论文题目: GIS中栅格数据时空数据模型及其应用的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 森林经理
作者: 陈志泊
导师: 陆守一
关键词: 栅格数据,时空数据模型,线性四叉树,时空差异分析
文献来源: 北京林业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 论文从分析空间数据的基本特征入手,指出属性、空间性、时间性是空间数据的三个要素以及三者间的不可分割性,分析了传统GIS在管理时空数据的局限性,提出了发展时态地理信息系统(TGIS)的现实性和必要性,论述了时态地理信息系统的发展历史、应用背景和发展方向。 由于TGIS的核心问题是时空数据模型的建立,所以,论文就当前国内外有关时空数据建模的研究与发展进行了综述,并对已有时空数据模型的特点和存在的问题进行了评述。由于栅格数据是GIS系统中的一种非常重要的数据结构,其数据矩阵结构形式适合描述连续变化的自然现象,因此,论文从景观变化模拟、城市动态演化、火灾蔓延、土地荒漠化扩展等多个应用领域的实际需求出发,提出了建立栅格时空数据模型的意义和必要性。 (1) 基于基态修正的思想,首次提出基于四进制的线性四叉树编码(即MQ码)压缩的GIS栅格数据的时空数据模型RD-STDM,阐述了其概念模型、逻辑模型和物理模型。 (2) 在分析目前栅格数据的常用的几种压缩方法的前提下,确定了在RD—STDM模型中采用基于四进制的线性四叉树编码(即MQ码)的压缩算法,并首次提出和实现了基于关系数据库和堆栈结构的MQ码快速压缩的思想和算法,从而为在RD-STDM模型的基础上进行栅格时空数据的管理奠定必要的基础。 (3) 为了进一步减少栅格时空数据的存储量,本文首次分别提出和研究了基于游程编码压缩的栅格数据的时空差异变化的六种类型和基于MQ码的栅格数据时空差异变化的三种类型,并给出了相应算法的实现思想。从而实现了按RD-STDM模型的思想对栅格时空数据存储管理,为进一步进行时空分析、历史回溯奠定了基础。 (4) 基于集合论的思想,首次提出了基于MQ码的栅格时空数据差异变化累加(叠加)算法的思想,分析了差异变化累加运算过程中出现的四种情况,并针对这四种情况的不同,设计和编程实现了相应的算法。从而为计算某一时刻的快照数据(Snapshot)奠定基础。 (5) 基于RD—STDM模型的思想、MQ码压缩算法、栅格时空数据差异变化算法、时空差异变化累加算法,在关系数据库SQL Server 2000上设计和实现了栅格时空数据库,在此基础上利用Visual C++开发和实现了一个栅格数据时空数据管理原型系统,以盐池县1989—2003年共3期土地利用变化栅格数据为例,对RD—STDM模型的思想和提出的相关算法进行了验证分析,结果表明,RD—STDM模型的思想和相关算法是正确的,达到了预期的设计目标,完全胜任栅格时空数据的存储、管理、分析、输出等任务。 (6) 此外,还讨论了RD—STDM模型与GIS、CA模型集成的一些基本思想。
论文目录:
摘要
Abstract
1 引言
1．1 空间数据的时空特征
1．2 时态地理信息系统TGIS及其发展
1．3 时空数据模型的发展
1．3．1 时空数据模型的研究历史与现状
1．3．2 几种典型的时空数据模型分析
1．3．3 时空数据模型的研究特点
1．4 GIS栅格数据及其应用
1．4．1 GIS系统的矢量数据与栅格数据
1．4．2 GIS栅格数据与土壤侵蚀模型的集成与应用
1．4．3 GIS栅格数据与元胞自动机模型的集成与应用
1．4．3．1 GIS栅格数据与CA模型集成在模拟和预测城市时空演化中的应用
1．4．3．2 GIS栅格数据与CA模型集成在景观动态模拟方面的应用
1．4．3．3 GIS栅格数据与CA模型集成在土地利用／荒漠化方面的应用
1．4．4 GIS栅格数据与火灾蔓延模型的集成与应用
1．5 论文研究的目的和意义
1．6 论文的主要研究内容
2 时空建模基础
2．1 数据模型与空间数据模型
2．2 GIS数据建模
2．3 时空概念框架
2．3．1 时间的概念与表示结构
2．3．2 微粒和记时单位
2．3．3 时间标记
2．3．4 事件和状态
2．3．5 实际时间和数据库时间
2．3．6 时间标记方式
2．4 现有GIS概念模型存在的问题
2．5 时空变化类型
3 基于GIS栅格数据的时空数据模型(RD—STDM)
3．1 GIS栅格数据的常用压缩方法分析
3．2 基于GIS栅格数据的时空数据模型(RD—STDM)
3．2．1 RD—STDM的设计思想与概念模型
3．2．2 RD—STDM的数据结构
3．2．3 基于RD—STDM模型的时空数据库设计
4 基于RD—STDM模型的实现技术关键和算法设计
4．1 栅格数据文件读入
4．1．1 基图栅格数据文件读入总体流程
4．1．2 非基图栅格数据文件读入流程
4．2 基于MQ码的栅格数据压缩算法的设计与实现
4．2．1 基于关系数据库的栅格数据压缩算法
4．2．2 基于堆栈的栅格数据压缩算法
4．3 栅格数据时空差异分析
4．3．1 基于游程编码压缩方法的栅格数据差异分析算法
4．3．2 基于MQ码压缩方法的栅格数据差异分析和快照还原
4．3．2．1 基于MQ码压缩方法的栅格数据差异分析算法思想
4．3．2．2 基于MQ码压缩方法的栅格数据差异分析算法实现
4．4 基于RD—STDM模型的时空差异累加算法与实现
4．4．1 基于RD—STDM模型的时空差异累加算法
4．4．2 基于RD—STDM模型的时空差异累加算法实现
4．5 基于RD—STDM模型的栅格图的快照还原(计算Snapshot)
4．6 基于RD-STDM模型的时空数据插入、删除操作
4．6．1 时空数据插入
4．6．2 时空数据删除
4．7 基于RD-STDM模型的时空查询与统计分析
5 栅格时空数据模型RD—STDM、GIS及CA模型的集成
5．1 GIS和CA模型的集成
5．2 RD—STDM与GIS、CA模型的集成
6 应用案例与分析
6．1 系统开发环境与工具
6．2 实验数据获取及栅格化
6．3 研究地区概况及土地利用类型
6．4 系统功能结构与主界面
6．5 时空数据管理的初始化
6．6 不同时期的栅格ASCⅡ文件读入时空数据库
6．6．1 导入基图文件
6．6．2 导入非基图文件
6．7 时空差异分析查询与相关算法验证
6．7．1 快照查询与快照还原算法的正确性验证
6．7．2 相邻两期指定属性差异变化查询与验证
6．7．3 两期数据指定属性差异变化的查询运算与验证
6．7．4 相邻两期指定属性变化历史的查询运算与验证
6．7．5 指定属性时空查询运算与验证
6．8 数据管理模块
6．8．1 插入数据
6．8．2 删除数据
6．9 地图操作模块
7 结论与建议
参考文献
个人简介
导师简介
致谢
发布时间: 2005-07-12
参考文献
- [1].基于智方体的地理时空栅格数据模型化研究[D]. 黄祥志.浙江大学2015
- [2].全球大规模虚拟地理环境构建关键技术研究[D]. 蒋杰.国防科学技术大学2010
- [3].空间数据多尺度建模关键技术研究[D]. 马伯宁.国防科学技术大学2014