语义规则约束下的DEM与二维矢量数据融合方法研究

论文摘要

随着信息科学与互联网技术的发展,地理信息系统(GIS)在各行各业中得到越来广泛的应用。但在不同行业领域中,空间数据在认知角度、行业需求、采集手段、建模方法等方面存在较大差异,导致了不同系统间的空间数据模型、数据库管理方法、模块访问操作以及数据文件存储模式都存在明显差异,由此形成的信息孤岛,日益成为在实现多源异构空间数据共享和集成融合的障碍,导致数据资源的巨大浪费。其中,DEM和二维矢量数据作为多源异构数据的典型代表,数据量大,又各自具备不同的优势和缺陷,融合集成这两种数据可以扩展数据维度,有效的降低数据成本,提高数据的利用效率,改善数据的质量和精度。然而由于数据的异源性和对数据语义的考虑不足,导致DEM与矢量数据的融合后容易产生语义误差的问题,严重影响到数据的质量和可视化效果,阻碍了空间数据的应用和GIS的发展。因此,在两种数据集成融合过程中,如何充分考虑地物的几何特征和语义特征,如何利用其语义规则来约束数据的集成融合,从而保证数据融合一致性和语义准确性,是本文的主要研究内容。本文首先研究了DEM与二维矢量数据融合的常用方法,以及矢量数据融合地形数据的理论技术,比较分析了不同方法的特点。现有的方法和技术主要实现了地形数据与矢量数据的融合,但忽视了融合后数据集的语义准确性,并未对存在语义误差的数据集进行纠正。因此,本文的基于地物语义规则的数据融合方法,旨在将语义规则运用于地形数据和矢量数据的融合,从而解决了数据语义误差的问题。本文实现了DEM与二维矢量数据的嵌入算法。该算法是实现语义规则约束下DEM与矢量数据融合的必要基础,嵌入后的矢量数据具备了DEM的高程,维度得到了扩展。该算法保证了矢量数据嵌入后地形形态不发生改变,同时也保证了数据纠正步骤的解算精度。在完成嵌入算法的基础上,本文根据地物的几何特征和语义特征,提取了典型地物语义规则,并在此基础上实现了保证数据语义正确性前提下融合DEM与二维矢量数据方法。该方法首先对语义规则进行形式化表述,然后利用最小二乘法和线性互补理论,对参与解算的高程点分类纠正,实现了语义规则的定制到语义规则解算的定性到定量的转化过程,最终得到满足语义规则的数据集。最后本文设计实现了语义规则约束下DEM与矢量数据融合算法的实验验证,对实验的结果进行了评定。实验结果表明,本论文中的方法能够科学有效纠正数据的语义错误,提高数据融合的质量,具有良好的典型性、科学性和普适性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状及趋势
• 1.2.1 现有2.5维融合方法的回顾
• 1.2.2 DEM融合矢量数据的回顾
• 1.2.3 结论
• 1.3 研究目标、研究内容和拟解决的关键问题
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 拟解决的关键问题
• 1.4 研究的技术路线
• 1.5 论文的组织结构
• 第二章 DEM与二维矢量数据语义规则约束融合的相关理论基础
• 2.1 嵌入算法
• 2.2 最小二乘法和测量平差
• 2.3 线性互补问题（LCP）
• 2.4 本章小结
• 第三章 DEM与二维矢量数据的嵌入算法
• 3.1 点数据的内插
• 3.1.1 确定包含内插点的三角形
• 3.1.2 基于三角面的插值方法
• 3.2 线和面数据的嵌入
• 3.2.1 三角形与点的位置关系
• 3.2.2 穿行算法
• 3.2.3 径向拓扑扫描
• 3.3 嵌入算法的优化
• 3.3.1 多边形提取
• 3.3.2 多边形三角化
• 3.3.3 三角形优化
• 3.4 实验结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于语义规则约束的数据平差与优化
• 4.1 典型矢量地物的几何要素分类
• 4.2 典型地物的语义规则的提取和形式化表述
• 4.3 语义规则在数据融合中的实现和验证
• 4.3.1 语义规则的求解
• 4.3.2 解算结果的验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 算法的实验验证与评定
• 5.1 数据准备
• 5.2 验证实验的设计与实现
• 5.2.1 总体设计
• 5.2.2 数据结构设计
• 5.2.3 数据平差与优化的实现
• 5.2.4 实验结果评定
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 研究展望
• 6.2.1 待思考的问题
• 6.2.2 进一步研究方向
• 参考文献
• 致谢