一种基于TIN的DEM表面C~1光滑插值模型

根据原始地形起伏变化的连续光滑性以及邻近数据点之间的相关性,研究了基于TIN的DEM表面光滑插值模型。首先,运用二元二次多项式曲面加权平均的办法,提出了一种基于TIN的具有C1光滑性的DEM表面插值模型;然后,利用数学曲面对模型的精度进行了评估,并对实际地形进行了插值表示。结果表明,提出的表面插值模型具有较好的精度和光滑效果。     

地形平坦地区DEM生成算法的比较研究

数字高程模型(DEM)是GIS的基础数据之一,是许多涉及高程信息的空间分析的重要基础。DEM插值精度的好坏直接影响基于DEM的各种地学分析及应用,因此研究高精度的DEM插值算法具有重要意义。介绍了基于水文强化算法的DEM插值算法——ANUDEM,并与传统的TIN建立DEM的算法进行了比较。认为在地形复杂地区由于等高线密集,高程信息丰富,两种插值算法效果都比较好;而在地形平坦地区ANUDEM算法精度优于TINDEM,并且,ANUDEM得到的DEM很好地避免了平山顶、阶梯状地形,其派生的等高线和水系与原始数据更加吻合。相对于TINDEM算法,ANUDEM算法更适合地形平坦地区的DEM建立。     

基于高斯过程回归的SRTM数据空洞填补方法

针对现有插值方法对复杂地表模拟能力不足的问题,发展了一种基于非平稳(神经网络)核的高斯过程回归(GPR)方法,并将其应用于SRTM DEM空缺数据填补。以山区SRTM DEM的模拟数据空洞为研究对象,将GPR模拟结果与传统插值方法(TIN、SPLINE和IDW)比较表明:GPR填补精度高于传统插值方法,且空缺区域模拟曲面较好的保持了地形特征。     

基于Hutchinson的DEM建立及质量评价

建立高质量的数字高程模型(DEM)是正确计算坡度、坡向、提取流域地形特征、进行水文分析的前提。国外应用最广的是基于Hutchinson方法的DEM插值方法和应用该算法的软件ANUDEM,该软件采用有限微分内插技术和地形强化算法,自动去除伪下陷带点和生成输入数据错误文件。研究表明,通过等高线回放、DEM中误差、坡度、河流、光照模拟等方面的对比,ANUDEM生成的DEM表面光滑,比常规用TIN方法构建的TIN-DEM更能准确地表现地形起伏,其提取的坡度、光照图更准确,适宜进行水文分析。     

大钝角剖分与最小二乘法约束迭代算法优化TIN模型研究

TIN模型通过从不规则分布的数据点生成的连续三角面来逼近地形表面,就表达地形信息的角度而言,TIN模型的优点是它能以不同层次的分辨率来描述地形表面。但在相关软件对离散数据生成TIN模型时会出现边缘失真现象,特别是当一些离散数据出现凹区域时,凹区域地形逼近失真现象相当明显。而在这些凹区域大多生成的三角网以钝角三角形居多,本文对离散数据TIN模型生成DEM时存在凹区域地形逼近失真现象进行了研究。提出一种大钝角剖分与最小二乘法约束迭代算法优化TIN模型。首先对原始TIN模型中大于100°小于1800的钝角三角形进行遍历记录,然后利用最小二乘法约束迭代算法进行优化,通过此算法优化后的TIN模型生成DEM数据,分别从小区域面积稳定性与剖面拟合实际地形进行了试验与精度对比,试验显示这种算法是可行的。     

基于DEM的地形曲率计算模型误差分析

地形曲率是地形表面几何形态和地学建模的基本变量之一。本文首先对曲率计算模型进行了归纳,然后通过数据独立的DEM误差分析方法和实际DEM的分析验证,对目前九种曲率计算的三类曲率计算模型进行了量化分析比较。研究结果表明,当DEM数据精度比较高时,高次曲面(四次曲面)能给出较高精度的曲率计算结果,而当DEM误差较大时,低次曲面(二次曲面)由于具有误差的平滑作用而能产生较高精度的曲率值。     

基于Coons曲面的规则格网DEM表面模型

内插是数字高程模型的核心问题。目前的内插模型主要是由离散的格网数据构建的连续曲面,直接以点推面,可能存在较大的地形误差。本文建立的Coons曲面DEM表面模型,首先利用离散的格网数据构造与格网边界相对应的地形剖面曲线的拟合曲线,再基于拟合曲线构建DEM表面模型。实验表明：Coons曲面DEM表面模型是一种高精度的DEM表面模型,其地形模拟误差比直接基于格网数据建立的双线性内插、样条函数内插和移动曲面拟合法的误差都小,实际地形模拟误差与双线性模型相比减少15％-28％,且精度随着构建边界拟合曲线所用格网点的增多而逐渐提高。     

一种改进的移动曲面拟合DEM插值方法

针对传统曲面移动拟合法中定权方式仅以采样点与待插点的距离作为权重,而忽略采样点方向性和分布对DEM插值精度的影响问题,将Shepard加权模型引入曲面移动拟合法中进行分区定权,并在此基础上对采样点的方向性和分布进行约束,提出改进的曲面移动拟合插值方法。以湖南城市学院玉壶山作为研究对象,利用线性内插法、自然邻点插值法、曲面移动拟合法和本文方法对采样点数据进行插值生成DEM,并采用数值精度指标、等值线、坡度和坡向值以及剖面值对不同算法插值结果进行分析和评价。实验结果表明,在地貌类型为丘陵和山地的混合地区,本文方法内插出的DEM效果相对较好,DEM具有良好的连续性,能够较好地模拟出研究区的真实地形。     

基于双二次插值多项式的DEM传递误差模型

基于函数插值方法,得出了基于不完全双二次插值多项式的规则格网数字高程模型(DEM)的表面表达模型,并推导了相应的传递误差公式.公式表明,不完全双二次多项式的DEM传递误差与双线性多项式的传递误差相同.但由于不完全双二次多项式的DEM表面建模误差低于线性多项式的DEM表面建模误差,因此基于不完全双二次多项式的DEM表面模型具有更高的精度.     

似大地水准面格网双二次多项式插值方法

分析似大地水准面格网插值目前常用的方法,指出基于距离的加权内插方法是存在问题的,它会使曲面畸形、错开、不光滑、不连续,而双线性内插方法会使曲面存在明显的"尖点"和"折痕",这不符合似大地水准面的连续光滑性质,双二次多项式插值方法在拐点插值的情况下,也会出现曲面错开的现象.针对这些问题,建议采用改正的双二次多项式插值方法.它针对拐点插值进行了修正,有利于改善曲面的连续性和光滑性,提高似大地水准面格网插值的精度.     

一种从LIDAR数据提取城区DTM的方法

由机载激光扫描系统获取的点云数据,可以直接生成扫描区域的数字表面模型,但要想提取数字地面模型还须对点云数据进行分类处理。提出了一种获取数字地面模型的方法,其主要思路是利用原始的激光数据构建二维三角网,从而构建数字表面模型。通过分析数字表面模型的坡度进行初始的分割,剔出坡度较大的三角形。经过初步的分割之后,通过连通区域分析来获取每个分割区域的特征,提取出裸露地表高程,从而由点云数据构建出数字地面模型。     

TIN向规则格网DEM转换的快速算法

从TIN内插成规则格网可以获得高质量的DEM。在内插过程中,需要重点解决的问题就是如何快速查找待插点所在的三角形。本文介绍了一种基于建立空间索引实现TIN到DEM的快速转换算法,通过建立的索引,可以大大地提高检索的速度,提高内插的效率。最后本文通过实验验证了该算法的正确性与可行性。     

基于地性线的不规则三角网优化构建算法

提出了利用自动增加特征点消除平三角形的方法，并通过重构等高线验证了构网算法的实用性和有效性。实验表明，本文算法能很好地消除不合理的平三角形，优化三角网结构。     

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。     

Improving a digital elevation model by reducing source data errors and optimising interpolation algorithm parameters: An example in the Loess Plateau,China

A hydrologically correct digital elevation model (DEM) forms a basis for realistic environmental modelling, especially in complex terrain. We have performed a study in the Coarse Sandy Hilly Catchments (CSHC) of the Loess Plateau, China, which demonstrates pragmatic, yet effective methods for improving the quality of the DEM by: (1) identifying and correcting source topographic data errors and (2) optimising ANUDEM algorithm parameters. Improvement in the DEM based on fixing over 1100 errors in the input topographic data, and optimising key ANUDEM parameters was assessed using higher accuracy independent validation of 32 contributing areas and 1474 spot heights, and by semi-quantitative analysis of DEM derivatives produced from ANUDEM and Triangular Irregular Network (TIN) algorithms. Improvement in the ANUDEM DEM over the original TIN DEM was shown where the percentage of the total absolute difference in contributing areas reduced from 10.43 to 3.51%, and the bias between the spot heights and DEM elevations reduced from 45 to 32 m. Large improvement in DEM quality was gained by using ANUDEM instead of TIN, with smaller improvement gained by fixing source data errors, and optimising ANUDEM parameters.     

An enhanced approach for surface flow routing over drainage‐constrained triangulated irregular networks

The accuracy and efficiency of the simulations in distributed hydrological models must depend on the proper estimation of flow directions and paths. Numerous studies have been carried out to delineate the drainage patterns based on gridded digital elevation models (DEMs). The triangulated irregular network (TIN) has been increasingly applied in hydrological applications due to the advantages of high storage efficiency and multi‐scale adaptive performance. Much of the previous literature focuses mainly on filling the depressions on gridded DEMs rather than treating the special cases in TIN structures, which has hampered its applications to hydrological models. This study proposes a triangulation‐based solution for the removal of flat areas and pits to enhance the simulation of flow routing on triangulated facet networks. Based on the drainage‐constrained TIN generated from only a gridded DEM by the compound point extraction (CPE) method, the inconsistent situations including flat triangles, V‐shape flat edges and sink nodes are respectively identified and rectified. The optimization algorithm is an iterative process of TIN reconstruction, in which the flat areas are generalized into their center points and the pits are rectified by embedding break lines. To verify the proposed algorithm and investigate the potential for flow routing, flow paths of steepest descent are derived by the vector‐based tracking algorithm based on the optimized TIN. A case study of TIN optimization and flow path tracking was performed on a real‐world DEM. The outcomes indicate that the proposed approach can effectively solve the problem of inconsistencies without a significant loss in accuracy of the terrain model.     

一种基于分层约束的露天矿DEM构建方法

针对边坡的台阶状地形特征是露天矿地形表达的关键和难点问题,该文基于边坡台阶要素的空间关系建立边坡层次关系模型,采用一种逐层加入扩展点和约束线的方法生成扩展约束TIN模型,将某露天煤矿作为实验区,实现了露天矿DEM的动态建模。结果表明:提高了边坡坡面的层级可视化效果,保持了地形结构的完整性,实现了边坡实体单元的分层次表达,能够获得不同水平层次的DEM数据。基于边坡特征分析的分层约束方法为露天矿DEM的构建提供了一种思路,可为边坡监测、灾变分析和灾情预测等领域提供精确的地形数据。     

地形可视化仿真建模技术研究与实现

在地理信息的三维可视化的研究中,TIN是构建DEM最常用的方法,为了使生成的TIN模型更具有真实感,提出了基于VB与DirectX表面绘制的方法,并通过实例验证了该方法的可行性。