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.     

一种改进的DQG格网编码与经纬度高效转换算法

格网编码与经纬度间的转换效率是影响格网应用的关键因素。现有转换算法难以满足海量空间大数据的实时计算与分析需求,效率有待提升。为此,该文提出一种改进的DQG格网编码与经纬度高效转换算法:首先,引入二进制DQG格网编码代替四进制编码;然后,根据DQG格元的分布特征推导出格元行号和经度差的关系,以此改进格元列号的计算过程;最后,使用查找表进行Morton码的编码和解码,以提高转换效率。实验结果表明,该文提出的DQG格网编码与经纬度转换算法的平均效率分别是四进制DQG、单层二维SDZ算法的20.15倍和4.58倍,基本满足海量格网数据的实时转换与计算需求,为海量空间大数据的高效计算与分析奠定了基础。     

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。     

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。     

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。     

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.     

全球离散格网的建模方法及基本问题

全球离散格网(Discrete Global Grid,DGG)模型是数字地球及空间信息格网的基础,不同的建模方法不但影响空间数据的存储和管理效率,而且影响全球GIS的操作功能。该文介绍了DGG的评价标准,将DGG的建模方法归纳为3种类型:经纬度格网模型、自适应格网模型和正多面体格网模型,重点分析了不同类型球面离散格网模型的几何结构、单元特征和应用模式。最后,提出了DGG在Global GIS中亟待解决的基本问题,包括编码、精度、应用、误差、整合和定位问题。     

一种基于球面QTM格网的面要素边界跟踪填充算法

为实现四元三角网(Quaternary Triangular Mesh,QTM)对球面面状要素矢量数据的离散化及可视化,该文将基于栅格单元的"边界代数法"扩展到球面三角格网单元,提出了一种基于QTM格网的边界跟踪填充算法,主要内容包括:通过ETP投影实现球面QTM格网与平面三角格网的相互转换,建立矢量线角度与三角格元邻近搜索的对应关系;"边界跟踪"并记录边界格元进行分类处理;最终给出"边界跟踪"下两种不同的填充模式。实验表明,该算法实现了球面矢量多边形在QTM格网中的填充。     

格网技术对GIS发展的影响

格网技术作为新一代的Web技术,必将深刻影响GIS的发展。格网计算为数据密集型空间分析提供了资源支持。数据格网为海量空间数据分布式存储、管理、传输、分析提供了一体化的解决方法。格网技术为VRGIS实时场景渲染和海量场景数据存储以及GIS互操作问题的解决提供了一种新思路。格网中的智能体组件动态组装应用软件将对GIS应用开发方式产生重大影响。通过建立空间信息格网可以实现中国GIS产业的跨越式发展。     

网格空间数据库副本管理研究

网格GIS的研究重点在于利用网格技术,基于空间数据库实现空间资源共享。网格环境下,用P2P模型解决副本管理问题,可增强系统的可伸缩性和动态性。在网格GIS中,逻辑层与物理存储层分离,采用水平非交叠分片策略,依照空间区域把逻辑层划分为物理片段层。网格GIS应用系统应用GT4部署和实现,在网格上使用JXTA协议建立虚拟网络覆盖层,实现由门户节点、聚合点和物理存储节点组成的层次型全局副本目录结构。为提高空间数据发布效率,采用三层分布式索引结构,物理片段层和逻辑层分别采用R-tree索引和四叉树索引,通过软状态协议维护副本目录的一致性,并讨论副本目录原型GridSRC的实现和性能评价。     

广州白云山风景区森林自然度评价

森林自然度是描述森林状态的指标,是指森林生态系统保持原生状态或受人类干扰的程度大小,对其进行评价和等级划分是森林近自然经营研究中的关键环节。研究基于空间尺度,构建白云山森林自然度评价体系,通过格网形式对研究区域进行细化,并对白云山森林自然度进行评价。结果表明:白云山森林自然度指标值大部分处于0.31~0.60和0.61~0.80之间,就其等级而言,属于第三、第四等级,即较低等级;而整个研究区范围内自然度最高的是荷依岭景区、明珠楼景区与摩星岭景区相交的天然次生林群落,自然度最低的是白云山群落的外围度假区。     

SEARCHING METHODS FOR RAPID GRID INTERPOLATION*

A widely used method for grid interpretation from a set of discrete sample points is based on the inverse distanceweighted model. This method requires the identification of k-nearest sample points for each grid point, probably the most time-consuming portion of the grid interpolation process. Three searching methods for identifying the k-nearest sample points are discussed and compared. Two of these methods were consistenty faster without sacrificing accuracy than the brute-force searching method, and one method was from one to over 90 times faster than the brute-force searching method.     

Near real-time geoprocessing on the grid: A scalable approach to road traffic monitoring

The geospatial sensor web is set to revolutionise real-time geospatial applications by making up-to-date spatially and temporally referenced data relating to real-world phenomena ubiquitously available. The uptake of sensor web technologies is largely being driven by the recent introduction of the OpenGIS Sensor Web Enablement framework, a standardisation initiative that defines a set of web service interfaces and encodings to task and query geospatial sensors in near real time. However, live geospatial sensors are capable of producing vast quantities of data over a short time period, which presents a large, fluctuating and ongoing processing requirement that is difficult to adequately provide with the necessary computational resources. Grid computing appears to offer a promising solution to this problem but its usage thus far has primarily been restricted to processing static as opposed to real-time data sets. A new approach is presented in this work whereby geospatial data streams are processed on grid computing resources. This is achieved by submitting ongoing processing jobs to the grid that continually poll sensor data repositories using relevant OpenGIS standards. To evaluate this approach a road-traffic monitoring application was developed to process streams of GPS observations from a fleet of vehicles. Specifically, a Bayesian map-matching algorithm is performed that matches each GPS observation to a link on the road network. The results show that over 90% of observations were matched correctly and that the adopted approach is capable of achieving timely results for a linear time geoprocessing operation performed every 60 seconds. However, testing in a production grid environment highlighted some scalability and efficiency problems. Open Geospatial Consortium (OGC) data services were found to present an IO bottleneck and the adopted job submission method was found to be inefficient. Consequently, a number of recommendations are made regarding the grid job-scheduling mechanism, shortcomings in the OGC Web Processing Service specification and IO bottlenecks in OGC data services.     

20世纪中国耕地格网化数据分区重建

针对中国国家尺度层面耕地历史数据集的缺乏,提出了分区建模的方案.首先,将中国定性划分为四大区域,即传统农区、东北地区、西北地区、青藏地区;在此基础上,分别量化地形、人口要素与耕地分布之间的关系,构建空间格网化模型.利用该方案,重建了中国1913、1933、1950、1970、1990 和2000 年6 个时间断面空间分辨率为10 km的格网化耕地数据.对比1990 年的重建结果与遥感解译结果,发现无论是县域尺度,还是栅格尺度,数据集的准确性都较高.对重建的耕地数据集进行分析发现,近百年来中国的耕地面积出现先增后减的趋势,拐点大体在20 世纪后期,不仅是耕地总量的先增后减,而且垦殖强度也是先增后减,但区域之间并不一致,其中变化较大的是东北和西北地区.     

基于GIS的新疆气温数据栅格化方法研究

以新疆99个气象台站1971-2010年年平均气温为数据源,采用多元回归结合空间插值的方法对新疆区域气温数据进行栅格化研究。建立了年平均气温与台站经纬度和海拔高度的多元回归模型,对于残差数据的插值采用了反距离权重法(IDW) 、普通克立格法 (Kriging)和样条函数法(Spline)3种目前应用广泛的空间插值方法,针对于这3种方法进行了基于MAE和RMSIE的交叉验证和对比分析,结果表明在新疆的年平均气温的GIS插值方案中,IDW方法精度总体要高于其他两种插值方法。     

中国干旱灾害评估与空间特征分析(英文)

Based on the monthly precipitation data for the period 1960-2008 from 616 rainfall stations and the phenology data of main grain crops,the spatial characteristics of drought hazard in China were investigated at a 10 km×10 km grid-cell scale using a GIS-based drought hazard assessment model,which was constructed by using 3-month Standard Pre-cipitation Index (SPI).Drought-prone areas and heavy drought centers were also identified in this study.The spatial distribution of drought hazard in China shows apparent east-west dif-ference,with the eastern part of China being far more hazardous than the western part.High hazard areas are common in the eastern and central parts of Inner Mongolian Plateau,the central part of Northeast China Plain,the northern part of Heilongjiang,the southeastern part of Qinghai-Tibet Plateau,the central and southern parts of Loess Plateau,the southern part of North China Plain,the northern and southern parts of Yangtze River Plain,and Yun-nan-Guizhou Plateau.Furthermore,obvious differences in drought hazard were found both within and between different agricultural zonings.     

基于地理格网的新疆地貌区划方法与实现

利用遥感影像和Srtm-DEM等多源信息解译的新疆数字地貌图为基础数据源,运用地理格网方法对新疆地貌类型分布进行定性与定量分析,在此基础上,通过自下而上的合并与自上而下的划分相结合的系统聚类分析法,确定各级地貌区划单元及其区划界线,实现新疆地貌的智能化分区。将新疆地貌分为一级、二级和三级地貌区划。其中,一级为6个地貌区 ,二级为23个地貌区,三级为200个地貌区。研究结果表明,在所依据的地貌数据基础上,采用地理格网地貌区划方法,能够实现地貌区划的智能化分区。本研究中的地貌分区和区划等级合理,区划界线准确可靠,利用地理格网方法实现了区划的定量化和数字化。