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。     

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。     

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。     

数字水深模型建模技术研究进展与展望

水深是反映海底地形起伏形态的基本要素,是人类认识和利用海洋并进行科学决策的重要依据。数字水深模型是用离散水深数据实现对海底地形起伏变化的一种数字化表达。数字水深模型建模技术与所构建模型的质量、特点及应用领域密切相关,直接决定了海底地形表达的真实可靠性和精度,并将对舰船航行的安全性及其他相关应用产生重要影响,一直是海道测量和海图制图人员科学研究与海洋测绘地理信息产品生产实践关注的核心内容。本文在总结数字水深模型概念内涵的基础上,结合国内外数字水深模型建模技术现状,重点阐述了数字水深模型在航海和非航海领域的研究进展及取得的成果,并对数字水深模型建模技术的未来发展方向做出了展望。     

顾及形态差异的TIN-DDM地形复杂度度量方法

地形复杂度是海底地形形态研究领域的一个综合性参数,合理构建TCI计算模型是实现度量DDM表面地形形态变化的重要环节之一。目前TIN-DDM地形复杂度度量方法所建立的TCI计算模型,均无法较好地以采样点TCI值比较的方式反映出其所在不同地形单元间形态变化特征的差异。针对此问题,本文提出了一种充分顾及形态差异的TIN-DDM地形复杂度度量方法。该方法在分析滚动球变换原理的基础上,阐明了TIN-DDM在滚动球变换过程中采样点的深度变化与其TCI的关联性,分析了最佳滚动球半径的选取原则,构建了采样点TCI计算模型并进行优化处理,最后通过TCI内插复杂场的方式实现了TIN-DDM地形复杂度的有效度量。试验结果表明,本文方法具有良好的地形复杂度度量效果,所构建的TCI计算模型可较好区分采样点所表达局部地形形态的差异,且相对于对比方法,依据本文方法TCI重构的DDM具有更高的精度。     

航海图水深模型用于水下地形匹配定位的选取分析

系统分析了航海图水深模型(DDM)直接应用于水下地形匹配定位的可行性,给出了航海图DDM作为水下地形匹配基准图时比例尺的选取要求。首先,在经典TERCOM算法的基础上,构建基于航海图DDM的水下地形匹配定位算法;然后,将地形标准差不同的2个试验区均匀地划分为100个匹配区,并构建比例尺为1∶20 000到1∶200 000的航海图DDM;最后,分别以这些航海图DDM作为匹配基准图,进行匹配定位试验。试验结果表明:(1)改进后的TERCOM算法可以直接采用航海图DDM作为地形匹配基准图进行匹配定位;(2)为减少误匹配的发生,应选取比例尺大于1∶25 000的航海图DDM作为地形匹配基准图。     

面向海图综合的复杂海底地形区域识别

复杂海底地形区域识别是实现海图自动制图综合的必要环节。从服务海图水深注记选取的角度,提出一种面向海图制图综合的复杂海底地形区域自动识别方法。首先,对复杂海底地形的概念和主要特征进行了分析,据此提出了对应的地形特征量化参数;其次,通过对每个水深注记地形特征的度量,筛选出复杂地形特征水深注记;最后,利用聚类技术对提取的复杂地形特征水深注记进行群组划分,并提取出每个群组的边界多边形,从而得到每块复杂海底地形区域的范围。实验表明,各种复杂海底地形区域都能被有效识别,且识别结果与人工识别结果基本一致。     

提高城市大比例尺地形图转换到CGCS2000精度的探讨

针对在进行城市坐标系中的大比例尺地形图转换到CGCS2000中,采用统一区域坐标转换模型进行整体转换,将会使地形图在转换后的精度不能满足成图精度要求,提出了通过对区域内的所有控制点进行兼容性检测,剔除不能满足精度要求的点后,对所有控制点构建TIN,然后采用仿射变换模型分块对各三角形内的大比例尺地形图进行转换,从而实现提...     

基于Worldview3数据的浅海水深反演研究

传统水深测量技术灵活性较差,水深资料更新周期长、时效性差。因此,我们需要找寻一种高效便捷方法提取水深。本文采用Worldview3多光谱高分辨率数据与实测数据相结合,针对不同的海底底质类型,建立统计回归模型(单因子模型和多因子模型),对西沙群岛北岛周边的浅海海域,进行浅海水深反演。通过对研究结果的分析,发现单因子模型和多因子模型相关系数都在0.91以上,标准误差也都在1.27以下,反演数据与实测数据偏差较小。且将海底底质分为沙质和草质海底底质类型后建模的精度要高于未对海底底质分类建模的精度。     

利用卡尔曼滤波改正多波束数据声速整体误差

针对传统多波束测深系统从误差源进行平差的后处理方式受声速误差等因素影响较大的应用局限,提出了以相邻条带中央波束构建的每ping海底地形趋势线作为先验信息,利用卡尔曼滤波(Kalman filter, KF)对声速整体误差影响下的测深数据系统性误差进行改正的方法。首先,提取测深数据准确性相对较高的相邻条带的中央波束数据,对多波束每ping测深点所在的区域海底地形构建大致走向的趋势线;其次,利用检测线中央波束与主测线交叉重叠部分的数据,得到观测值的偏差和所构建海底地形趋势线的偏差;最后,结合得到的偏差,以构建的趋势线作为先验信息对测深数据利用卡尔曼滤波进行改正,并对改正后的数据进行精度分析与评估。实验表明,对于声速整体误差引起的海底地形畸变,利用卡尔曼滤波能够对边缘波束的系统性误差进行有效的改正。     

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。     

An Ontology of the Submarine Relief for Analysis and Representation on Nautical Charts

Abstract

A nautical chart is a kind of map used to describe the seafloor morphology and shoreline of adjacent lands. One of its main purposes is to guarantee safety of navigation. As a consequence, the construction of a nautical chart follows very specific rules. The cartographer has to select and highlight undersea features according to their relevance to navigation. In an automated process, the system must be able to identify and classify these features from the terrain model. This paper aims therefore to define ontologies of the submarine relief and nautical chart that will be at the root of a model-oriented generalization process. To the best of our knowledge, no ontology has been defined to formalize the geographical and cartographic objects for nautical chart representation. Thus, a bottom-up approach was developed to extract and model knowledge derived from standards established by the International Hydrographic Organization (IHO) and cartographers’ expertise. The submarine relief ontology formalizes undersea features describing the submarine relief. Four concepts (composition, morphometric class, shape value and depth value) are introduced to describe properties and relationships between undersea features. The cartographic representation ontology of nautical charts will define several concepts (chart, features, isobathymetric lines and soundings) for the representation of undersea features on the chart.     

GNSS-R DDM波形仿真的时延与多普勒间隔研究

DDM波形是GNSS-R技术用于反演地球物理参量的基本观测量,其仿真结果的可靠性直接影响GNSS-R的理论研究及项目工程参数设计。利用GREEPS仿真软件分析了时延间隔与多普勒间隔对DDM波形仿真结果可靠性的影响,得到了用于获取可靠DDM仿真波形的时延与多普勒间隔参数。研究表明,时延和多普勒间隔越小,DDM仿真波形与理论波形吻合度越高;当时延间隔取1/16个GPS L1 C/A码元、多普勒间隔取50 Hz时,DDM仿真波形与理论波形几乎完全吻合,二者的相关系数大于0.99;时延间隔对DDM仿真波形峰值位置的影响远大于对峰值信噪比的影响;而多普勒间隔对DDM仿真波形峰值位置与信噪比的影响相当。     

联合大地水准面、海面地形和潮波运动数值模拟的长江口陆海垂直基准转换关系

长江口水域地形地貌研究对河道治理建设、水上交通运输等人类社会经济活动具有重要意义,而建立高精度的无缝深度基准面及其与其他垂直基准间转换模型将直接影响到水陆交界区高精度地形地貌数据的获取及统一综合管理与分析。为此着重研究了基于三维潮波运动数值模拟、海面地形和大地水准面3种手段联合的河口水域无缝深度基准面构建及其与其他垂直基准间转换模型,并在长江口南支这一典型河口水域进行了建模实验和模型精度评估分析。结果显示,垂直基准转换模型中误差为12.4 cm,与现场长期潮位站实际观测结果比对分析得垂直基准转换模型误差绝对值均值为24.2 cm,尽管大于模型中误差估值,但仍满足国际水道测量规范对测深中垂向最大不确定度的要求。     

利用EGM2008模型与地形改正进行GPS高程拟合

在工程测量中,全球定位系统GPS高程测量以其效率高、灵活性强等优势在困难环境下发挥了重要作用。实际应用中需要把GPS大地高转换为正常高,其关键在于精确求解高程异常。提出了一种基于EGM2008(Earth Gravitational Model)模型和地形变化的影响,并结合二次曲面函数来进行GPS高程拟合的方法。通过某跨海大桥工程的实测数据验证了该方法的GPS高程拟合精度,结果表明,该方法的内符合精度达到0.16 cm,外符合精度达到0.96 cm,能够提高GPS高程拟合的精度。     

海底地貌数据综合研究进展

海底地貌数据与人类认知海洋、探索海洋、利用海洋息息相关,海底地貌数据综合是海图编制、海洋空间数据处理的重点研究内容之一。海底地貌数据综合属于地图综合的研究范畴,但受历史渊源、学科体系、应用范畴等诸多因素影响,常被认为是地图综合中相对独立、特殊的研究内容。本文在明确海底地貌数据综合特殊性的基础上,从数据增强、综合方法、质量评价3个方面梳理海底地貌数据综合研究进展,归纳了几种常见的海底地貌数据综合应用案例,并从研究内容、技术方法、实践应用3个方面探讨了海底地貌数据综合的发展趋势。     

分形内插与DELAUNAY三角网结合的三维地形可视化数据模型

为了有效地实现ＧＩＳ分析中地形数据的可视化，本文提出了分形内插与Ｄｅｌａｕｎａｙ三角网结合的三维地形可视化数据模型。该模型不仅能满足几何精度，保持地形特征，而且具有表面质感理想的可视化效果。该模型的空间分辨率可以由尺度、位置和时间参量来调节，具有多尺度表达、局部加密表达和时空动态表达的特点。该模型适于ＧＩＳ的可视化操作与分析。     

Effect of Contour Intervals and Grid Cell Size on the Accuracy of DEMs and Slope Derivatives

Digital Elevation Models (DEMs) are indispensable tools in many environmental and natural resource applications. DEMs are frequently derived from contour lines. The accuracy of such DEMs depends on different factors. This research investigates the effect of sampling density used to derive contours, vertical interval between contours (spacing), grid cell size of the DEM (resolution), terrain complexity, and spatial filtering on the accuracy of the DEM and the slope derivative. The study indicated different alternatives to achieve an acceptable accuracy depending on the contour interval, the DEM resolution and the complexity of the terrain. The effect of these factors on the accuracy of the DEM and the slope derivative was quantified using models that determine the level of accuracy (RMSE). The implementation of the models will guide users to select the best combination to improve the results in areas with similar topography. For areas with variable terrain complexity, the suggestion is to generate DEMs and slope at a suitable resolution for each terrain separately and then to merge the results to produce one final layer for the whole area. This will provide accurate estimates of elevation and slope, and subsequently improve the analyses that rely on these digital derivatives.