等高线与水网数据集成中的匹配及一致性改正

等高线作为地势起伏与地形凹凸特征的表达,与水网表达有着密切的约束关系。在空间数据库集成与匹配中,由于来源不同,这两种数据往往出现不一致,导致水网"爬坡"现象。针对该问题提出一种等高线与水网匹配及一致性改正方法,利用Delaunay三角网模型在等高线基础上通过弯曲分析提取地形特征,基于河流分布与谷地走势的相关性,建立水网与等高线间的匹配关系,进而识别两者间的一致性。在此基础上利用仿射变换等几何方法完成一致化操作,包括水网移位匹配等高线和等高线移位匹配水网。     

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。     

多尺度等高线簇拓扑关系定量表达方法研究

等高线拓扑关系定量表达对空间认知、地形特征挖掘、地图综合等至关重要。然而,已有研究多针对等高线树的生成及综合算法,缺乏等高线拓扑关系及其与尺度变化关系的定量表达,不同地貌类型其变化规律是否一致仍未知。为此,通过分带与投影转换、非闭合等高线拓扑检查与闭合及有向等高线树的构建等,发展了一种等高线拓扑关系定量表达方法。采用高山、中山、平原地貌60组多尺度等高线数据集,探究不同地貌类型的多尺度等高线拓扑指标及其随尺度变化规律的一致性。试验结果表明,相邻尺度等高线拓扑指标变化规律符合空间认知与推理,不同地貌类型多尺度等高线拓扑指标与尺度变化间关系可用同一个幂函数定量表达,该结论为基于多尺度空间相似关系等高线全自动综合的实现提供了理论支撑。     

根据地性线绘制等高线的研究

根据地形特征点和地性线绘制等高线是测绘大比例尺地形图等高线的主要方法,本文在分析现有自动绘制等高线方法的基础上,提出了一种根据地性线及其拓扑关系直接求取和跟踪等高线的方法。针对利用各种传统曲线光滑算法所绘相邻等高线间常常出现不协调现象的缺点,首次提出并详细讨论了相邻等高线通过点间的抛物线双向加权平均光滑算法。大量实践表明,利用本文所提出的跟踪和光滑方法所绘等高线的光滑性和协调性是令人满意的。     

根据地性绘制等高线的研究

根据地形特征点和地性线绘制等高线是测绘大比例尺地形图等高线的主要方法,本文在分析现有自动绘制等高线方法的基础上,提出了一种根据地性线是其拓扑关系直接求取和跟踪等高线的方法。针对利用各种传统曲线光滑算法所绘高邻等高线间常常出现不协调现象的缺点,首次提出并详细讨论了相邻等高线通过点间的抛物线双向加权平均光滑算法。大量实践表明,利用本文所提出的跟踪和光滑方法所绘等高线的光滑性和协调性是令人满意的。     

基于约束D-TIN的等高线簇与河网协同综合方法

传统制图综合中针对水系、地貌等不同地理要素的分治策略,往往导致综合后要素目标之间在空间与语义上的冲突.考虑地形与河流之间的空间依赖性,提出一种等高线簇与河网协同的制图综合方法,即利用两种要素目标顶点在约束D-TIN描述下的空间邻近关系,并通过提取和组织谷地等高线弯曲段数据,构建两要素有效协同关系.在此基础上将等高线按所...     

等高线空间关系研究

地形图上等高线相互之间的空间关系是人们分析地形的重要依据,也是利用GIS模拟地形图认知能力的一个重要出发点在利用计算机模拟人们判读地形图的过程中面临的一个关键问题是：如何在计算机环境下有效地描述、表达及计算等高线空间关系,本文从空间认知的需求出发,在等高线空间关系分类的基础上,利用图论中的树结构(等高线树)形式化表达等高线空间关系,在Voronoi邻近的基础上建立了计算机可执行的等高线空间关系计算方法。     

顾及几何特征相似性的多源等高线匹配方法

已有的多源等高线匹配方法主要基于等高线拓扑关系构建以及基于空间欧氏距离的相似性度量,缺少对等高线几何形态相似性的考虑,在等高线密集区域、图幅边界区域以及地形变化剧烈区域易产生误匹配情况。为此,本文提出一种基于几何特征相似性的由粗匹配到精匹配的多源等高线匹配策略。提出顾及局部特性的基于节点曲率以及法向量与横坐标轴夹角的混合特征描述测度,将等高线点序列转化为几何形态特征描述序列,引入最长公共子序列算法,量化计算多源等高线数据之间的相似程度,并依据相似度实现同名等高线匹配。利用模拟数据和真实数据对本文方法的可靠性和运行效率进行验证,试验证明,本文提出的匹配策略顾及了等高线空间位置特征和几何形态特征,能够保证较高的匹配精度和运行效率,并具有较好的适用范围。     

一种基于等高线的地形特征线提取方法

地形特征包括地形特征点和特征线,是进行地貌分析与处理的基本对象,也是地貌结构化综合的重要内容。提出并实现了一种新的等高线特征提取方法。该方法通过对等高线进行凹凸段划分,获得等高线特征段(包括凹段和凸段,分别对应山谷和山脊),利用最大角作为约束条件,利用特征段的边作为约束边对所有特征段构建约束型Delaunay三角网。然后,获取特征段CDT的骨架线作为局部特征段的地形特征线树,并将每棵地形特征线树的叶节点作为相应特征段上的特征点。最后,利用特征段及其CDT对特征点进行匹配,完成地形特征线的追踪,生成地形特征线。     

基于Delaunay三角网模型的等高线地形特征提取及谷地树结构化组织

基于Delaunay三角网模型在矢量等高线基础上通过弯曲特征分析，给出了一种地形结构特征提取及谷地树组织的方法，与传统的基于DEM或TIN数据结构提取地形特征的方法相比，该方法不仅得到了谷地系统在平面图上的拓扑结构，还获得了河谷在空间分布上的汇水范围，依托矢量线、多边形的几何关系判断，增强了谷地树组织中的结构化，避免了DEM方法中的噪音干扰，方法的核心是Delaunay三角网在单根等高线弯曲深度表达上的层次结构识别。基于系统地实验详细讨论了3种树的结构化组织：等高线弯曲特征嵌套结构表达的二叉树、谷地系统拓扑关系表达的平面结构树、水文意义上主支流河谷表达的语义层次树。     

Detection and correction of inconsistencies between river networks and contour data by spatial constraint knowledge

In the representation of topographic data, the distribution of hydrographic networks should be constrained by the contour model’s landform features. During the integration of topographic databases, however, spatial conflicts may destroy these constraints, generating inconsistencies. This study presents a method to detect and correct inconsistencies between river networks and contour data by spatial knowledge. First, structured terrain features are extracted from the contour-based geometric representation and matching relationships between rivers and contours are constructed based on spatial knowledge of the distribution of rivers and talwegs. We then propose a distance metric for measuring differences and identifying inconsistencies between the matched river and contour features. Three correction approaches are provided for different inconsistency situations, including river adjustment referenced to the contour, contour adjustment referenced to the river and adjustment of both river and contour to middle positions. We apply the proposed method to the integration and maintenance of national topographic infrastructure in order to demonstrate its effectiveness.     

基于相似距离和等高线树的等高线聚类及其应用

通过形状匹配技术以获取等高线之间的相似程度,通过构建等高线树以获得等高线之间的邻近程度,然后将邻近的且形态相似的等高线实施聚类,实验结果表明聚类结果正确可靠。在获得聚类结果的基础上,还对等高线图进行了地形特征提取和数据压缩。     

地图水系综合中等高线簇与河网协同的汇水区域提取方法

在地图水系自动综合中河流选取需要建立对不同河流重要性程度的有效判别。由于河流汇水区域直接反映河流的作用空间,因而其面积大小成为关键性的量化指标。目前基于河流的汇水区域自动提取方法主要从河流单一要素出发,按“空间均衡竞争”思想平分河流之间的区域,由于未考虑地形因素使得提取的汇水区域往往存在偏差,而传统基于DEM的汇水区域提取虽然考虑了地形,但没有与河流目标建立显性的对应关系。河流是一种天然的沟谷地性线,与山脊线具有对生互补的空间耦合关系,本文提出了一种等高线簇与河网双要素协同的河流汇水区域提取方法,该方法对河流与等高线的目标集合构建约束Delaunay三角网(CD-TIN)并将三角形分类,对不同类型的三角形分别采用骨架线提取规则与梯度向量引导的分水线搜索规则提取分水线段,连接形成网络结构并依此计算各河段的汇水区域。实验结果表明,本算法能更准确地提取河流汇水区域,从而为河流综合选取提供有效支持。     

一种线面组合的水下地形匹配算法

针对当前面匹配算法中采用Hu矩描述海底地形特征时存在细节辨识能力差而导致定位精度较低等问题,提出了一种线面组合的水下地形匹配算法。首先,引入经典TERCOM算法作为线匹配算法,改进其相似性度量方法和匹配区的搜索策略;然后,构造一种基于几何相似性的面匹配算子,用于在地形基准图中选取实测地形模型面的最优匹配;最后,设计一种基于固定阈值的线面算子的组合策略,实现水下地形匹配定位。试验结果表明,相比基于Hu矩的地形匹配算法,本文所提线面组合算法的定位精度明显提高,且稳健性更强。     

基于轮廓的侧扫声呐图像配准

针对侧扫声呐图像存在局部畸变,导致共视目标不一致的问题,本文提出了一种基于轮廓的侧扫声呐图像配准方法。首先提取图像中目标轮廓并计算每个轮廓点的环境上下文描述,以环境上下文的χ²检验统计量作为代价函数;然后通过使得所有匹配点对的代价和最小,获得轮廓点的对应关系;最后使用正则化的薄板样条函数对图像变换关系求解,建立轮廓内部像素的对应关系。试验结果表明,本文方法能够较好地保证共视目标的一致性,具有一定的借鉴价值。     

无线电高度与数字地图辅助导航算法研究

无线电高度表和数字地图的组合构成地形轮廓匹配 (TERCOM )辅助导航系统 ,它是一种飞行导航定位的重要手段 ,由于地形辅助导航不依赖卫星导航系统、不受外界干扰、具有自主导航的功能 ,故近年来获得了迅速发展。本文对传统的地形匹配算法进行了如下改进 :利用实测高程序列和预测高程序列与基准图分别进行匹配 ,对飞行器进行实时定位并对下一时刻的航迹进行预测 ;利用递推和分层匹配策略提高配准效率 ;利用多判据组合匹配提高定位的可靠性。根据本文所提出的数学模型 ,并用外场飞行数据进行了匹配测试 ,结果证明该方法提高了地形轮廓匹配的可靠性和精度 ,取得了很好的效果。