基于规则格网DEM线状矢量要素三维可视化方法

如何在三维地形表面无缝叠加矢量要素是三维地理信息系统、三维制图等领域面临的一个重要问题。目前矢量要素与三维地形无缝叠加的研究主要集中在矢量数据基于三维地形的实时显示上面,面向三维制图的研究相对较少,导致矢量要素的显示过于简单,地图要素信息传输受限。文中提出一种基于几何法的线状矢量数据与规则格网DEM无缝叠加算法,并通过纹理映射的方式实现矢量数据符号化,最后以道路数据为例进行实验,验证了方案的可行性。     

基于弱对偶的平面三角形格网离散线转化生成算法

矢量数据是地球空间数据的重要组成部分,数据离散化是其与栅格数据进行同构处理的重要环节,其中离散线的生成是基本问题。针对三角形格网离散线生成算法的不足,提出了借助弱对偶六边形格网,建立等效三角形格网离散线数学模型,并通过降维方式求解的研究方法。首先,根据三角形格网与六边形格网之间的弱对偶关系,基于六边形格网建立等价的三角形格网离散线模型;然后,利用降维思想将二维离散线模型等价变换为一维闭合路径求解;最后,设计并实现了平面三角形格网离散线转化生成算法。将该算法分别与Freeman算法和全路径算法进行了对比实验,实验结果表明,该算法的运算效率可达同类算法的9～10倍,且效果更优,可应用于矢量数据的实时格网化、地形建模、空间分析、模拟仿真等领域,应用前景广阔。     

基于模板阴影体算法的矢量数据在三维场景中的绘制

提出一种基于模板阴影体算法的矢量数据绘制方法，实现矢量数据在三维场景中的高质量实时叠加显示。南于该方法基于屏幕空间，所以具有像素级的精度，不会出现传统的基于纹理方法所产生的绘制走样现象；而且不受地形几何数据的约束，其执行效率与地形数据的复杂度无关，仅取决于矢量数据本身的复杂度。详细论述基于模板阴影体算法矢量数据绘制的关键技术，并通过试验验证该方法的有效性。     

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。     

球面菱形离散格网正二十面体剖分法

基于菱形单元的球面离散格网具有结构简单和方向性一致等优点,使得其适用于全球多尺度空间数据建模与分析.本文提出一种球面菱形离散格网正二十面体剖分法.首先根据地球的主要地理特征确定正二十面体各个顶点在球面上的位置;其次针对南北两极处的极点奇异性,建立了球面经纬度坐标与三维直角坐标之间的转换关系,在此基础上提出球面菱形离散格网层次递归剖分算法,并从菱形格网单元面积、长短轴比两方面对剖分结果进行几何形变分析;最后验证了本文方法的可行性,试验结果表明,该方法可有效地构建基于正二十面体的球面菱形离散格网,其总体几何特性明显优于基于正八面体构建的球面菱形离散格网.     

基于规则格网DEM的地形特征提取算法

提出并实现了一种基于规则格网DEM的地形特征线提取算法,该算法在现有地表水流模拟方法的基础上将矢量操作与栅格操作结合起来对规则格网DEM中的洼地进行填平处理,采用邻域格网分组扫描方法确定平地水流方向,与以往算法相比在提取效率和结果准确性等方面都有了明显的改进,从而也使其更加适合于对大规模的DEM数据进行处理,采用各种尺度的DEM进行试验的结果验证了以上结论.     

我国陆海统一似大地水准面构建的三维重力矢量法

基于重力场水平分量-垂线偏差对地形信息敏感的特点,根据边值理论由重力与地形数据确定格网垂线偏差模型,在此基础上,首先利用三维重力矢量-格网垂线偏差与格网重力异常,联合格网高程数据求得格网点间高程异常差,然后通过GPS/水准点的控制,构成紧密的几何条件,进行严密平差,从而获得高分辨率、高精度似大地水准面的数值模型。按照本文方法,利用我国6600多个GPS/水准点、1'×1'的格网垂线偏差、格网重力异常、格网高程数据,整体平差计算了我国陆海统一的似大地水准面模型,经GPS/水准点检核,全国似大地水准面的绝对精度达到了4 cm,相对精度优于7 cm。     

一种基于Morse复形的地形特征线构建改进算法

地形特征线的正确拓扑表达是进行地表形态描述、地形拓扑简化和地貌综合的基础。传统的基于Morse复形从三角格网地形提取特征线的算法,存在山谷线与山脊线在正则点处"交叉"及无法识别"宏"鞍点等问题。本文利用Morse复形的对偶特征,提出了一种较为通用的改进算法。该算法将下降(或上升)Morse复形的边界作为提取其对偶复形边界的约束线,并使"宏鞍线"按相应已建复形边界线寻径,不仅消除了传统算法出现的"交叉"现象,而且能够识别"宏"鞍点,实现了整个地形特征线的完整构建。     

顾及非格网数据考虑地形改正的GPS水准高程拟合

系统地分析了目前常用的确定高程异常的重力法和几何法在山区GPS网中的局限性。提出了一种顾及非格网数据考虑地形改正的GPS水准高程拟合法,同时对利用非格网数据和内插格网概略大地高所造成的影响也进行了估计。建议在地形起伏较大地区,借助地形图内插部分特征点作为虚拟GPS观测值,参与整体内插计算,有助于提高计算精度。     

利用数值投影变换构建全球六边形离散格网

本文针对全球离散格网构建过程中从平面格网到球面格网的关键步骤进行讨论,提出了一种新型的评价球面离散格网几何属性最优化的目标函数,使用遗传算法优化,得到了球面上有限层次内最优化条件下的直接剖分格网。利用有限层次内最优化格网提供的控制点数据,结合数值投影变换理论,成功地构建了几何属性更加均匀的全球六边形离散格网系统。实验表明,相对于现有Snyder等积投影建立的全球格网,在格网单元的均匀度上更优;在运算效率方面,速度大约是Snyder投影的2.5-3倍。     

顾及地形断裂线的LiDAR点云滤波方法研究

针对山区LiDAR点云的特点,对TIN滤波算法的三个重要环节进行了改进:1利用一种简单、快速的随机化格网搜索算法来获取更多的精确初始地面点;2提出一种地形预测角的判断准则来提高地形断裂线附近区域的滤波精度;3对每个激光脚点设置加密优先级,并在滤波过程中动态调整优先级大小,优先级高的激光脚点先进行判断,加密优先级的引入提高了TIN滤波算法对地形的适应性。最后,采用两块分布有大量地形断裂线的山区数据进行实验验证,并与传统的TIN滤波算法进行比较分析,结果表明,改进后的TIN滤波算法可以有效地保留山区的地形断裂线特征,提高了算法在山区的滤波精度。     

基于模板阴影体原理的3维矢量数据绘制算法

提出了一种基于模板阴影体原理的3维矢量数据绘制算法,实现了矢量数据在虚拟地形场景中的实时高质量叠加绘制。算法由矢量多面体创建、模板缓存掩模图像生成和矢量数据绘制3部分组成。理论和实践表明,该方案是一种具有像素级精度的基于屏幕空间的算法。它不仅能够有效克服基于纹理的矢量绘制方法所产生的走样现象,而且与地形数据的复杂度无关,因而具有较高的执行效率。     

基于模板阴影体原理的3维矢量数据绘制算法

提出了一种基于模板阴影体原理的3维矢量数据绘制算法,实现了矢量数据在虚拟地形场景中的实时高质量叠加绘制。算法由矢量多面体创建、模板缓存掩模图像生成和矢量数据绘制3部分组成。理论和实践表明,该方案是一种具有像素级精度的基于屏幕空间的算法。它不仅能够有效克服基于纹理的矢量绘制方法所产生的走样现象,而且与地形数据的复杂度无关,因而具有较高的执行效率。     

管线设计中断面数据的压缩算法

本文把空间矢量数据的压缩算法道格拉斯-普克法引入到管线断面数据的抽稀处理中,并对算法进行改进。首先按照一定算法进行整条断面线的粗滤处理,找出地形特征点、平面转折点、地物点等作为关键点,然后依据关键点对断面线进行分段,在段内使用道格拉斯-普克法进行细滤。最后通过实验验证了这种算法能够很好地压缩管线断面点数据,满足管线设计的要求。     

顾及非格网数据考虑地形改正的GPS水准高程拟合

系统分析了目前常用的确定高程异常的重力法和几何法在山区ＧＰＳ网中的局限性。提出了一种顾及非格网数据考虑地形改正的ＧＰＳ水准高程拟合法,同时对利用非格网数据和内插格网概略大地高所造成的影响也进行了估计。建议在形起伏较大地区,借助地形图内部部分特征点作为虚拟ＧＰＳ观测值,参与整体内插计算,有助于提高计算精度。     

点云数据的多几何面片特征自动识别

针对人工构筑物丰富的面片特征,提出一种基于局部采样优化的多种几何面片（平面、柱面、球面）点云数据分割方法。该方法首先利用三维格网建立点云数据的空间划分,然后根据随机采样点确定局部格网单元,在格网单元内部拟合多种几何模型,通过局部打分确定局部候选模型（集）,利用统计推断估算候选模型集的全局打分区间,最终获得当前最优模型及其一致集,从而实现点云数据分割。试验结果表明：该方法能够对富含规则几何特征的人工构筑物进行有效分割。     

基于分层格网点密度法的车载LiDAR点云单株树信息提取及精度分析

本文基于分层格网点密度法实现了车载激光雷达(Light Detection And Ranging,LiDAR)点云数据中单株树信息的提取,并通过改变格网阈值研究了算法中出现的参数(格网大小、格网高度)以及点云数据中的噪声地物对单株树信息提取精度的影响.研究结果表明,采用分层格网点密度法,能有效地在点云数据中提取单株树的点云信息.     

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。     

球面全景影像相对定向与精度验证

对传统的5点法相对定向算法的共面误差计算方法进行改进,提出了一种适合球面全景成像特点的相对定向计算流程。与传统方法相同,该算法首先计算本质矩阵,然后对本质矩阵进行奇异值分解得到旋转矩阵和平移矢量的候选解,最后利用重建的物方三维点坐标排除错误解。本文的贡献在于推导了球面全景共面条件公式,并使用点到核线平面的球面距离作为球面全景共面条件的误差项。模拟数据试验显示:当图像特征点的随机噪声在[-0.5,0.5]像素范围内时,3个姿态角的中误差约为0.1°,由相对定向恢复的相对平移量与模拟值的夹角中误差约为1.5°。使用车载全景相机配合POS获取的数据进行试验的结果显示:横滚角和俯仰角的中误差可以达到0.2°以内,航向角的中误差可以达到0.4°以内,由相对定向恢复的相对平移量与POS平移量的夹角中误差可以达到2°以内。采用本文相对定向算法的结果生成球面全景核线影像,提取影像之间同名点坐标并计算其列方向误差,结果显示核线影像同名点列坐标差的中误差在1个像素以内。     

一种新的全球海量地形实时绘制算法

本文为实现全球海量地形数据的实时可视化,提出了一种新算法。算法不使用几何数据而是利用球面特征进行地形多分辨率模型初建,然后基于视锥与节点关系对初建结果进行扩展来得到完整的地形网格。此外设计了能消除具有复杂邻接关系的节点间裂缝的拼接方式,构造了简洁的方法消除GPU32位浮点精度导致的"wob-bling"现象。实现的算法在普通微机上平均漫游速度达每秒95帧以上。