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时态GIS若干关键技术的研究

2020-11-22阅读(445)

时态GIS若干关键技术的研究

论文摘要

时态GIS是近年来GIS领域在认识和实践方面的一项重要发展。本文报告了源于国家自然科学基金项目“林火行为的动态模拟信息系统”的时态GIS领域若干关键技术的研究。这些关键技术领域涉及GIS时空数据模型、图像融合和GIS时空分析领域的元胞自动机模型等,是构建时态GIS应用的具有一般意义的基础问题。本文在分析传统的GIS数据模型的基础上,面向课题应用提出了一个时空数据模型。对GIS领域涉及的图像融合与拼接问题进行了研究,提出了利用图像特征信息的进行拼接配准和降低计算量的像素级融合与拼接算法。在时空分析的元胞自动机模型方面,对地理元胞自动机模拟实际地理环境所存在的本质问题进行了研究,提出了规则学习的思路和方法,并研究了元胞自动机在地理图像处理方面的应用。最后综合上述研究,提出了一个以元胞自动机作为推理机驱动的林火蔓延专家系统模型。本文的主要工作和创新点如下: 1.分析了林火蔓延空间对象及其属性的时态性质,在时空数据模型ESTDM的基础上,提出了一个基于地理对象时态性质分类的、描述元胞空间的时空数据模型。该模型提高了空间数据的时态表达能力,有着较少的数据冗余和更好的操作性能,较好地反映了林火蔓延的时空特征,便于元胞自动机操作。 2.提出了利用图像特征信息的像素级图像(栅格DEM数据)融合与拼接算法,改善了图像配准并降低了拼接计算量。该方法对实时CCD多区输出和多CCD遥感图像拼接的也有重要的价值。 3.标准元胞自动机是按照一组确定的规则演进的,因此元胞空间的状态传播与地理空间的地理流传播有本质的不同,这使元胞自动机模型的准确性受到损害。为解决该问题提出了元胞自动机规则的免疫学习机制。 4.研究了元胞自动机进行地理图像处理的原理及其在图像降噪、边缘提取中的应用,提出了一个基于多尺度元胞的水体中心线提取高效算法。 5.提出了一个用元胞自动机推理驱动的林火蔓延专家系统模型。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • §1.1 引言
  • §1.2 时态GIS的特性和关键技术
  • §1.2.1 GIS的发展概况
  • §1.2.2 时态GIS
  • §1.2.3 时态相关的几个基本概念
  • §1.3 时态GIS的相关问题
  • §1.3.1 时空数据表示及时空数据模型
  • §1.3.2 不确定性
  • §1.3.3 多标度（多尺度）
  • §1.3.4 空间数据融合问题
  • §1.3.5 时空分析
  • §1.3.6 时空动力学模型
  • §1.4 论文选题来源及研究背景—立题依据和研究思路
  • §1.5 本文对时态GIS的主要关注点及研究内容
  • §1.6 论文的组织结构
  • §1.7 本章小结
  • 第二章 时态GIS的基本问题与国内外研究现状
  • §2.1 时态GIS的数据模型
  • §2.1.1 GIS基本空间数据模型
  • §2.1.2 时空数据模型
  • §2.1.2.1 基于关系数据模型扩展的时空数据模型
  • §2.1.2.2 面向对象的时空数据模型
  • §2.2 GIS的数据来源与数据集成
  • §2.2.1 GIS数据来源与数据表示形式
  • §2.2.1.1 数字高程模型及其表示形式
  • §2.2.1.2 GIS的数据来源
  • §2.2.2 图像融合
  • §2.2.3 多分辨率像素级图像融合
  • §2.2.4 DEM数据融合
  • §2.2.5 遥感数据融合
  • §2.3 元胞自动机模型
  • §2.4 林火蔓延模型
  • §2.4.1 Rothermel模型
  • §2.4.2 元胞自动机林火蔓延模型
  • §2.4.2.1 经典森林火灾CA模型
  • §2.4.2.2 三维CA林火蔓延模型
  • §2.5 本章小结
  • 第三章 时态GIS数据模型
  • §3.1 引言
  • §3.2 静态空间数据模型的时态扩展
  • §3.2.1 矢量空间数据模型时间扩展
  • §3.2.2 栅格型数据模型的时间扩展
  • §3.2.3 时空数据库
  • §3.3 时空变化的分类
  • §3.4 面向元胞划分的时空数据模型CAESTDM
  • §3.4.1 森林火场可燃物主要属性的时态性质
  • §3.4.2 对不同时态性质的元胞属性的存储策略和CAESTDM结构
  • §3.5 本章小结
  • 第四章 GIS的图像（数据）拼接
  • §4.1 引言
  • §4.2 图像拼接问题
  • §4.2.1 CCD图像拼接问题
  • §4.2.2 栅格DEM拼接问题
  • §4.2.3 拼接问题的解决思路
  • §4.3 DEM栅格数据和CCD多区输出图像的多分辨率拼接
  • §4.3.1 算法原理
  • §4.3.2 基于特征的栅格DEM数据的自动配准
  • §4.3.3 基于多分辨率数据融合的图像（栅格DEM数据）拼接
  • §4.4 实验结果
  • §4.5 本章小结
  • 第五章 时态GIS的元胞自动机动力学模型
  • §5.1 引言
  • §5.2 元胞自动机基础
  • §5.2.1 元胞自动机的定义与常用元胞自动机
  • §5.2.2 元胞自动机的行为特征
  • §5.2.3 初等元胞自动机
  • §5.2.4 二维元胞自动机
  • §5.2.4.1 二维元胞自动机的邻居
  • §5.2.4.2 二维元胞自动机的元胞空间和构成
  • §5.2.4.3 一个简单的林火蔓延二维元胞自动机模型
  • §5.3 元胞自动机规则提取的困难和规则构造的数据挖掘方法
  • §5.4 元胞自动机的规则免疫学习
  • §5.4.1 基于克隆选择的规则免疫学习模型框架
  • §5.4.2 抗体（规则模式）的编码
  • §5.4.3 抗原的设计与编码
  • §5.4.4 基于信息熵的抗体适应性和多样性评价
  • §5.4.5 抗体、抗原亲和度计算及抗体选择
  • §5.4.6 算法流程
  • §5.4.7 仿真实验
  • §5.4.7.1 实验设计与实验结果
  • §5.4.7.2 实验结果分析
  • §5.5 本章小结
  • 第六章 元胞自动机的状态传递及其在地理图像处理中的应用
  • §6.1 图像处理与元胞自动机的状态传递
  • §6.2 基于元胞自动机的图像滤波
  • §6.2.1 元胞自动机的图像去噪
  • §6.2.2 元胞自动机的图像边缘提取
  • §6.3 图像骨架的提取的多尺度元胞自动机方法
  • §6.4 模拟水体中心线的提取实验
  • §6.5 计算量分析
  • §6.6 本章小结
  • 第七章 元胞自动机推理驱动的林火蔓延专家系统
  • §7.1 引言
  • §7.2 林火行为及其描述的困难
  • §7.3 林火蔓延的机理和影响因子分析
  • §7.3.1 林火蔓延的机理
  • §7.3.2 林火蔓延的影响因子
  • §7.4 DEM数据空间和林火蔓延模型的元胞空间
  • §7.4.1 CA的地理过程模拟机制
  • §7.4.2 DEM数据空间到元胞空间的映射
  • §7.5 元胞数据组织
  • §7.6 模型系统描述和模型结构框架
  • §7.6.1 模型原理描述
  • §7.6.2 模型结构
  • §7.7 处理流程
  • §7.8 规则调整的模拟实验
  • §7.9 本章小结
  • 第八章 总结和展望
  • §8.1 本文工作总结
  • §8.2 进一步工作展望
  • 参考文献
  • 攻读博士学位期间发表的论文
  • 致谢

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