一种基于中线拓扑关系的巷道节点自适应平滑建模方法

地下空间中的三维巷道结构复杂,模型数据庞大,为解决巷道交叉口等特殊位置的精细化表达问题,本研究提出一种基于中线拓扑关系的巷道节点自适应平滑建模方法。该方法根据巷道中心线数据,自适应判别根结点下各子结点间的拓扑关系以区分各类型巷道,并设计一种半拱形曲面构建相应的模型组件,通过组件拼接的方式,实现精细化平滑建模。最后,通过对某一段巷道数据进行验证,建立了一个由三通、四通等各类交叉口平滑相连的完整巷道模型,为地下空间中复杂巷道的精准建模提供了有效的解决途径。

采动覆岩卸压瓦斯运储通道属性参数拓扑关系研究

煤矿日益加剧的高强度开采过程中,诸多因素综合影响着覆岩裂隙的空间分布特征。覆岩裂隙分布的特征对于解放层开采中的瓦斯治理有着重要的指导意义。通过开展多组二维物理相似模拟试验,探究了不同开采条件下(开采高度、推进速度、关键层层位、煤层倾角)覆岩裂隙网络分布特征及卸压瓦斯运储通道的属性参数,得到了几何参数、裂隙参数的拓扑干系网络。基于复杂网络演化理论可以简化现实干系的拓扑变换,并结合复杂网络特征参数分析运储通道干系结构和因素节点的演化特征,实现了覆岩裂隙网络干系影响因素的定量描述,建立了卸压瓦斯运储通道网络干系结构矩阵及模型。结果表明:卸压瓦斯运储通道的发育范围、贯通度以及分形维数均随着采高、关键层层位及煤层倾角增大而不断扩大;随着推进速度的加快,发育范围却呈现减小的趋势。采高的增加对离层量影响最大,6 m采高相较于4 m时增幅达到146.9%。破断裂隙密度的变化主要受煤层倾角影响,受推速的影响较小,将钻孔布置在高密度区域(破断裂隙密度>4.7条/m),可以有效起到瓦斯截留的作用。研究结果可进一步优化不同因素影响下瓦斯抽采钻孔的布置参数,提高瓦斯抽采效率,从而保证工作面安全高效回采,对实现瓦斯精准绿色抽采具有一定的现实意义。

拓扑关系重建下的配网调度防误模拟操作优选排序算法

结构复杂的配网调度中,拓扑关系冗杂,内部线路繁复,排序过程容易陷入局部最优,无法得到全局最优调度方案。对此,设计一种在拓扑关系重建下的配网调度防误模拟操作优选排序算法。为了获取配网拓扑接线图信息,生成拓扑关系重建下的配网接线图,同步分析待重建数据与配网模型。利用Petri网描述配网中调度操作活动,利用动态关联矩阵分析调度防误模拟操作方案。分层计算各方案不同环节下的风险和总体方案的风险,选择风险最小的调度方案完成配网调度防误模拟操作优选排序。测试结果表明,该方法更加接近理论上的优选方案,相对安全,保证了配网调度防误模拟操作过程的完整性和实际应用性。

基于拓扑关系图建筑物白模重建方法

新型基础测绘是对传统基础测绘的继承和发扬,要求开发基础地理信息系列新型产品。地理实体是新型基础测绘重要成果,而建筑物三维(3D)模型是重要的人工地理实体成果之一。如何快速、高效地构建建筑物3D模型,是推进地理实体制作的重要步骤之一。本文从建筑物白模重建视角入手,研究采用拓扑关系图的方法进行建筑物白模自动化构建。基于精细分类的建筑物激光点云,采用基于密度聚类的方法,识别单栋建筑物激光雷达脚点。使用新型法向量和曲率估计的区域生长方式,对建筑物点云进行分割。采用基于alpha-shape的方法实现对建筑物顶部轮廓提取,构建建筑物屋顶面片之间邻接关系图,进而提取平面相交的建筑物结构线,最终实现对建筑物白模重建的目的。

改进型CNN-LSTM深度学习神经网络的台区户变拓扑关系识别

针对电力台区内各种数据信息繁多复杂、数据处理能力滞后及用户利用率低下等问题,提出一种新型的台区户变拓扑关系识别方法。通过构建卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络模型,将台区内配电变压器的有功功率、无功功率、电压值、电流值和用户侧的多种用电数据信息转换为CNN-LSTM深度学习神经网络模型;并在CNN模型中融入LSTM模块,以将台区户变拓扑宏观数据关系转换为微观数据信息识别,大大提高台区户变拓扑关系识别和应用能力。通过设置CNN-LSTM深度学习神经网络不同的层次,计算台区户变拓扑关系。通过算例分析,大大提高了用户识别能力,为台区户变拓扑关系识别提供了技术思路。

多尺度点–线目标拓扑关系不一致性探测方法

不一致性探测对提高多尺度点–线目标拓扑关系一致性处理的科学性和效率具有十分重要的意义。道路和居民地作为基础地理空间数据中两类最重要的地图要素,两类要素之间拓扑关系在不同尺度地理空间数据中的不一致性问题十分突出。本文以同名点状居民地与线状道路为例,研究了多尺度地理空间数据的拓扑关系不一致性问题,提出了基于拓扑距离的多尺度点–线目标拓扑关系不一致性探测方法,并进行了实验验证。研究表明,本文方法识别出的拓扑关系不一致性结果,可以作为不同尺度数据中点–线目标拓扑关系一致性处理的依据。

时空拓扑关系描述及其推理研究

空间目标处于一定的时间与空间中,时态拓扑关系和空间拓扑关系经常交织在一起,形成时空拓扑关系,因此有必要在统一框架下研究时空拓扑关系。基于Allen对时态拓扑关系和Egenhofer对空间拓扑关系的研究,对时态拓扑关系和空间拓扑关系分别采用3×3的矩阵进行描述,将时空拓扑关系表示为3×6的矩阵,并描述了简单面/面之间的104种时空拓扑关系。在研究时态拓扑关系推理和空间拓扑关系推理的基础上,提出了一种时空拓扑关系推理方法。该文提出的时空拓扑关系描述和推理方法对于拓展时空拓扑关系的研究具有重要意义。

基于点云的室内房间要素及拓扑关系提取

房间要素是室内导航地图的关键要素之一。针对从点云中提取房间要素不仅需要精确提取房间多边形而且需要构建房间构成要素之间的拓扑关系问题,本文提出一种自上而下分割点云并自动记录房间-墙线拓扑关系的房间要素快速提取方法。首先利用点云Z值投影的高度直方图提取天花板点云;其次将天花板点云向XOY面投影,通过欧式聚类分离出每一间房间点云,以房间为单位采用α-shape算法进行房间边界点提取;然后利用随机抽样一致算法(RANSAC)结合欧式聚类方法分割房间边界点得到墙线及其参数信息,并利用墙线中点对无序墙线进行排序后计算相邻墙线的交点作为房间角点;最后,生成房间、墙和角点之间的拓扑关系。实验结果表明,该方法不仅适用于包含平面墙体的建筑点云数据,也适用于包含曲面墙体的情况,具有良好的适应性和有效性。

E-WID三维拓扑关系计算方法与实现

E-WID(Euler-number-based whole-object intersection and difference)三维拓扑关系模型能够表达三维空间简单、复杂目标间的拓扑关系,具有区分能力强、无理论缺陷等优势,但目前尚缺乏E-WID三维模型自动计算的相关研究。因此,利用Nef多面体三维数据模型能够表达带通道或空穴等复杂目标的特点,本文研究了一种基于Nef多面体的E-WID三维基本拓扑关系计算方法,其中包括三维基本空间数据间布尔运算结果的组件构建和欧拉数计算方法;并与已有方法进行对比。结果表明,本文方法实现了三维空间数据间的E-WID三维基本拓扑关系自动计算,并能够准确区分。

基于线段拓扑关系的轮廓偏置算法

已有的偏置算法大多限于简单图形,远远达不到真实的增材制造零件的复杂结构要求,因此提出一种基于线段拓扑的轮廓偏置框架。研究了偏置异常的种类和形成机理,提出线段重合、(自)相交、成环、环反向、环失效等多环处理算法,实现了对复杂异常的处理;探究了边界上局部尖角的形成机理和影响,提出修补式光顺算法对邻边夹角进行了优化,基本消除了奇异尖角和空洞缺陷问题,保障了算法的稳定性。使用C++语言编写算法程序,与CGAL几何图形库的偏置算法结果相比,该轮廓偏置方法计算速度更快,且规划的路径更符合加工设备的加工几何特点;与平行线扫描和分区扫描等其他扫描方式进行对比,该轮廓偏置的规划路径总长度相对较小,扫描效率综合更高。

时空拓扑关系定义及时态拓扑关系描述

目前，国际上对于作为时空数据模型概念和形式化基础的时空拓扑关系定义和描述还没有一个明确的阐述。本文在分析ＧＩＳ的时空特性后，给出了一个语义层时空拓扑关系定义。同时，提出并证明了完备、唯一的描述时态拓扑关系的４Ｉ框架，列出了时态拓扑关系描述的谓词集，区别了时态拓扑关系和时间方向关系的内涵和谓词描述形式。

基于路网要素拓扑关系的路网脆弱性分析——以新藏公路北段周围路网为例

目前,一些路网脆弱性分析方法主要通过模型或软件计算时间、流量等信息,但应用效果欠佳。对于道路稀疏的路网,其脆弱性更多地体现在路段所占整个路网的重要性程度上,所以需要从路网角度对道路进行脆弱性分析。文章通过路网中点、线、面的拓扑关系分析路网脆弱性,开发出一套简明、合理的路网要素空间关系分析技术,该技术具备良好的应用性,可在ArcGIS软件平台对现实路网进行分析。分析主要分为以下2个步骤:一是结合点与线的拓扑关系提取孤链和断头路,二是通过分析线与面的拓扑关系计算其余道路的重要性程度。文章以新藏公路北段周围路网为例,经路网脆弱性空间分析流程计算出该路网断头路占比为27.11%,断头路和孤链占比为37.58%,并得到研究区其余道路的脆弱性结果。

基于模糊不确定性下的空间拓扑关系模型

拓扑关系是GIS区别其他管理信息系统的一个重要特征,目前GIS的拓扑关系都是在地理实体不存在误差的情况下建立的,实际上地理实体由于多种因素的影响都存在着不确定性.作者论证了地理实体存在不确定性和与之相关的问题,提出了在不确定性下的一种统一的空间拓扑关系模型,指出了在模糊不确定性下空间拓扑关系的进展和进一步研究的内容,如模糊三维体元的拓扑关系以及研制相应的处理模糊不确定性的GIS软件模块等.

基于拓扑关系构建的城市污水管网优化设计与实现

随着城市化建设速度的加快以及生产生活水平的提高,居民逐渐对城市污水管网的性能有更高的要求,因此根据多方面因素的影响,污水管网在设计建设中往往还需进一步优化,才能够提高污水管网的收集率,以此才能降低后续污水处理厂的运行费用,实现污水系统的提质增效。基于此,本文借助拓扑关系这一原理,深入分析城市污水管网的设计优化方案,探讨合适的优化条件、优化算法,借助实际案例验证这一算法的实际应用效果,从而为城市污水管网优化设计提供理论参考。

3维空间线与体对象间的拓扑关系完备性研究

线与体是3维空间中两类重要的空间对象,对其之间的拓扑关系进行研究在地矿开采、交通运输等很多领域都有非常重要的应用价值。为了准确高效地对3维空间线与体,特别是复杂对象间的拓扑关系进行分析,首先定义了一类基本空间对象,同时用9交模型来表达空间对象之间的拓扑关系;然后利用线与体之间的9条否定规则推导出基本线与体之间可能存在的11种拓扑关系,再利用复合推导的方法来得到复合线对象与体之间的19种拓扑关系;最后得出了用于推导分析复杂线与体之间拓扑关系的算法。经过详细分析与讨论,证明了这些拓扑关系具有完备性。实践表明,利用完备拓扑关系,不仅可以保证推导分析算法的正确性,也能极大简化复杂线对象与体对象间拓扑关系的分析。

一种线-线拓扑关系识别算法及其应用

线-线拓扑关系的识别与检测是空间关系研究的热点与难点。本文改进了平面交点算法，简化了维度扩展的9交集矩阵，建立了线线之间局部拓扑关系的索引文件，通过搜索和组合得到了线-线之间整体而又详细的拓扑关系；利用研究成果对道路数据进行关系处理，对地理要素间关系进行冲突探测。实验结果表明，该算法具有高效、准确识别线-线详细拓扑关系的优点。

线目标间拓扑关系的细化计算方法

拓扑关系的细化计算是生产实践中提出的新的需求,代表了当今空间关系理论研究的趋势。本文从1∶5万数据更新质量检查的实际应用需求出发,研究提出线目标间复杂拓扑关系的分解-组合计算思路;讨论直线段拓扑关系计算的改进平面扫描计算方法;建立根据直线段拓扑关系推断局部拓扑关系的基本规则;给出由局部拓扑关系组合描述线目标间全局拓扑关系的拓扑链模型;将该方法应用于国家1∶5万地图数据库更新中,取得良好的效果。

基于青年群体需求的居住单元拓扑关系矩阵构建

近年来,青年群体的居住问题受到广泛关注,青年群体对居住空间的需求对改善青年群体居住环境起到了至关重要的作用。本文采用问卷调研的研究方法,通过对问卷进行分类统计、交叉分析与数据筛选,确定青年群体的居住行为习惯与居住需求。基于青年群体具体需求,构建居住单元内各个空间之间拓扑邻接和包含关系的数理矩阵模型。为建筑生成设计优化方法提供一种合理的数理模型与建立方法,为改善青年群体居住环境的相关设计研究提供理论参考。

地籍地块间的空间拓扑关系

地籍的核心是地块,地块间存在着多种空间关系和时间关系。这些关系是地籍数据更新、信息查询与分析的基础。一个地块可看做2维欧氏空间中的一个面域,但目前对于两个面域间空间拓扑关系的描述方法非常有限,不能区分一个简单地块和一个复合地块(一个大地块中包围一个小地块的地块)间的空间拓扑关系。在Egenhofer等提出的包含空洞的两个面域间空间拓扑关系描述框架的基础上提出了一种描述地块间空间拓扑关系的双四元交模型(Double4I,简称为D 4I模型),其特点是用两个四元组矩阵来描述最多包含一个复合地块的两地块间的空间拓扑关系,并用D 4I模型推导了一个简单地块和一个复合地块间的拓扑关系类型,共描述了31种地块间的空间拓扑关系,并总结了在地籍信息系统数据更新和数据质量控制中具有重要意义的7种常见的两个地块间空间拓扑关系。这些拓扑关系的描述与区分澄清了地籍地块间的空间拓扑关系类型,为地籍数据更新操作、地籍信息系统的数据质量控制、信息查询与分析推理等奠定了理论基础。

GIS线目标间拓扑关系描述的4交差模型

提出了利用连通度不变量来区分单个线目标上具有不同拓扑特性的点,进一步定义了线目标的端点集和内点集。在此基础上,建立了IR1和IR2中线目标间拓扑关系的基本模型。该模型能有效地表达线目标间拓扑关系的变化特性。