM的多分辨率的DEM数据组织方法和分析精度的相关性评定等,以.Net和Direct3D为开发工具,设计开发了基于QTM的海平面上升影响范围评估模型。该研究结果可为全球海平面上升影响的防灾减灾决策提供有效支撑,并推动了球面数据模型和球面格网拓扑分析的理论成果在全球变化预测相关领域的应用进展。     

基于球面DQG的矢量与地形数据无缝集成

现有的全球大规模空间数据可视化系统主要侧重于影像和地形数据的综合表达,针对矢量与地形的集成可视化能力相对较弱。该文以球面退化四叉树格网(Degenerate Quad-tree Grids,DQG)为基础,通过DQG格网的三角化过程构建了地表DEM模型,并提出了从矢量线对象到地形格网表面的映射方法。采用GTOPO30数据集和国界矢量数据进行了相关实验,结果表明:该方法能实现矢量数据与多分辨率DEM的无缝集成,并能有效地避免矢量对象"悬浮"和"入地"等现象。     

面向实时可视化的煤层三维模型构建与三角剖分

通过研究煤层构造的特征和煤田勘察数据的生产特点,提出一种基于三维格网的虚拟不规则六面体层状包络体动态建模方法,可较好地描述煤层的地质形态;根据煤层格网数据单元格种类(5种类型)的不同和每个单元中无效点分布情况,提出一种基于上述六面体单元的三角网剖分算法,可实时地从数据库中调用分块的层状格网模型数据,经过一次六面体格网单元的遍历,即可将格网数据动态剖分成无缝、不重复、具有方向的三角面片,然后由显示引擎进行实时三维可视化表达。该模型结合了三角网具有利于实体表面三维可视化渲染的特性和四边形规则格网模型有利于通过插值生成的优势,模型构建算法可基于数据库中的数据进行动态渲染,有利于数据更新,使模型简洁、高效,冗余较少。     

球面似均匀格网的剖分方法及特征分析

给出球面"似均匀格网"概念的内涵,并介绍3种常用的球面似均匀格网(三角形格网、菱形格网和六边形格网)的剖分方法.从几何上分析3种格网的单元特征及不同格网在不同领域的应用优势.通过对比得出3种格网的特征对照表及相互关系,即:三角形格网是最基本的球面剖分格网,球面六边形格网和菱形格网可以通过球面三角格网来生成,且这3种剖分格网各有优缺点并在一定条件下可以相互转换.     

平面影像到QTM像元的转换算法及精度分析

平面影像数据到四元三角网(Quaternary Triangular Mesh,QTM)像元的转换是实现全球QTM格网影像无缝建模的首要任务。提出基于面积权的数据转换方法,给出不同类型的权重及格网值的计算,并利用ArcGIS中256级灰度的Wsiearth.tif图像数据分析了转换精度。结果表明:将4 km分辨率的影像数据转换到12层的QTM像元时,转换误差在0~2灰度内占96.27%,对一般应用的影响可以忽略不计。     

球面格网系统特征分析及比较

球面格网系统是一种新型栅格数据模型。在全面检索和分析前人相关研究成果的基础上,将球面格网系统分成4种类型:基于经纬线划分的格网系统、基于正多面体划分的格网系统、基于Voronoi划分的格网系统和混合格网系统;并针对各种不同类型的格网,分析了同级格网单元的空间几何特征及不同级别格网之间的层次嵌套等特性。通过对比分析,给出不同格网系统的优缺点及其适用领域,认为不存在满足所有需求的通用的格网系统,相关应用只能针对具体情况,选用最适宜的格网系统。     

矢量数据向栅格数据转换的一种改进算法

地理信息系统的发展与空间数据结构的优化密不可分,栅格数据与矢量数据之间的高效转换是GIS的关键技术之一。由于栅格数据十分有利于空间分析中的叠置分析,因而通常需要将矢量数据转换成栅格数据。该文分析对比了地理信息系统的两种基本数据结构,在总结已往矢量数据转换为栅格数据方法的基础上,依据边界代数多边形填充算法的基本原理,结合绘图作业时采用的正负法,提出了一种改进的折线边界(数据串)跟踪方法。该算法原理简单,不需进行复杂的距离比较运算,运算速度快,并且通过简单的角度判断保证了填充的精度。     

一种基于模糊相似度的球面格网几何变形评价指标

全球离散格网模型的不确定性,包括格网单元的几何变形及空间分布问题,是制约其广泛应用的主要因素之一。该文从三角形相似的角度出发,构造了球面三角格网的模糊相似度评价指标,以此对球面四元三角格网模型的几何变形特征及其收敛性进行分析评价,并给出了格网单元变形在八面体单元和全球区域的位置分布规律。最后,与传统评价指标进行对比实验,结果表明:该指标不但能够反映剖分模型的几何变形分布,而且还具有两大优势:1)能够同时反映剖分单元的几何形状和面积变形,可作为格网形状和面积变形的综合评价指标;2)该指标是相对于不同递归层次上理想剖分单元的绝对变形量,相比其他统计量,更便于表达不同层次间的格网几何变形。     

基于球面剖分格网的矢量数据组织模型研究

针对球面剖分格网系统的优势和目前矢量数据存储方式存在的缺陷,提出基于球面剖分格网系统的矢量数据组织模型,以期更有效地存储和管理大范围多模式的矢量数据.主要讨论了矢量对象在不同格网层次下的剖分组织方法及其重构表达问题,并创新性地提出了球面矢量交换文件格式(SVE).同时,基于球面剖分格网系统设计了矢量数据的空间拓扑关系构建模式及多层次表达方式,为球面的矢量对象空间分析奠定了理论基础.     

菱形三十面体六边形全球离散格网系统构建算法

全球离散格网系统是递归剖分整个地球空间形成的多分辨率离散地球参考模型,有助于建立以空间位置为主键的多源数据关联融合新模式。正二十面体的三角面不利于建立格网单元行列索引,且生成的球面格网单元存在较大形状差异,对此,该文采用面数更多、结构更优的菱形三十面体构建六边形全球离散格网系统。首先,在单个菱形面上建立离散斜坐标系描述多种孔径六边形剖分产生的多分辨率格网;其次,根据菱形三十面体的几何属性确定跨面单元归属,据此拼接各面上的多分辨率单元,构成封闭三十面体上的格网系统;最后,通过Snyder等积多面体投影将封闭菱形三十面体上的格网系统映射至球面。实验结果表明,相比二十面体的同类成果,菱形三十面体六边形全球离散格网系统的几何属性和应用潜力更好,有助于建立地球空间信息数据的高精度承载模型。     

基于格网索引的GIS矢量数据拓扑重建研究

GIS中对原始矢量数据进行拓扑分析和重建是对其进行存储和使用的前提。引入包括规则格网和四叉树格网在内的索引结构,将全局的矢量拓扑分析转化为单个格网范围内足够少的矢量线段求交过程,减少了运算的复杂度;并用一种重组算法实现将原始矢量数据转化为符合“逢交必断”标准的矢量数据。试验表明,该算法适合海量和高散乱度的矢量数据。     

基于Laplace方程的球面正交曲线格网生成方法

为克服基于传统经纬度格网的全球海洋及大气数值模式产生的极点问题,同时顾及全球格网编码便捷及信息查询,该文将立方体球心投影的格网经球极投影转换到二维平面区域,再应用Laplace方程数值求解生成正交曲线格网;然后采用球极逆投影,得到球面上一种新的正交曲线格网。通过与等角球心投影、保角变换两种球面格网生成方法的结果相比较,从格网两边的长度、单元的面积、正交性等指标进行统计分析,对所生成格网的质量进行评价。结果表明,等角球心投影法生成的格网单元大小较均匀,但正交性不理想;Laplace方程法生成的正交曲线格网稍优于保角变换法,可作为应用有限差分方法和有限体积方法的全球海洋及大气大尺度数值模拟的基础格网。     

面向GIS的矢量线状符号填充算法研究

该文分析了GIS中矢量线状符号的特点与基本构成,提出了一种高效且通用的矢量线状符号的填充算法。该算法通过对构成矢量线状符号的几何图元进行旋转、变形、裁减等处理,可以实现对各种线状符号的填充,大大提高了算法的通用性和绘制效率。     

基于耗费场的最优路径算法研究

在GIS中,有一类应用是基于连续分布耗费场的最优路径计算问题,如公路选线等。该文首先采用规则格网对耗费场进行建模,进而基于规则格网表现,分别建立网络实现模型和元胞自动机实现模型,并探讨了基于元胞自动机模型的最优路径算法,通过实例研究,说明了算法的正确性。     

GIS中矢量多边形网格化问题研究

在实际的GIS空间分析过程中,为了更加简便快捷的实现某些特定的空间分析功能,常常需要将不规则的矢量多边形区域转化为规则的格网区域。该文介绍了矢量多边形网格化的四类算法：中心点归属法、面积占优法、重要性法和面积内插法。其中面积内插法又可分为面积权重内插法、基于表面模型的面积内插法和基于统计模型的面积内插法。同时介绍了各类算法的实现思想,并比较了其优劣及应用范围,认为基于表面模型的面积内插法是一种比较理想且极具发展前景的矢量多边形网格化方法。     

基于QTM格网的球面对称正交小波构建与多分辨率表达

全球离散格网可以实现全球空间数据的无缝管理,却不易进行球面局部数据的多分辨率自适应表达与描述.针对上述问题,该文在基于球内接正八面体的全球离散格网框架基础上,引入球面流形概念,将平面小波在球面上重新定义,构建了具有多分辨分析、局部紧支撑特性的球面离散对称正交小波,可以兼顾数据压缩和球面局部数据的多分辨率自适应表达.最后在Matlab平台上进行了相关实验分析,验证了相关方法的正确性与可行性.     

GeoHash、Google S2和Uber H33种全球地理格网编码方法对比分析

地理格网编码是高效管理、分析和查询海量地理空间位置数据并提供信息服务中非常重要且基础的工作。GeoHash、Google S2和Uber H3是目前商业应用上3种较常用的地理格网编码方法,该文从地理编码的基本概念及其演变过程出发,介绍当前地理编码所涉及的地理格网剖分和编码运算方法,然后从算法概况、编码方式、编码层级及其对应空间范围等方面对3种方法进行阐释,最后从正多面体选择、剖分单元、填充曲线、编码层级、邻域查询与邻域距离类型和算法应用优缺点等方面进行对比分析,以深入挖掘3种方法的应用价值和前景,可为基于地理位置大数据的研究与应用提供借鉴。