地球空间信息离散网格数据模型的理论与算法研究

论文题目: 地球空间信息离散网格数据模型的理论与算法研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 摄影测量与遥感

作者: 贲进

导师: 张永生

关键词: 地球空间信息,球面离散网格,等积投影,数据模型,编码,细节层次,瓦片四叉树,椭球面

文献来源: 解放军信息工程大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文以大范围地球空间信息的管理为应用背景，探讨了球面离散网格数据模型的理论和方法。研究了从网格构建到多分辨率实时显示所需解决的一系列理论和技术问题，重点在球面网格生成、网格选择、网格数字空间构建、网格单元多分辨率管理等方面进行了较为系统的分析和实验，得出了部分结论。本文完成的主要工作有： 1．将传统平面网格扩展到球面，设计并实现了适合大范围遥感影像和地形数据表达的球面瓦片四叉树模型。详细探讨了基于TIFF和XML开放标准的数据组织方案，论述了与球面地形实时显示相关的数据简化及处理方法。 2．提出了先确定边界、再逐步精化的研究思路，形象、直观地阐述了施奈德等积多面体投影的基本原理并推导了严密计算公式，在此基础上给出了详细算法，分析了单个投影面上长度和角度的变形规律。 3．设计并实现了一种能够生成球面等积三角形、四边形和六边形网格的通用算法，结合实验分析了网格单元的最大／最小边长比、最大／最小夹角比、周长均方差等多项指标随剖分层次及单元位置的变化关系，结果表明H4-CI网格的性质最优。 4．提出六边形网格上边界四元组的概念，利用QTM编码成功构建了H4-CI网格的数字空间，将六边形网格的空间分析进一步分解到四元三角形及子单元中处理。 5．探讨了H4-CI网格中地理坐标与单元地址码的转换问题，设计并实现了基于三轴坐标系的转换算法，解决了“行列逼近法”易出现错误编码的问题，保证了计算的准确性和可靠性。 6．提出了子单元检索分析与邻近搜索算法，以此为基础研究了H4-CI网格的可视范围剪裁和视点相关LOD显示技术，通过实验证明了该方法的正确性和可行性。 7．研究了基于H4-CI网格的球面Voronoi图膨胀算法，实验结果表明该算法不仅适用于球面上的点、线、面集，而且具有较高精度。 8．利用地图投影理论研究了椭球面上离散网格的生成算法，建立了球面与椭球面的四种对应关系。实验结果表明，如果无需保持网格特性，采用地心纬度生成椭球面网格是较理想的一种方案。若要保证网格单元的面积相等，可以采用等积投影生成椭球面网格，此时原球面网格的各种特性得以保留。 9．在以上研究的基础上，设计并实现了一个多线程的全球地形浏览原型系统(GlobalView 1.01)，借鉴网络通信原理设计了具有一定灵活性的球面网格应用模式，实现了基于这一模式的原型系统(GridView 1.0)。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 平面数据模型的不足

1.3 球面数据模型的引入

1.4 球面网格模型研究现状

1.4.1 理想多面体

1.4.2 多面体的定位

1.4.3 多面体面上的层次剖分

1.4.4 平面与球面的对应

1.4.5 点在网格单元中的分布

1.5 本文的研究内容与结构安排

第二章 传统平面网格在球面上的扩展

2.1 引言

2.2 基于传统网格的球面空间划分

2.3 表示地形的网格

2.3.1 规则网格

2.3.2 多分辨率金字塔

2.3.3 四叉树和二叉树

2.3.4 不规则三角网

2.3.5 多分辨率TIN

2.4 各种表示方法的分析比较

2.5 球面瓦片四叉树的设计

2.5.1 平面瓦片四叉树

2.5.2 瓦片四叉树在球面上的扩展

2.5.3 瓦片数据

2.5.4 属性数据

2.5.5 存储方案

2.5.6 算法的设计与实现

2.6 球面地形处理的几个核心问题

2.6.1 球面动态LOD算法

2.6.2 地形裂缝的处理

2.6.2 异步瓦片加载

2.7 实验及分析

2.8 本章小节

第三章 施奈德等积多面体投影

3.1 引言

3.2 基本原理

3.2.1 正变换公式

3.2.2 逆变换公式

3.3 其它多面体投影的计算

3.4 算法实现

3.5 计算结果

3.6 误差分析

3.7 本章小节

第四章 球面网格生成算法

4.1 引言

4.2 网格命名

4.3 基本思想

4.4 坐标系统的定义

4.5 ISEA-T4-CI网格

4.6 ISEA-D4网格

4.7 ISEA-H4-CI网格

4.8 ISEA-H4-CII网格

4.9 ISEA-H3-CI/II网格

4.10 实验结果及分析

4.11 基于球面网格的栅格数据存储方案

4.12 本章小节

第五章 球面六边形网格数字空间的构建及应用

5.1 引言

5.2 六边形数字空间的构建

5.2.1 边界点四元组定义与单元编码规则

5.2.2 单元编码特征

5.3 经纬度坐标与单元编码的相互转换

5.3.1 三轴离散网格坐标系的定义

5.3.2 经纬度与地址码的转换

5.3.3 地址编码与经纬度的转换

5.4 离散网格坐标与三轴坐标的转换

5.5 网格单元检索算法

5.5.1 单元位置的确定

5.5.2 检索分析

5.5.3 邻近搜索

5.5.4 实验

5.6 球面网格的多分辨率显示

5.6.1 基于球面的视景体剪裁与可视单元确定

5.6.2 基于视点的球面网格LOD简化

5.6.3 实验

5.7 球面 Voronoi图生成

5.7.1 球面 V图的定义

5.7.2 基于六边形网格的球面实体表达模式

5.7.3 球面多集合V图生成算法

5.7.4 实验及分析

5.8 本章小节

第六章 椭球面离散网格的构建

6.1 引言

6.2 直接椭球面剖分

6.3 间接椭球面剖分

6.3.1 基本原理

6.3.2 任意投影

6.3.3 条件投影

6.4 实验结果及分析

6.5 本章小结

第七章 原型系统设计与实验

7.1 概述

7.2 全球多分辨率地形浏览系统GlobalView

7.2.1 GlobalView的整体结构

7.2.2 内核模块的设计

7.2.3 性能测试与结果分析

7.3 球面离散网格系统GridView

7.3.1 GridView的设计

7.3.2 GridView原型系统的实现

7.3.3 实验结果

7.4 本章小结

第八章 结论与展望

8.1 总结

8.2 展望

参考文献

攻读学位期间的学术科研情况

致谢

发布时间: 2007-05-15

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