球面离散六角格网系统中实体表达模型研究

球面离散格网系统作为一种新的数字地球参考模型,能够满足对地理空间数据的高效管理和应用需求。本文主要研究了球面离散六角格网系统中点状、线状和面状3类空间实体的表达模型,并结合面状实体的空间连续特性,利用格元之间的层次关系和邻近关系,提出层次关系邻近指数的概念,对面状实体表达模型进行优化。实验结果表明,相对于直接存储格元地址码的方式,经过优化的模型能够节省约60%的存储空间。     

面向越野路径规划的多层次六角格网通行模型EI北大核心CSCD

针对大规模越野环境中规划路径效率低下的问题,本文提出了一种面向越野路径规划的多层次六角格网通行模型,该模型能在缩减格网数据规模、保持规划路径合理性的同时,提升路径规划算法的执行效率。本文首先以六角格网单元为基础,设计通行能力量化规则,赋予每个格网相应的通行能力,构建普通六角格网通行模型;然后,建立多层次格网压缩规则,对通行模型中通行能力相似的邻接格网进行合并及重构格网邻接关系,生成含有不同层次格网的通行模型;最后,针对本文提出的多层次六角格网通行模型,设计了考虑坡度和地表覆盖要素的启发函数,进一步对A*路径规划算法进行了优化。试验表明,本文提出的多层次六角格网通行模型相较于普通六角格网通行模型,格网数量缩减了53.75%,路径规划所需时间降低了57%。     

六角格网坐标系统中的空间关系及算法

空间关系是空间数据组织、查询、分析、推理的基础。六角格网单元由顶点、边、面3种基本图元组成,由于通常采用六角格来量化战场环境信息,兵棋棋盘中战场环境实体的空间关系表现为六角格基本图元间的空间关系。本文概述了常见的六角格网坐标系统,根据六角格网中基本图元的平均计数,设计了坐标编码,为六角格数据存储冗余问题的解决、空间关系算法的实现奠定了数学基础。从拓扑关系、方位关系和度量关系3个方面,介绍了类直角六角格网坐标系统下基本图元间空间关系及其算法。     

利用“L-R”剖分及三角形聚合的近似等面积菱形格网建模

球面菱形格网因其几何结构简单、方向一致、径向对称等特性,在空间操作和数据集成方面有着广泛的应用。本文基于“纬线环法”构建了球面四元三角剖分模型,分析了该方法带来的格网单元面积变形及其位置分布,发现该模型的三角单元面积变形具有“锯齿状”分布特征,即相邻的上下两个格网单元总是一大一小交替分布,而且变形方向一致。据此通过合并上下两个相邻三角形格网单元,构建了一种近似等面积的菱形剖分模型。结果表明,相比较于其他球面菱形格网生成方法,该方法计算简单、格网单元方向一致（长轴沿南北向分布）;同时,格网单元的面积变形更小、分布更加均匀。     

三维空间格网的多尺度整数编码与数据索引方法

本文针对三维空间索引方法存在的问题,提出了一种适用于三维空间格网化区域的多尺度整数编码与索引方法。该方法利用整数对由规则格网划分的空间区域进行统一编码,形成了一种包含格网大小关系和格网尺度变化的树状结构,体现了不同尺度格网之间的包含/被包含、相邻等空间关系,最终实现了对多种尺度格网的统一整数编码化处理。在此基础上,还研究了层级运算、编码与格网坐标转换运算、父单元查询和子单元查询等基本运算方法,并与Oracle Spatial的三维R树索引进行比较,设计了对比试验。结果表明,三维空间格网的多尺度整数编码在数据导入、索引建立及区域查询三个方面均优于Oracle Spatial的三维R树索引方法,其效率分别提高了约2倍、46倍和4倍。     

球面三角格网单元面积的分形计算

球面三角格网是一种多用途的全球离散格网,是数字地球领域空间信息表达的一种有效方案。针对球面三角格网单元面积计算的一般方法准确度不高的问题,提出一种面积计算的分形方法。在同一剖分层中,把球面三角格网重新编码为0或1,计算相同编码的格网单元的面积,拟合多重分形的面积计算函数,以此作为球面三角格网的面积计算模型。用相对中误差计算该模型的准确度,并用算例进行验证。结果显示,随着多重分形的次数增加,格网单元的面积计算准确度变高,面积计算准确度是可控的。     

兵棋棋盘生成方法研究与实现

兵棋是作战研究与指挥训练的重要工具,兵棋推演对提高指挥员作战指挥技能和谋略具有重要意义。兵棋棋盘是兵棋的重要组成部分,是对战场地理空间环境的描述与表达。在计算机辅助兵棋系统中,兵棋棋盘制作采用人工采集、编辑、设计的方法,制作成本高、周期长。文中基于矢量地图数据,从六角格网兵棋棋盘的数学基础、线状要素移位生成算法、面状要素处理算法3个方面,对快速生成兵棋棋盘的方法进行了研究。并对该算法进行了验证。     

球面菱形离散格网正二十面体剖分法

基于菱形单元的球面离散格网具有结构简单和方向性一致等优点,使得其适用于全球多尺度空间数据建模与分析.本文提出一种球面菱形离散格网正二十面体剖分法.首先根据地球的主要地理特征确定正二十面体各个顶点在球面上的位置;其次针对南北两极处的极点奇异性,建立了球面经纬度坐标与三维直角坐标之间的转换关系,在此基础上提出球面菱形离散格网层次递归剖分算法,并从菱形格网单元面积、长短轴比两方面对剖分结果进行几何形变分析;最后验证了本文方法的可行性,试验结果表明,该方法可有效地构建基于正二十面体的球面菱形离散格网,其总体几何特性明显优于基于正八面体构建的球面菱形离散格网.     

利用骨架线端点匹配进行面状要素渐变变换

面向空间数据连续地图综合问题,提出了一种基于骨架线端点匹配的面状要素渐变方法,通过在两个关键表达之间进行尺度内插,实时、动态地派生任意中间比例尺地图数据。首先,对面状要素在大小比例尺下的两重表达分别进行约束Delaunay三角网剖分并提取各自的骨架线特征;然后,使用最优子序双射优化技术对骨架端点进行匹配获得多边形边界上相对应的特征点序列;最后,在剖分边界的基础上进行分段常规线性内插,获得面状要素介于始末尺度之间的多尺度表达。实验结果表明,该算法充分顾及了空间数据弯曲结构特征,对于光滑边界面状要素的渐变变换具有良好的渐变效果,可用于空间数据的连续地图综合和多尺度表达。     

面状居民地Morphing变换的转向角函数法

提出了一种基于转向角函数的面状居民地morphing方法。针对同名居民地实体在两个不同比例尺下的表达,将传统矢量GIS的坐标串表达形式转为转向角函数表达形式,基于转向角函数分析多边形边特征在不同比例尺下的共性与差异,融合得到了任意中间比例尺下的多边形的转向角函数,最后将中间比例尺下的转向角函数还原为矢量坐标串形式,获得多边形在对应尺度的中间插值形状。试验证明,本文提出的基于转向角函数的面状居民地morphing方法对面状居民地多边形具有较好的适应性,能在保持直角化边界特征的前提下实现连续地图综合与多尺度表达。     

基于EQG的WGS-84椭球面等面积格网剖分模型

针对目前等面积全球离散格网模型的不足,提出一种新的等面积椭球面四叉树格网剖分模型,并以WGS-84椭球体为空间基准,阐述该格网的剖分原理及节点坐标计算方法,并对不同层次格网的几何变形进行分析。结果表明:所得格网单元均匀,面积相等,且具有层次性、嵌套性、易于多分辨率的建模等特点。     

混合式球面退化剖分模型的设计与编码

为了解决球面退化四叉树格网(DQG)模型孔径较大、格网单元面积分布不均匀以及三角格网单元应用不完全四叉树剖分的问题,通过控制单元面积的思路设计了一种格网单元孔径更小、分布更均匀的四边形(中低纬地区)与三角形(高纬地区)的混合格网模型——混合式球面退化格网模型(MSDG);并对所有格网单元利用四叉树进行编码。通过对格网单元的几何属性统计分析发现,该格网模型的几何属性与DQG模型相比,其单元面积变化更小、分布更加均匀稳定。     

基于WGS-84椭球面的退化四叉树经纬线格网剖分

针对数字地球的发展和解决全球问题的需求,给出了一种基于WGS-84椭球面的全球离散格网剖分方法——退化四叉树经纬线格网;分析了格网剖分的特点,明确了格网单元行列定义和经纬度坐标;计算出不同剖分层次格网单元面积、边长的变化情况并与基于正球面的剖分进行了对比。结果表明该格网系统具有粒度相对均匀性、层次嵌套性、方向一致性、地理条带性和对称性、广泛数据兼容性等许多优良特征,对构建全球地理信息系统具有一定的实用价值。     

一种基于六角格的越野通行方法

为了解决车辆的越野路径规划问题,分析了影响车辆越野通行的主要影响因子,提出了采用六角格网为基础格网量化地形的数据模型,研究了六角格网的空间数据结构及六角格网属性信息的建模过程。对影响车辆越野通行的影响因素进行了分类分析,重点研究了地形、道路、坡度等对车辆通行等级的影响,并且提出了多因子综合分析方法,建立了多因子综合作用下的越野机动通行性分析模型。     

大地坐标系中多边形面积计算方法研究

面状地理实体的面积是重要地理信息之一,多边形常用来表示面状分布的地理要素。研究从CGCS 2000数字地形图数据计算多边形面积的方法。首先,基于辛普森积分公式,针对复杂多边形要素椭球面积计算改进了多边形椭球面积计算方法;其次,顾及地形起伏,提出了任意多边形要素表面积计算方法;最后,根据本文提出的方法进行试验。     

一种球面退化四叉树格网的多层次邻近搜索算法

格网单元的邻近搜索是聚类、索引、查询等空间操作的基础,但现有方法大都局限于单个剖分层次,无法直接满足全球多尺度数据集成查询和操作的应用需求。在球面退化四叉树格网（DQG）模型基础上,提出了一种基于多层次格网的邻近搜索算法。首先采用视点相关技术建立DQG格网的多层次模型,然后引入细分评价函数确定格网单元的邻近单元层次,设计并实现了一种相邻格网单元层次差不超过1的动态多层次格网单元邻近搜索算法,最后与单层次邻近搜索算法进行了对比实验。结果表明,搜索同一区域,该算法的耗时成本约为DQG单层次搜索算法的1/3（层次为11）;将该算法用于全球地形实时可视化表达,平均刷新帧率达到60帧/s。     

对等网络下自适应层级的矢量数据时空索引构建方法

时空索引是时空数据存储和管理的关键技术之一,基于空间填充曲线(space filling curve,SFC)的索引方法近年来受到了广泛关注。然而对于矢量数据,现有索引方法多侧重于空间索引的实现,难以同时顾及时间查询和空间查询的效率,且对于非点要素(线要素与面要素),确定最优的索引级别一直是难点所在。为此,本文面向对等网络环境,提出一种自适应层级的时空索引构建方法。首先提出了基于分区键和分区内排序键组合策略的时空信息联合编码,然后据此设计了点要素、非点要素的时空表达结构,最后设计了多层级树结构以构建时空索引MLS3(multi-level sphere 3),并基于地理实体时间粒度及空间密度等特征自适应确定其最优索引层级。利用轨迹(点要素)、公路(线要素)和建筑物(面要素)实际数据进行了试验。试验结果表明,相比GeoMesa提出的XZ3时空索引,本文索引方法可有效解决非点要素的时空表达及层级划分问题,在避免存储热点的同时实现更为高效的时空检索。     

计算机兵棋棋盘中坐标快速转换方法研究

兵棋是对作战过程进行逻辑推演研究和评估的重要工具,是现代作战模拟的一种重要方法和手段。兵棋的三大要素包括棋盘、棋子和规则,棋盘的经典样式就是六角格网兵棋棋盘,计算机兵棋中也常采用六角格网兵棋棋盘描述战场地形环境。推演过程中通常涉及到大量的坐标转换,因此坐标转换效率对于推演效率具有重要影响。针对经纬度坐标和六角格网编码的转换,提出了直接转换和间接转换两种坐标转换方法,分析了各自的基本转换原理,并给出了坐标转换公式,最后通过实验对两种方法的转换效率进行了分析,证实间接坐标转换法具有更高的转换效率。     

基于多点的规则格网DEM的传递误差分析

论述了利用数量不同的格网数据构建的样条函数DEM模型和Coons曲面DEM模型的传递误差不同,指出同一插值方法的DEM模型随着构建模型所用的格网数据数目的增多,传递误差增大;当格网数据数目同样多时,减弱相邻格网单元上格网数据权重比例,传递误差就会相应地减少。     

基于多点的规则格网DEM的传递误差分析

论述了利用数量不同的格网数据构建的样条函数DEM模型和Coons曲面DEM模型的传递误差不同,指出同一插值方法的DEM模型随着构建模型所用的格网数据数目的增多,传递误差增大;当格网数据数目同样多时,减弱相邻格网单元上格网数据权重比例,传递误差就会相应地减少。