基于四叉树的地形可视化研究

在分析四叉树多分辨率地形表示模型的基础上,描述基于四叉树的地形可视化基本过程。为使四叉树多分辨率地形可视化方法适应于更多的应用环境,探讨四叉树多属性节点评价函数的构造方法,通过调节评价函数中各属性评价值前的权值,使得多个属性共同影响地形简化的同时,又能保证应用环境中重要的属性信息失真最小。     

地形复杂度的多因子综合评价方法

地形复杂度指标(Terrain Complexity Index,TCI)是评价地表起伏和褶皱程度的指标,广泛应用于DEM数字地形分析、数据综合和建模、地貌分类以及DEM精度研究等领域。然而目前地形复杂度指标多数采用单一地形指标或区域统计指标,缺乏局部的复合评价指标。为此,引入多因子分析方法和局部窗口分析方法,探讨一种基于格网DEM数据的复合地形复杂度指标(Compound Terrain Complexity Index,CTCI)的建模方法。首先利用多因子评价方法选取4种局部地形因子(局部高差、局部标准差、局部褶皱度、局部全曲率),之后利用局部窗口分析方法获取各指标的计算值,最后融合4种因子得到每个格网的CTCI。在实验分析中,选取了3个典型地貌样区和1个混合地貌样区,实验结果表明:CTCI能从整体上区分不同典型地貌区的地形复杂程度,同时CTCI在局部范围与混合地貌样区的等高线的密度和变化程度有较好的吻合,表明CTCI能从整体和局部反映地表的起伏和褶皱变化,是较好的地形复杂度评价指标。     

地形信息对确定DEM适宜分辨率的影响

分辨率会直接影响基于栅格数字高程模型（DEM）的数字地形分析结果,因此在实际应用中,需要选择适宜的DEM分辨率。目前采取的基本方法,基于某种地形信息定量刻画尺度效应曲线,从而确定DEM适宜分辨率,但对于采用不同地形信息时所产生的影响尚缺乏研究。本文针对该方法中通常采用的坡度、剖面曲率、水平曲率等3 种地形信息,每种地形信息提取时,分别使用两种不同的常用算法,在3 个不同地形特征的研究区中,逐一计算其在不同分辨率下的局部方差均值,以刻画尺度效应曲线,确定相应的DEM适宜分辨率,并进行对比分析。结果表明：① 采用剖面曲率或水平曲率所得适宜分辨率结果基本相同,但采用坡度所得出的适宜分辨率结果则有明显差别,后者所得的适宜分辨率更粗;② 采用不同地形信息时,越是在平缓地形为主的研究区,所得的适宜分辨率结果越相近,在复合地形特征的研究区所得到的适宜分辨率区间均明显较宽;③ 地形属性计算时所用的算法对适宜分辨率结果的影响不明显。     

滑坡危险度评价的地形判别法

选取影响滑坡发育的坡度、坡形、坡向、坡体的相对高度和地形与地层产状的组合关系5个主要地形因素，结合三峡库区重点滑坡段(云阳-巫山)205个滑坡统计资料，利用地形判别法，对典型滑坡危险度进行评价。将各地形判别因子在区域滑坡发育上的贡献率作为评价典型滑坡危险度的评价值，利用层次分析法，建立典型滑坡危险度判别矩阵。将判别矩阵的归一化特征向量作为判别因子的权重，得到典型滑坡的危险度。通过建立典型滑坡危险度评价表，对滑坡进行有效的管理。此研究方法有效地避免了对评价因子赋值的主观性，并提出了对不同危险度等级的滑坡管理措施。     

海量三维地形数据集的流式处理

该文提出基于网络实时交互的海量三维地形数据的流式处理方案。通过一个输出恒定的动态多分辨率简化算法,对三维地形数据进行裁剪简化,实现与总数据量和视点位置无关的恒定数据量输出;在算法输出的非均匀高程矩阵上,进一步采用三维地形数据流式编码解码算法,将高程矩阵进行离散余弦变换到频率域,并根据频谱分析结果引入累进式传输编码解码,结合服务质量控制,根据客户端和网络的性能状况进行自适应调节。实验表明,流式处理方案可以根据运行平台性能提供不同质量的场景复原,达到基于网络的实时交互性能。     

基于DEM的中国地形起伏度适宜计算尺度研究

基于SRTM和ASTER DEM数据,在全国范围内选取13个实验区,在渐变尺度下计算平均起伏度变化曲线的"突变点",据此确定中国地形起伏度的适宜计算尺度;结合山地界定标准计算各实验区山地面积,并采用人工解译的山地范围对计算结果进行检验。研究结果表明:1)地形起伏度适宜计算尺度与所采用的DEM数据有关,DEM分辨率越小,地形起伏度适宜计算尺度越大;2)针对同一分辨率DEM数据,中国境内的地形起伏度适宜计算尺度随地貌特征变化而变化,但总体变化幅度不大;3)针对SRTM和ASTER DEM两种常用数据源,分别选择4.72km2和3.20km2作为地形起伏度适宜计算尺度是合理的,山地界定精度达90%以上。     

一种基于TIN的地形剖面线生成算法

在目前已有基于规则格网(Grid)生成地形剖面线的基础上，提出了一种适用于不规则三角网(TIN)的剖面线生成算法。该算法充分利用TIN中各三角形间存在的拓扑关系，实现了与剖面线相交三角形的快速搜索，大大提高了算法的执行效率。由于地形简化后的TIN仍保留三角形间的拓扑关系，该剖面线生成算法还适用于多分辨率的海量TIN数据。     

面向DEM地形复杂度分析的分形方法研究

在基于栅格DEM数据的基础上,应用分形几何学方法,采用元分维模型理论,提出一种描述DEM地形复杂度的分形分析方法,并得出分析指标———地形分维指数(TFI)。实验证明,该指标可以有效描述栅格DEM数据反映的地形变化特征,分析窗口由小到大的规律性变化反映出地貌从微观到宏观的变化情况,因此其既可以作为对栅格DEM所描述地形进行评价的坡面因子,又可以作为基于DEM的地貌类型区自动划分的参照依据。     

DEM 点位地形信息量化模型研究

针对DEM 点位, 首先应用微分几何法对其所负载的语法信息量进行测度, 其次根据地形特征点类型及地形结构特征确定其语义信息量, 然后基于信息学理论构建了DEM 点位地形信息综合量化模型。在此基础上, 以黄土丘陵沟壑区作为实验样区, 对DEM 点位地形信息量提取方法及其在地形简化中的初步实例应用进行了探讨和验证。实验结果显示, 所提出的DEM 点位地形信息量化方案可行;基于DEM 地形信息量指数的多尺度DEM 构建方案, 具有机理明确、易于实现的特点, 并通过优先保留地形骨架特征点, 可以有效减少地形失真, 从而满足不同层次的多尺度数字地形建模和表达要求。对DEM 点位地形信息进行有效量化, 为认识DEM 地形信息特征提供了一个新的切入点, 同时为多尺度数字地形建模提供理论依据与方法支持。     

山区地形开阔度的分布式模型

 地形开阔度是影响山地辐射平衡及其分量的重要地形因子,是山区散射辐射、地形反射辐射等计算的重要参数。在复杂的地形条件下,地形开阔度的计算很难用数学公式描述。 利用数字高程模型（DEM）,全面考虑了坡地自身遮蔽和周围地形相互遮蔽的影响,提出了山区地形开阔度的分布式模型和算法。以1 km×1 km分辨率的DEM数据作为地形的综合反映,计算了起伏地形下中国地形开阔度的空间分布。同时,利用100 m和1 km两个分辨率的DEM数据,从不同DEM分辨率和不同地貌类型两个方面探讨了地形开阔度的空间尺度效应,阐明了区域地形开阔度随地形地貌和空间分辨率的变化规律。所提供的山地开阔度的数据可作为基础地理数据供相关研究应用。     

基于不同算法等高线曲率的提取与分析

等高线曲率是一个重要的地形属性,反应了地形表面在水平方向的凹凸性,表达了地表物质运动的发散和汇合模式。基于安塞县县南沟小流域的矢量等高线数据和DEM,分别利用圆拟合算法（相邻三点法、间隔三点法和最小二乘法）和曲面拟合模型（E模型、S模型和Z模型）提取等高线曲率,通过对实地地形的对比分析,结果表明：（1） 在矢量等高线数据的计算结果中,三点拟合法计算结果相比最小二乘法结果差异大,对等高线曲率空间格局分布描述更准确;（2） 最小二乘法计算的结果频数分布集中程度最高,两种三点拟合法计算结果频数曲线差别微小;（3） 在栅格数字高程模型的计算结果中,基于S模型计算结果在空间格局上较E模型和Z模型的结果差别大,基于E模型的计算结果对等高线曲率描述效果更好。结果能准确说明采用不同算法计算等高线曲率的差别,对在实际数字地形分析中有重要的意义,可为等高线曲率计算提供重要参考。     

基于低空摄影高精度数字高程模型(DEM)的风沙草滩特征及稳定性评价

基于无人机低空摄影测量获取到的高分辨率数字正射影像图/数字高程模型（DOM/DEM）,选取榆林榆阳区岔河则乡附近一片较为典型的风沙草滩为研究区,分别对沙丘地形因子（坡度、地形起伏度、地表粗糙度、剖面曲率）、斑块形状指数及植被覆盖度进行提取并构建稳定性评价体系,然后利用GIS空间分析功能对该区域内的沙丘稳定性进行了评价。结果表明：（1）无人机航测以便捷高效的特点,可生成高精度地形数据并实现小尺度沙丘地形特征提取;（2）在人工飞播固沙和风沙缓慢侵蚀的双重作用下,研究区已体现出较为稳定的风沙草滩区特有地貌环境特征;（3）该区域已经拥有一定程度的抵抗力稳定性,但不具备恢复力稳定性。     

DEM resolution dependencies of terrain attributes across a landscape

This paper documents resolution dependencies in terrain analysis and describes how they vary across landform location. Six terrain attributes were evaluated as a function of DEM resolution—slope, plan curvature, profile curvature, north–south slope orientation, east–west slope orientation, and topographic wetness index. The research highlights the effect of varying spatial resolution through a spatial sampling/resampling scheme while maintaining sets of indexed sample points at various resolutions. Tested sample points therefore coincide exactly between two directly compared resolutions in terms of their location and elevation value. An unsupervised landform classification procedure based on statistical clustering algorithms was employed to define landform classes in a reproducible manner. Correlation and regression analyses identified sensitive and consistent responses for each attribute as resolution was changed, although the tested terrain attributes responded in characteristically different ways. These responses displayed distinguishable patterns among various landform classes, a conclusion that was further verified by a series of two‐sample, two‐tailed t‐tests.     

大规模地形实时绘制算法

该文提出一种适合大规模地形实时绘制的简单高效的LOD简化算法。该算法使用一种紧凑有效的规则网格表示方法,优化网格节点的数目,减少可视化过程中的计算量,降低额外内存开销。探讨该算法相关的数据组织、视域裁剪、LOD层次选择、裂缝消除、三角形化等关键问题。实验结果表明,该算法实现简单,内存开销较少,CPU耗费小,对图形卡要求低,能够在普通机器上实现大规模地形的实时漫游。     

A hybrid representation for modeling,interactive editing,and real-time visualization of terrains with volumetric features

Terrain rendering is a crucial part of many real-time applications. The easiest way to process and visualize terrain data in real time is to constrain the terrain model in several ways. This decreases the amount of data to be processed and the amount of processing power needed, but at the cost of expressivity and the ability to create complex terrains. The most popular terrain representation is a regular 2D grid, where the vertices are displaced in a third dimension by a displacement map, called a heightmap. This is the simplest way to represent terrain, and although it allows fast processing, it cannot model terrains with volumetric features. Volumetric approaches sample the 3D space by subdividing it into a 3D grid and represent the terrain as occupied voxels. They can represent volumetric features but they require computationally intensive algorithms for rendering, and their memory requirements are high. We propose a novel representation that combines the voxel and heightmap approaches, and is expressive enough to allow creating terrains with caves, overhangs, cliffs, and arches, and efficient enough to allow terrain editing, deformations, and rendering in real time.     

地形湿度指数算法误差的定量评价

地形湿度指数(TWI)能够定量指示地形对土壤湿度空间分布的控制,是一种应用广泛的地形属性.目前基于栅格DEM的TWI计算方法结果各异,因此有必要对'TWI算法进行定量评价.对TWI算法通常是应用实际DEM数据进行评价.但实际DEM中存在的数据源误差会干扰对算法误差的评价.针对该问题,本文介绍了一种用不含数据源误差的人造...     

Evaluation on the accuracy of digital elevation models

There is a growing interest in investigating the accuracy of digital elevation model (DEM). However people usually have an unbalanced view on DEM errors. They emphasize DEM sampling errors, but ignore the impact of DEM resolution and terrain roughness on the accuracy of terrain representation. This research puts forward the concept of DEM terrain representation error (Et) and then investigates the generation, factors, measurement and simulation of DEM terrain representation errors. A multi-resolution and multi-relief comparative approach is used as the major methodology in this research. The experiment reveals a quantitative relationship between the error and the variation of resolution and terrain roughness at a global level. Root mean square error (RMS Et) is regressed against surface profile curvature (V) and DEM resolution (R) at 10 resolution levels. It is found that the RMS Et may be expressed as RMS Et = (0.0061 × V+ 0.0052) × R - 0.022 × V + 0.2415. This result may be very useful in forecasting DEM accuracy, as well as in determining the DEM resolution related to the accuracy requirement of particular application.     

Evaluation on the accuracy of digital elevation models

1 IntroductionDigital elevation model (DEM) is digital representation of relief. It is one of the most important components in the database of GIS. At present, DEM is playing a key role in the field of survey and mapping, remote sensing and almost all the terrain related geographical analyses. DEM can be grouped into regular grids (raster) and triangulated irregular networks (TIN). Both have their advantages and disadvantages in application. It is generally believed that grid DEM will …