基于滚动球变换的TIN_DDM地形形态划分及连续尺度表达

针对TIN_DDM地形形态划分及连续尺度表达中存在的应用场景与数据类型特殊、地形形态划分边界不明确和地形尺度认知存在差异等问题,提出了一种基于滚动球变换的TIN_DDM地形形态划分及连续尺度表达算法。该算法在分析滚动球变换构建原理的基础上,通过挖掘滚动球变换在地形形态识别方面的应用潜能,设计了TIN_DDM采样点地形类型判定准则;针对判定准则在地形形态连续尺度表达过程中无法应用的问题,通过对滚动球接触点与滚动球半径之间的数值关联性进行分析,求解出各采样点与滚动球接触状态变换时的临界滚动球半径,构建了面向TIN_DDM地形形态连续尺度表达的滚动球变换。试验结果表明:该算法可快速实现以滚动球半径作为尺度因子的TIN_DDM地形形态自动化分及连续尺度表达。     

顾及“保真性”原则的双向滚动球变换DDM多尺度表达算法

在分析符合"安全性"要求的数字水深模型(DDM)正向滚动球变换应用局限的基础上,根据高保真DDM多尺度表达评价标准中对水深值准确性、严密有序性及地形信息等级嵌套性的要求,从顾及"保真性"原则的DDM多尺度表达需要出发,提出一种基于双向滚动球变换的DDM多尺度表达算法。分析了海底地貌特征点在DDM双向滚动球变换过程中的变化趋势,根据DDM正向滚动球变换的尺度依赖特性,计算出了一定尺度下海底地貌的横向分布范围与纵向分布高度,建立了DDM多尺度表达中细部(骨架)地貌的判定准则。通过保留给定尺度下DDM中的骨架地貌,使海底地形的整体变化趋势得到了保持,满足了DDM多尺度表达对水深值准确性的要求;论证了DDM单值曲面等距离面变换的水深序同构特性,通过对给定尺度下的细部地貌进行DDM双向滚动球变换的等距离面提取,使海底地形的局部起伏形态得到了保持,满足了DDM多尺度表达对水深值严密有序性的要求;从满足DDM多尺度表达对地形信息等级嵌套性的要求出发,分析了DDM双向滚动球变换中尺度因子与地形信息等级单元逻辑包含关系的不相关性,论证了任意尺度因子条件下具有的相应等级地形信息范围的一致性。试验结果表明该算法克服了DDM正向滚动球变换存在的无法保留负向骨架地貌和保持海底局部地形起伏形态等不足,可有效保留DDM中骨架地貌并综合细部地貌,满足顾及"保真性"原则的DDM多尺度表达要求。     

不规则三角网数字水深模型缓冲面快速构建的滚动球加速优化算法

针对TIN_DDM缓冲面构建与应用中存在的数据类型特殊、算法效率与模型精度不匹配的问题,本文将滚动球模型应用扩展至TIN_DDM缓冲面的构建过程。在分析滚动球模型构建精度局限的基础上,建立了滚动球半径关联的滚动球模型整体精度控制方法;结合大数据量TIN_DDM缓冲面多次构建的应用效率需求,阐明了关键采样点与滚动球半径对TIN_DDM缓冲面构建效率的影响规律;设计了TIN_DDM缓冲面构建关键采样点的判定准则,建立了关键采样点与滚动球半径的数值关联关系;提出了一种基于滚动球加速优化模型的TIN_DDM缓冲面快速构建算法,算法时间复杂度为O(n)。试验结果表明:本文算法可实现任意缓冲半径条件下TIN_DDM缓冲面的多次快速构建,且算法精度控制在2σ内。     

数字水深模型多尺度表达方法研究

针对现有数字水深模型(DDM)多尺度表达过程中由于单一固守"安全性"准则所导致的DDM表达精度不高和DDM产品形式单一及使用范围受限的问题,该文在简要介绍二维滚动圆变换及其在等深线化简中的应用的基础上,通过对二维滚动圆变换的维数扩展,提出了滚动球变换的概念。经过大量的计算推导,得到了正(负)向滚动球变换的不同组合方式,实现了既可以顾及"安全性"准则,又能够满足"保真性"需求的DDM多尺度表达方法。该方法可以提高测深数据的利用率和数据表达精度,适应多领域不同层次的DDM应用需求。     

非航海用DDM向航海应用转换的方法

针对非航海用数字水深模型（DDM）不能直接应用于航海上的这一问题,提出了一种基于水深不确定度拟合面的非航海用DDM向航海应用转换的方法。采用不确定度合成方法计算原始水深不确定度对非航海用DDM建模点的传递不确定度;利用测试点检验法估算非航海用DDM网格的地形描述不确定度,进而合成建模点的综合不确定度;基于模型网格双线性法构建非航海用DDM的水深不确定度拟合面,并推估模型内任一点的水深不确定度,以提高转换后非航海用DDM的深度保证率。试验证明：所提方法切实可行,能够较大程度地提高转换后非航海用DDM的深度保证率,以满足舰船的安全航海需求。     

顾及不确定度的数字水深模型内插方法

提出一种顾及不确定度的数字水深模型(DDM)内插方法.计算数据来源不同的水深不确定度,构建水深数据权重配赋中加入不确定度的数据内插模型,实现水深内插点的不确定度估计.试验证明,所提方法提高了DDM的构建质量,并可评估内插水深的不确定度.     

航海用DDM向非航海用转换时的整体偏差补偿方法

针对航海用数字水深模型（DDM）向非航海用转换这一问题,提出了一种用整体偏差值补偿来提高转换精度的方法。首先建立航海用DDM整体性偏差值与海底地形复杂因子、海图比例尺之间的关系;其次依据上述关系预先推算航海用DDM的整体偏差值;最后将整体偏差值补偿到转换前的航海用DDM的模型点上,以提高转换后的非航海用DDM精度。试验证明：①所提的方法可行,可提高转换后非航海用DDM的精度;②转换后非航海用DDM精度提高的程度与海底地形复杂因子和海图比例尺有关。     

利用多级弦长弯曲度复函数构建复杂面实体综合形状相似度量模型

介绍了一种复杂带洞面实体空间对象的几何相似度度量方法。该方法提取面实体的中心距离、轮廓线的多级弦长、弯曲度及凸凹性等特征,构造多级弯曲度半径复函数对其局部和整体特征进行描述,并通过傅里叶变换得到傅里叶形状描述子对面实体间的形状相似性进行度量。同时根据场景完整度和相似性度量模型计算复杂带洞多边形中每个场景的匹配度,利用多级特征完成复杂面实体间的几何相似性度量。对不同空间复杂度的面实体的几何相似性的度量试验表明,该方法简单可行且不失精度,结果符合人类认知。     

顾及局部差异的航海图线要素复杂度度量EI北大核心CSCD

针对当前线要素复杂度的度量多基于单一线要素求取整体复杂程度,难以顾及局部差异变化这一现状,提出一种用于航海图线要素复杂程度的度量方法。首先,分析了线要素节点所构三角网边长与线要素复杂程度的关联性;然后,通过构建约束Delaunay三角网、计算线要素数据点复杂度并内插等操作,得到了航海图线要素复杂场;最后,选取两组不同的典型海域航海图作为试验数据,并通过统计试验验证了本文方法的合理性。试验结果表明:本文方法在顾及局部差异的基础上,能较好地定义航海图线要素的复杂度,并可精细化地定量评估航海图线要素在各区域的复杂程度。     

面向等高线与河流冲突处理的多约束移位方法

本文针对等高线与河流的不一致性问题,以移位等高线匹配河流为出发点,提出一种对每个特征点动态确定仿射变换模型进行移位的方法。该方法综合考虑移位角度比例、地形特征点相对位置、局部形态的保持和变换等因素,对各特征点实时计算其位移的角度、位置和缩放变化等约束建立其移位模型。实验结果表明,本文提出的方法能够较好地实现等高线到河流的一致性改正,可有效解决等高线与河流数据的空间匹配问题。     

基于复杂网络的城市道路重要度评价及路网自动综合方法

利用复杂网络理论,构建城市复杂路网模型,基于该模型从道路的结构和功能特征角度,以连接度、介中心和接近度为度量指标定义道路重要度评价模型,并顾及路网的整体形态及路网的拓扑连通性,提出基于复杂网络理论的路网综合算法。为检验方法有效性,针对成都市道路网络进行实验分析。实验结果表明,该道路重要度评价模型较好地反映道路在整个路网结构和功能上的重要程度,复杂路网综合算法能较好地保持原始路网的整体形态结构特征。     

高精度DEM建模的加权径向基函数插值方法

在数字高程模型（digital elevation model,DEM）建模过程中,经典空间插值方法均没有考虑断裂线附近的局部地形特征影响,使得断裂线局部区域高程被平滑,从而导致地形特征失真。为了解决该问题,构造了一种顾及断裂地形特征的定权方法,并以径向基函数（radial basis function,RBF）为插值算子,提出了加权径向基函数方法。首先通过捕捉每个采样点的结构张量,自适应计算采样点与待求点的距离,然后利用该距离对每个采样点赋予合适的权重,最后利用加权插值实现DEM建模。以10组国际摄影测量和遥感学会公共数据和1组山体滑坡区域的机载激光雷达点云数据为例,利用所提方法构建样区DEM,并将计算结果与标准RBF及传统插值算法（如反距离加权法、克里金法、约束不规则三角网法）进行比较。精度分析表明,不论采样点数为多少,所提方法计算精度均优于其他插值方法;对DEM山体阴影图分析表明,相较于传统插值方法,所提方法能较好地保持断裂线局部地形特征。     

基于区域平均垂直不确定度的自适应网格水深建模方法

提出一种基于区域平均垂直不确定度的自适应网格数字水深模型构建方法。利用水深不确定度及其传递机制,计算建模区域的水深平均不确定度,自动确定网格剖分层次和组织水深数据;并在公共边界处增加约束条件,解决相邻网格区域的水深模型不连续问题。试验证明:①在水深变化趋势不一致的区域,与等间距法和水深复杂度法相比,不确定度法所构DDM具有更高的质量;②相对于等间距法,不确定度法能自动确定网格剖分层次和网格大小,控制模型质量达到预先设计的指标要求,相对水深复杂度法,具有更强的自适应调控能力;③不确定度法比水深复杂度法具有更高的自动化程度和效率。     

利用拟构模型面调控水深模型点选取的航海DDM构建

针对传统方法难以确保所建模型的深度保证率满足航海安全要求的问题，提出了一种利用拟构模型面调控水深模型点选取的航海数字水深模型（digital depth model，DDM）构建方法。定义了已选、待选、拟选水深点以及拟构模型面的概念，并利用待选水深点来定量评估模型面的深度保证率与表达度，实现了水深自动选取过程中的DDM质量动态监控。在此基础上，通过构造水深选取中的质量评估综合算子，利用该算子来定量调控水深点的选取，确保所构DDM的深度保证率能达到规定指标要求。实验结果表明:（1）与传统方法相比，所提方法能确保所建模型的保证率满足航海安全要求；（2）对于深度保证率均能满足航海安全要求的水深点，所提方法较传统方法能从一定程度上提高模型在此处的表达度。     

滚动球路径模型的Delaunay三角网局部优化算法

针对由Delaunay三角网所构建的TIN-DEM中地形特征线被压盖的现象,该文摒弃以往先提取地形特征线再约束构建Delaunay三角网的做法,通过分析地形特征线信息在TIN-DEM双向缓冲面上的体现,探究了地形特征线信息与滚动球路径之间的关系,提出采用双向滚动球网络结构信息替代地形特征线结构信息的做法,直接借助滚动球沿TIN-DEM正反面滚动过程中的滚动路径,对Delaunay三角网进行局部改进。实验结果表明:该算法可有效将压盖的地形特征线信息表现在Delaunay三角网中,提高了TIN-DEM的地形特征信息表达程度。     

黄土丘陵沟壑区地形复杂度分析

针对黄土丘陵沟壑区地形复杂度难以准确量化的问题,该文提出了基于区统计的评价方法,采用地形分析方法提取坡度、地势起伏度、地表切割深度,沟壑密度等地形因子,应用区统计法、变异系数法对研究区地形复杂度进分析评价。结果表明:彭阳县地形复杂度的空间分布特征与坡度、地势起伏度、地表切割深度的变化规律相似,中复杂区域和高复杂区域所占面积较大,且存在明显的分异规律;基于1:50 000数字高程模型数据的地形复杂度提取与分析方法能够快速有效地获取研究区地形地貌信息,为黄土丘陵沟壑区流域治理、土地规划、地形及景观格局的分区和尺度推绎等研究提供依据。     

服务航海与非航海的DDM质量指标之间的关系研究

针对航海用数字水深模型DDM和非航海用DDM所采用的质量评估指标的不同,分析了DDM的重建过程与质量指标的评估方法,理论推导了航海用DDM所用深度保证率、深度表达度和非航海用DDM所用中误差之间的关系,并通过试验海区验证了航海与非航海用DDM质量指标随DDM的整体偏差值变化而变化的规律。     

不同DEM尺度下推方法的精度差异性分析

尺度问题一直是地学研究的重要内容,尺度下推对于比较和整合不同的DEM数据集,校准和验证一系列数字高程模型具有重要意义。本文以尺度下推采样方法为切入点,研究尺度变换后地表形态保真特征,进而对不同DEM尺度下推方法进行精度差异性分析。基于1∶250 000 DEM数据,利用多种方法将其尺度下推到1∶50 000的DEM,并根据高程变异系数和地表形态变异系数对结果进行质量评价,以此丰富地形序列图谱DEM构建过程中地形综合的程度序列,弥补尺度下推过程中地形形态保真的不足,完善尺度变换方法体系。     

校准三维模型基矩阵的函数映射的对应关系计算

在利用函数映射计算模型间对应关系时,提出了一种校准三维几何模型之间基矩阵的新方法,将模型间对应关系的构建转化为由模型特征函数构建的基矩阵之间的校准运算。首先计算三维模型的Laplace算子,获得模型的特征值和特征向量,并利用所得到的特征向量构建基矩阵;其次,提出了协方差的最小值校准算法,以计算模型基矩阵之间的校准矩阵 S ,并用矩阵 S 对两个模型的函数基进行校准;最后,计算校准模型所有点的高斯曲率来采样源模型尖端特征点,并在校准后的目标模型上遍历所有点,以寻求最优对应点来构建等距变换（或近似等距变换）的三维模型间的对应关系。通过计算采样点与最优对应点的测地错误,以衡量所提算法的匹配准确率。实验结果表明,与已有算法相比,本算法可以较为准确地构建两个或多个模型间的对应关系,同时也克服了模型自身对称性影响对应关系计算的问题。     

TIN的海底地形复杂度表示与计算方法

针对当前海底地形复杂度表示与计算方法存在的适用性不强,无法全面反映地形复杂程度等问题,面向海底地形的Delaunay不规则三角网表示模型,基于微分几何理论,使用节点1-邻域内相邻三角面片空间几何关系及三角面片在水平面上的投影面积,提出一种基于双二面角的海底地形复杂度的表示与计算模型,并在多个实验样区上对所提出方法进行实验。结果表明,相比目前常用的其他海底地形复杂度表示与计算方法,该方法能够适用于不同的海底地形,且更符合人类认知。