基于超图的海底地形分析和特征提取

摘要

当代社会对海洋的研究利用开发已成为热点，如何认识海洋地形地貌是其重大基础性课题。相对于陆地，海底是一个广袤而陌生的新领域。地理信息系统是有关空间地理信息采集、管理、分析、表达与应用的跨学科的综合性新型学科。如何从现有海洋测绘技术所获取的原始空间数据和历史遗存各种描述性资料准确分析，实现从计算机的角度理解海底地形，还原准确的三维地理空间模型是具有很强理论技术挑战性的任务。 概括来说，海洋地理信息系统(MarineGIS)的建立有以下几个方面的难点：1、空间数据和属性数据关联的不确定性，2、海量数据，3、数据多分辨率等，这些给现行传统GIS从理论到技术都提出了挑战。 超图(Hypergraph)是图的更一般形式，它提出基于有限集合构建边和顶点，由对偶超图可得出顶点和边可互换的概念，基于超图的数据结构(HypergraphBasedDataStructure，HBDS)理论提出层次和非层次关系、超关系等。这为建立海洋三维数据模型、解决海洋GIS问题提供了可能。 本文是“一种基于超图(Hypergraph)方法的海洋三维模型”自然科学基金项目的一部分，在研究前一阶段已经提出的概念逻辑模型的基础上，进一步分析海底地形，探讨其中的超关系规则，对局部区域构建地形超图对象；同时，为更好的理解海底地形，提出了基于特征点邻域逻辑图关系和特征线邻域基于超关系的特征提取思想，做了具体相关的地形特征提取程序开发，探讨新的更好的特征提取方法和为超图模型的物理实现和超图空间数据库做准备工作。 最后，对进一步的研究方向如利用数学形态学、多分辨率结合提取地形特征，基于超图的空间数据挖掘等进行了简要的讨论，为后续研究工作继续准备。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1研究背景和问题的提出

1.1.1海洋的重要性与海底地貌的复杂性

1.1.2数字地球与地理信息系统概述

1.1.3海洋测绘与海底地形测量

1.1.4课题的提出

1.2论文研究内容和意义

1.2.1论文研究的内容

1.2.2论文研究的意义

本章小结

第2章超图、超图数据结构和海洋超图的概念与逻辑模型

2.1超图

2.1.1超图的基本概念

2.1.2超图的表示

2.2超图数据结构(Hypergraph Based Data Structure，HBDS)

2.2.1 HBDS层次结构

2.2.2 HBDS非层次结构

2.2.3超类、超连接、多连接和超多连接

2.2.4超图应用概述

2.2.5基于超图的对象模型概述

2.3海洋超图的概念模型

2.4海洋超图的逻辑模型

本章小结

第3章海洋概况与基于超图的海底地形分析

3.1海洋地貌及其成因简述

3.2海岸和海底地貌

3.3基于超图的海底地形分析

3.3.1超图的非层次关系

3.3.2基于超图的海底地形分析

3.3.3超关系组织生成地形超图对象的实现方法及其内涵

3.3.4简单地形超图对象的建立

3.3.5海洋超图对象组织存储方法探讨

本章小结

第4章应用特征点线逻辑超关系的地形特征提取

4.1数字地形模型和数字高程模型概述

4.2地形分析、特征提取理论概述

4.3特征提取理论方法

4.3.1传统特征提取方法

4.2.2基于点线逻辑的图关系和超关系的地形特征提取思想方法

4.2.3基于点线逻辑的图关系和超关系的地形特征提取的思想方法和流程

4.4特征提取程序分析与效果展示

4.4.1按高程二阶变化及其域值判断获取候选特征点

4.4.2按坡度一阶变化及其域值判断获取候选特征点

4.4.3特征线连接过程中当前特征点下一点的判别获取

4.4.4从山脊山谷特征点按传统直接连接方式得到山脊山谷线

4.4.5按传统方式连接与阈值判断得到山脊山谷线

4.4.6基于逻辑的图关系和超关系的特征线连接提取得到山脊山谷线

4.5不同阈值下基于逻辑的点间图关系和线的超关系生成特征线的情况再图例分析

本章小结

第5章 结论与展望

5.1基于超图的海底地形分析

5.2应用逻辑超关系的地形分析、特征提取

5.3对解决海洋GIS建立过程中三个重要挑战的进一步思考

致谢

参考文献

附录A生成地形超图对象的AutoLISP程序代码

附录B 格网DEM特征提取的部分程序代码

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果