DEM地形简化技术研究

摘要

地形简化(TerrainSimplification)是解决目前存在的海量数据与计算机有限存储能力之间矛盾的有效方法，它是在保证地形整体特征精度要求的前提下最大限度的减少用于描绘地形的数据。 现有的地形简化算法很多，不同地形简化算法有其对应的地形简化指标，对于同一地形，根据不同地形简化指标所得到的简化效果并不能取得一致，为了对不同地形简化指标的优劣性(即简化效果)进行量化评定，本文基于数据独立的研究方法提出了地形简化指标的“保特征性”可信度概念。首先对数学曲面(高斯合成曲面)按一定分辨率建立模拟DEM，由高斯曲面函数的数学表达式解析得到“真实”反映格网点附近表面形状变化的“真值”，即高斯曲率；然后基于模拟DEM计算得到五个地形简化指标，对比分析这五个计算指标与解析“真值”，获取各指标的“保特征性”可信度，通过对五个地形简化指标(高程局部误差、曲面拟合、平面曲率、剖面曲率及最大向量夹角)“保特征性”可信度的对比分析，较为客观地评价了五个地形简化指标的优缺点，并给出了它们的总体研究结论：①各类地貌情况下，基于法向量的简化标准比局部误差标准、曲率标准更能准确的反映地形特征，基于曲面拟合的方法对地形特征的反映较差；②随着简化比的减小，各类地形简化指标的“保特征性”可信度呈现出较明显的线性上升变化特征；③地形简化指标的优劣性排序对地表形状和分辨率的变化不敏感，具有较强的稳定性；④同一分辨率下，各类地形简化指标在不同地貌类型下的“保特征性”可信度变化较小。 本文还基于空间向量的思想提出了一个新的地形简化指标：正交向量积模，它能有效反映栅格点所代表的局部地形单元的整体特征。为了论证正交向量积模比现有指标更能反映局部地形整体特征的论点，本文首先从理论上进行了探讨，然后，基于用高斯曲面模拟的DEM对正交向量积模与高程局部误差、曲面拟合、平面曲率、剖面曲率及最大向量夹角进行了全方位的对比分析，研究表明，在各级简化比下正交向量积模的“保特征性”可信度是最高的，且保持着较高的水平，最后通过大量实际DEM对研究结论进行了验证。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图索引、表索引、缩写词、中英文术语对照

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第一章绪论

1.1模拟地形到数字地形

1.1.1模拟地形

1.1.2数字地形

1.2地形可视化概念及其意义

1.2.1地形可视化(Terrain Visualization)概念

1.2.2地形可视化意义

1.2.3地形简化(Terrain Simplification)意义

1.3本文研究内容与论文组织

第二章地形简化技术综述

2.1概述

2.1.1基于结果形式的分类

2.1.2基于技术路线的分类

2.1.3基于处理元素的分类

2.2规则格网到TIN(Triangle Irregular Network)的简化

2.2.1规则格网DEM到TIN的简化

2.2.2 TIN到TIN的简化

2.2.3讨论和分析

2.3基于层次树数据组织的地形简化方法

2.3.1基于二叉树(BT,Binary Tree)数据组织的简化

2.3.2基于四叉树(QT,Quad Tree)数据组织的简化

2.3.3基于Morton码数据组织的简化

2.3.4讨论与分析

2.4其它地形简化方法

2.4.1基于分形维数的地形简化

2.4.2基于小波分析的地形简化

2.4.3讨论和分析

第三章DEM地形简化指标的分析研究

3.1地形简化指标(TSI,Terrain Simplification Index)概述

3.1.1地形简化指标分类

3.1.2基于局部误差

3.1.3基于曲率

3.1.4基于法向量(Normal Vector)的全局误差

3.2数据独立的实验研究方法

3.2.1实验设计及研究流程

3.2.2高斯曲面模拟DEM

3.2.3地形简化指标“真值”的选择

3.2.4“保特征性”可信度

3.3实验结果及分析

3.3.1不同地貌类型

3.3.2不同分辨率

3.4实际地形DEM验证

3.5研究结论

第四章正交向量积模

4.1地面点正交向量积模概念

4.1.1问题提出

4.1.2正交向量积模的几何定义

4.1.3正交向量积模的理论探讨

4.2正交向量积模的计算方法

4.2.1三角形面片法向量的计算

4.2.2栅格点法向量的计算

4.2.3栅格点的正交向量积模的计算

4.3实验对比分析

4.3.1“保特征性”可信度的分析

4.3.2分布特性的分析

4.3.3小结

4.4实际DEM分析

4.5讨论与分析

4.5.1对简化精度的估计

4.5.2获取地形特征点

4.5.3地貌类型分类

结束语

1本文工作总结

2论文贡献

3论文不足

4进一步的研究工作

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文及参与课题项目