基于径向泰勒级数展开的月球表面磁场快速球谐解算方法

在利用球谐模型解算月球起伏表面的磁场时,传统算法计算效率较低且存在不稳定性,因此提出一种基于球谐分析的径向泰勒级数展开法。首先采用450阶次的月球内源磁场球谐模型在月表地形起伏剧烈的背面区域进行不同泰勒级数展开次数范围以及不同平均半径的解算精度实验,验证了所提方法的有效性,并且通过与传统算法的对比证明了所提方法具有更高的计算效率和计算稳定性;然后将计算得到的月球全球起伏表面磁场分布与月球参考球面上的磁场分布进行了对比分析,结果表明,月表地形起伏面与参考球面上的磁场差异较大,磁场总强度在实际地形起伏面与参考球面上的差异和地形起伏呈现反相关性,磁场径向分量与地形起伏不存在相关性,这些说明月球内源磁场磁性载体埋深较浅且磁化方向并非径向。     

一种视点相关球面地形LOD算法

在地形可视化领域,基于海量数据的全球地形3维可视化已经得到广泛关注和研究。在经典ROAM算法的基础上,提出了一种视点相关全球地形LOD模型SROAM。该算法采用正方体作为网格细分的顶层,正方体上每一个面分裂成两个三角形作为ROAM算法二叉树的根节点。给出了高程数据球面映射的方法,在动态误差计算过程中,考虑了地平线约束条件,进一步对网格进行简化。实验结果表明,此算法能实时动态地生成全球地形LOD模型,实现全球地形场景的平滑绘制。     

局部曲面正切曲率与流线曲率的水流路径算法

在局部特殊地形如细窄的沟渠等地带,水流方向可能是惟一的,即当前点的水应全部流入下游惟一的格网点,此时若采用多流向算法不仅会导致水流方向产生较大误差,而且可能影响区域汇水面积的精确计算。为解决此问题,本文提出了一种水流路径算法,该算法通过以各格网点为中心建立3×3窗口范围内的局部趋势面,利用该点在局部趋势面中的正切曲率和流线曲率选取合适的单流向或多流向算法来确定并计算该点的水流流向及流量分配比例。最后通过实例证明了该方法在水流累积量计算中的良好效果,并在一定程度上为格网DEM沟谷段和分水线段的提取奠定了基础。     

一种视点相关球面地形LOD算法

在地形可视化领域,基于海量数据的全球地形3维可视化已经得到广泛关注和研究。在经典ROAM算法的基础上,提出了一种视点相关全球地形LOD模型SROAM。该算法采用正方体作为网格细分的顶层,正方体上每一个面分裂成两个三角形作为ROAM算法二又树的根节点。给出了高程数据球面映射的方法,在动态误差计算过程中,考虑了地平线约束条件,进一步对网格进行简化。实验结果表明,此算法能实时动态地生成全球地形LOD模型,实现全球地形场景的平滑绘制。     

顾及地形特征的LiDAR点云数据快速处理算法

提出了一种基于地形特征的点云简化算法,首先根据图像学差分算子提取点云中的地形特征点,再以地形特征点作为种子点建立TIN模型进行迭代简化,并对算法中存在的计算效率低下的问题进行优化。采用两组数据进行算法有效性测试,并与经典的距离-高差简化算法结果进行对比。结果表明,该算法在地形复杂的区域有更好的简化效果。     

三维场景实时建模中地形生成算法优化

通过分析三维场景实时渲染中视点无关与视点相关地形生成算法的性能,提出了优化的视点相关地形生成算法。此算法主要针对地形拆分、可视精度计算、观察视点距离计算、以及地形可见性裁剪这4个方面的策略做出了详细的阐述。并以渲染精度为衡量标准,通过实验对比分析了优化后的视点相关地形生成算法与视点无关地形生成算法的性能。除此之外,以渲染效率为标准,通过实验分析对比了优化后的视点相关地形生成算法与原视点相关地形生成算法的性能,并给出了一个运用此优化算法构建的三维地形模型。     

战场区域地形隐蔽性分析

为获取战场地形隐蔽性信息,按照作战行动空间划分,将区域地形隐蔽性分为:对地隐蔽性,以区域内山顶点为视点;对空隐蔽性,以区域上空规则离散点为视点。区域地形隐蔽性分析,引入视点隐蔽域和地形点隐蔽性,对参考面算法进行适用性改造,将区域地形隐蔽性和地形隐蔽性面作为分析结果。实验表明,该方法能够客观反映目标地形区域的地貌基本分布情况和区域整体地形隐蔽性大小,可用于不同区域间的地形隐蔽性对比。     

局部曲面正切曲率与流线曲率的水流路径算法

在局部特殊地形如细窄的沟渠等地带,水流方向可能是惟一的,即当前点的水应全部流入下游惟一的格网点,此时若采用多流向算法不仅会导致水流方向产生较大误差,而且可能影响区域汇水面积的精确计算。为解决此问题,本文提出了一种水流路径算法,该算法通过以各格网点为中心建立3×3窗口范围内的局部趋势面,利用该点在局部趋势面中的正切曲率和流线曲率选取合适的单流向或多流向算法来确定并计算该点的水流流向及流量分配比例。最后通过实例证明了该方法在水流累积量计算中的良好效果,并在一定程度上为格网DEM沟谷段和分水线段的提取奠定了基础。     

Bowring算法中两种大地纬度计算公式性能的对比

分析了Bowring B R于1976年提出的大地纬度计算算法和1985年提出的改进算法的推导过程,得到改进算法通过两次近似处理可能会限制其适用范围的结论,并通过理论推导和大量计算进行了验证。两种算法的适用范围:高程H≤2 km时,采用1976年提出的Bowring算法;H≥20 km时,采用1985年提出的改进算法;2 kmH20 km时,需要根据高程和纬度选择其中一种算法。两种算法计算纬度误差相等的角度随高度增加而减小。     

并行化多流向策略的栅格河网提取算法

流域栅格河网提取是数字地形分析的一个重要应用。为减少数字高程模型(DEM)预处理而产生的伪河道及平行河道,提出基于并行化多流向策略的栅格河网提取算法。通过水流传输矩阵模拟水量的自然流动过程,可直接应用于原始DEM。从河网空间形态和算法运行效率两方面与串行MFD算法、R&N算法及D8算法进行对比,结果表明,多流向策略得到的河网与实际地形形态更加吻合,使用并行策略后,算法的效率比也较其他算法有明显提升。     

增量法地形可视计算与分析

DEM在表达地形时具有水平等距网格和垂直高差的特点,根据DEM表达地形的特点,利用双增量地形可视计算方法,以水平方向矢量叉乘增量计算来判断点的可视性,采用垂直方向高程增量的谷地凹处盲区测试,根据地形高程的变化来消除不可视点,该算法思路清晰、计算复杂度低。同时重点分析该算法在地形的部分区域和不同特征地形上的特点,指出该算法在起伏山地和沟谷地形中的优势;横向上与ArcGIS功能模块进行比较,可视计算速度大大提高。     

Parallel algorithm for viewshed analysis on a modern GPU

Spatial analysis, including viewshed analysis, is an important aspect of the Digital Earth system. Viewshed analysis is usually performed on a large scale, so efficiency is important in any Digital Earth application making these calculations. In this paper, a real-time algorithm for viewshed analysis in 3D scenes is presented by using the parallel computing capabilities of a graphics processing unit (GPU). In contrast to traditional algorithms based on line-of-sight, this algorithm runs completely within the programmable 3D visualization pipeline to render 3D terrains with viewshed analysis. The most important difference is its integration of the viewshed calculation with the rendering module. Invisible areas are rendered as shadows in the 3D scene. The algorithm process is paralleled by rasterizer units in the graphics card and by vertex and pixel shaders executed on the GPU. We have implemented this method in our 3D Digital Earth system with the DirectX 9.0c API and tested on some consumer-level PC platforms with interactive frame-rates and high image quality. Our algorithm has been widely used in related systems based on Digital Earth.     

Total 3D‐viewshed Map: Quantifying the Visible Volume in Digital Elevation Models

The 3D perception of the human eye is more impressive in irregular land surfaces than in flat land surfaces. The quantification of this perception would be very useful in many applications. This article presents the first approach to determining the visible volume, which we call the 3D‐viewshed, in each and all the points of a DEM (Digital Elevation Model). Most previous visibility algorithms in GIS (Geographic Information Systems) are based on the concept of a 2D‐viewshed, which determines the number of points that can be seen from an observer in a DEM. Extending such a 2D‐viewshed to 3D space, then to all the DEM‐points, is too expensive computationally since the viewshed computation per se is costly. In this work, we propose the first approach to compute a new visibility metric that quantifies the visible volume from every point of a DEM. In particular, we developed an efficient algorithm with a high data and calculation re‐utilization. This article presents the first total‐3D‐viewshed maps together with validation results and comparative analysis. Using our highly scalable parallel algorithm to compute the total‐3D‐viewshed of a DEM with 4 million points on a Xeon Processor E5‐2698 takes only 1.3 minutes.     

基于参考面的可视域算法

与传统基于视线的可视域算法相比，该算法不需进行DEM内插，无冗余计算，计算时间和视点位置与可视域面积无关，受DEM区域影响不大。     

一种用于三维城市建筑物的可视域分析算法

作为3DGIS的一种空间分析方法,可视域分析在城市规划、军事和考古等方面有着广泛的应用,其实现则主要基于点对点的通视分析。本文基于多数城市建筑物外形相对规则的特点,提取建筑物的最小矩形包围盒,基于视点位置得到每个模型的可视面角点和视点构成锥体,通过计算其他锥体底面在某一锥体底面所在平面上的投影区和该锥体底面多边形的差集得到每个模型的可视面,避免通过计算建筑物模型每个点的通视性得到建筑物的可视域,以减少计算量,提高计算效率,最后的实现效果证明了本文算法的可行性和有效性。     

Delaunay三角形构网的分治扫描线算法

Delaunay三角网作为一种主要的DTM表示法,具有极其广泛的用途。基于分治算法和逐点插入法的合成算法是目前研究较多的用于生成Delaunay三角网的合成算法。简要介绍和评价扫描线算法和分治算法后,提出一种新的基于这两种算法的合成算法。该方法兼顾空间与时间性能,稳定性较高,分别较扫描线算法和分治算法,运行效率和鲁棒性更优。     

地形特征约束下的失真DEM修复方法

数字高程模型（DEM）在描述地形时会存在一定程度的失真现象,对失真DEM进行修复可以有效地提高其精度及保真度。本文针对DEM在描述规则地形时存在的失真现象,提出了用地形特征约束失真DEM形态结构的失真修复方法,以规则地形中的平地结构地形为例,进行了失真修复试验。首先根据地形特征确定平地地形的DEM应为平面结构,再采用最小二乘法（LS）及随机抽样一致性算法（RANSAC）对其平面方程进行参数估计,进而得到修复的DEM数据。试验结果表明,本文所提的修复方法有效可行,修复后的DEM数据不仅提高了精度,还能充分地反映原地形的地形特征。两种修复算法的修复能力相接近,当存在大量格网点时,都能达到很好的修复效果,但RANSAC更能适应高程异常的情况,鲁棒性更好。     

捷联式陀螺寻北系统两种解析寻北算法的比较与仿真

针对捷联式陀螺寻北倾斜误差补偿,对坐标变换法和矢量法两种解析调平算法进行推导,修正参考文献中有关矢量解析调平算法的错误;给出两种形式不同但寻北结果相同的解析调平解算公式,并对两种算法的寻北精度进行比较,仿真与试验结果表明了两种解析调平算法的正确性。     

利用ATSR—2数据提取地表组分温度

发展了一种迭代算法，能够利用ATSR－2双角观测同时进行大气校正和反演地表的组分（植被和土壤）温度。在算法中，全球通用二次方（QUAD）算法用于进行大气校正，LSF模型用于计算等效方向发射率，通过迭代的方法，同时反演地表组分温度和进行大气校正。结果表明，在可接受的范围内，土壤温度和植被温度可以被分离开来，而且，反演出的两个方向发射率的差和经过大气校正后的两个方向亮温的差有很好的相关性。更进一步的敏感性和不确定性分析表明，如果利用USM进行分阶段反演，可以得到更好的结果。     

GNSS+INS组合定位在矿山无人驾驶卡车的应用

面向矿山无人驾驶卡车场景,针对GNSS定位不连续且容易被干扰、INS存在累计误差的缺点,本文提出了一种基于GNSS+INS组合的导航算法,该算法融合了两种算法的优点,提高了定位的精度和可靠性。分别将RTK算法和组合导航算法结果与开源软件RTKLIB和NovAtel板载输出结果对比。试验结果表明,本文算法在精度上与NovAtel板载输出结果基本持平,明显优于RTKLIB软件。本文算法平面和高程误差均值及STD均优于5 cm,姿态误差均值和STD优于1°,可以满足矿用无人驾驶卡车的定位精度需求。