基于地理空间信息网格的全球空间数据管理与渲染的关键技术研究

论文摘要

长期以来,测绘始终面临着这样一些问题:地理空间信息利用率不高;各部门建立的GIS难以实现数据共享和互操作:真正意义上的空间数据在全球,乃至大范围的无缝无法实现等等。本文在空间信息网格的基础上,研究基于地心坐标系和地球椭球面的地理空间信息多级网格体系结构的构建技术,使得地理空间数据能够更好地满足网格环境下的信息保障要求。具体的研究工作主要包括以下几个方面:（1）根据目前已有的网格划分方案的优缺点及地图投影的特点,提出了一种新的地理空间信息网格划分方案:混合式全球网格划分方案。并详细的阐述了网格的编码策略及存储方式,并给出了网格编码与地理坐标之间的相互转换方法。（2）研究将按地图投影、比例尺和分幅编号存储的现有4D数据产品转换到基于地理空间信息网格的可变比例尺的多源地理空间数据的理论、技术与方法。针对数据的转换过程,主要探讨了数据的预处理、数据的划分方案以及数据分辨率的转换。（3）通过对全球地理空间数据的管理方案的研究。对数据的访问、更新与存储的过程作了详细的介绍。针对数据的存储,提出了两种不同的数据存储模型:文件/数据库。根据应用需求的不同,提出了两种不同的文件索引方案,便于数据快速的更新存储。（4）并进一步研究了基于计算网格的文件管理系统,通过计算机集群存储海量数据,满足网络环境下大规模用户的并发访问。（5）通过对现有技术的研究和分析,确定了全球地理空间数据渲染所用的正确坐标系、通过多线程调用可视范围内的数据、应用顶点着色器来渲染地形,充分的利用了CPU“多核”处理器和GPU浮点计算能力和光栅通道访问纹理功能,提高了渲染速度。应用恒定帧技术,使系统运行时保证恒定帧率,更加符合用户的需求。（6）在上述研究工作的基础之上,利用Visual C++、OpenGL等工具开发了基于地理空间信息网格的地理信息系统,从而验证了本文提出的地理信息网格及相关数据管理与渲染技术的正确性,并用图片展示了系统的部分实验效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 关于网格应用的研究
• 1.2.2 关于地理空间信息网格划分的研究
• 1.2.3 关于地理空间数据存储管理的研究
• 1.2.4 关于全球地理空间数据可视化系统的研究
• 1.3 论文研究的目的和内容
• 1.4 论文的框架结构
• 第二章 全球地理信息网格划分方法
• 2.1 全球地理信息网格划分方法综述
• 2.2 基于多面体的全球离散网格划分
• 2.2.1 球面六边形网格划分方案
• 2.2.2 分级三角网格（HTM）
• 2.2.3 QTM—正八面体四元三角网格
• 2.3 基于地理坐标系的网格划分
• 2.3.1 基于行列编码的四叉树网格
• 2.3.2 USNG
• 2.4 混合式全球网格划分方案
• 2.4.1 基于地理坐标系的全球网格划分方案的缺陷
• 2.4.2 网格划分方案
• 2.4.3 全球网格编码方式
• 2.5 本章小结
• 第三章 全球地理空间数据的管理
• 3.1 全球地理空间数据的转化
• 3.1.1 源数据预处理
• 3.1.2 地理空间数据向地理信息网格中的转换
• 3.1.3 数据的转换
• 3.2 全球多分辨数据的存储
• 3.2.1 文件型存储
• 3.2.2 数据库存储
• 3.3 应用计算网格的信息存储
• 3.3.1 基于计算网格的文件存储系统
• 3.3.2 文件的传输机制
• 3.3.3 基于计算网格的文件存储系统的优势
• 3.4 本章小结
• 第四章 全球地理空间数据的快速渲染
• 4.1 全球空间数据可视化的坐标体系
• 4.1.1 坐标系的选择
• 4.1.2 坐标系的参考基准
• 4.1.3 坐标系的转换
• 4.2 视点相关的多分辨率地形数据的调度算法
• 4.2.1 确定视锥内可视的数据块
• 4.2.2 地形数据块的LOD设置
• 4.3 基于GPU的快速渲染
• 4.3.1 CPU与GPU
• 4.3.2 基于GPU的Geometry Clipmap渲染地形
• 4.3.3 Geometry Clipmap算法的优化
• 4.3.4 三角形的绘制
• 4.4 恒定帧算法
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于计算网格的地理信息网格的应用
• 5.1 系统的设计
• 5.1.1 GGISP系统的框架体系
• 5.1.2 系统模块的划分
• 5.1.3 公共构件的设计
• 5.2 系统的逻辑设计
• 5.2.1 数据流设计
• 5.2.2 控制流设计
• 5.2.3 User case图
• 5.3 系统的实现
• 5.3.1 硬件环境
• 5.3.2 软件环境
• 5.3.3 实验数据
• 5.3.4 实验分析
• 5.4 系统示例
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢