GIS的基本理论问题——地图代数的空间观

通过分析比较地学各学科的空间概念 ,深入地论述了地球信息系统的空间概念这一基本理论问题 ,指出了地球信息系统的空间数学基础是GIS空间概念的数学定义 ,揭示并论证了地理信息系统的空间数学基础 ,并相应讨论了“无缝空间数据库”技术的若干基本问题 ,认为“无缝”不仅是形式上的“无缝可视” ,更重要在于“无缝量度”、“无缝空间分析”、“规范地无缝集成”的实质性能力上。最后通过对“无缝空间数据库”下的空间分析理论和技术、空间 (数据 )的表达、国家地球空间数据框架和技术路线的论述 ,表明使GIS与各地球科学学科的地球空间完全一致 ,将全面有益于地球信息科学的新发展。

基于地图代数距离变换的空间实体分布的聚集度分析

聚集度是重要的空间分析指标,但传统的聚集度计算方法存在适用范围小、计算不准确的缺点,在介绍了地图代数距离变换的算法基础上,提出了空间全形态实体的聚集度计算方法,最后以北京周围两种旅游景点的空间分布的聚集度分析为实证,说明此方法是合理的。

基于地图代数的山脊线和山谷线提取方法

将地图代数的思想和方法引入地形结构线的提取,先利用地图代数距离变换得到等高线各自的权属范围,再在等高线各自的影响区域内进行地形特征的提取,后采用区域互补的方法进行特征线段的连接,为特征线段合理连接提供了新思路。

基于IDL的栅格地图代数实现与应用

ArcGIS提供了功能强大的地图代数计算功能,可以有效地针对栅格数据进行空间分析。但是,由于其运算效率较低而成为一些项目应用的瓶颈。研究认为ArcGIS进行地图代数计算效率比较低的主要原因在于它在计算时首先对数据进行重采样。通过使用IDL提供的栅格数据处理功能,对数据进行预处理,建立进行地图代数计算时的模版,将进行地图代数计算的各个图层依照地图代数模版重新进行范围的分割,并根据原始栅格数据及研究内容确定像元大小,对栅格数据进行重采样,得到可以用IDL进行地图代数运算的栅格数据集。根据不同研究领域的内容,设计地图代数的算法,实现地图代数运算。最后,以使用USLE方程计算三江平原土壤侵蚀模数为例,验证了方法的有效性。

基于地图代数的数字地表流线模拟研究

降雨在地表上随地形流动自然形成沟谷线、汇流区、分水岭等流域形态,研究地表流水线的数字模拟对数字流域水文分析具有重要意义。提出数字地表流线模型的概念,只考虑地形因素,利用等高线图建立一个能获得区域内每滴雨水沿地表流动的轨迹模型。并运用地图代数的距离变换对等高线及所在空间进行全方位的距离度量,研究了数字地表流线模型的建立方法。实验表明,该模型利用距离变换信息而不是高程计算流向,可避免DEM高程误差对流向、流线的影响,且不需要在DEM上进行复杂的洼地、平地的识别与处理。该模型对原始数据要求不高,能有效应用于沟谷线的自动提取、汇流区自动分割和分水线网络的自动提取。

网络最短路径的地图代数栅格算法

在阐述网络分析和最短路径算法的现状的基础上,以地图代数为理论支撑,介绍了地图代数对于网络元素的表达,探讨另外一种途径的网络最短路径分析—基于栅格数据的最短路径分析,重点讨论了基于地图代数的网络数据模型、栅格路径距离计算方法,在此基础上论述了求取最短路径的栅格方法的具体过程。最后,通过算例证明栅格途径的网络分析有其独特的优势。

图形的形态变换和地图代数凸壳算法

讨论并定义了若干关于形态的基本概念,给出了加壳、蜕皮、粘连变换的定义及其实现途径,论证了加壳、蜕皮变换及粘连变换的若干形态特性。联系凸壳概念,论述了运用形态变换实现图形凸壳的原理,并给出了它的通用算法。结合实际算例,阐述了算法的具体步骤和分析结果,并讨论了算法实施中的几个具体理论问题。

地图代数符号库的数据结构设计

从地图代数理论符号概念出发,介绍了绘制符号两种主要方法的特点和栅格符号库的设计思想,重点给出了点状符号库和线状符号库数据结构设计方案。该结构方案简单实用,符号美观精细,是符号化代数方法的基础。

地图代数的符号化方法

根据地学数据库中符号的定位数据和符号码，使用点阵符号库中的符号数据进行符号化，由此得出的图形美观、生动，河流具有粗细变化。该方法简洁通用，具备数据独立性和程序独立性。

基于地图代数的点状实体空间作用域划分方法研究

提出基于地图代数的点状实体空间作用域划分法,该方法考虑了"点状实体对空间作用域单元的影响应该是沿着交通网络系统传播的"基本特征,通过测算点状实体作用强度指数值和交通网络流强度指数值,并将其看作"权"因子,进行障碍欧氏加权距离变化,以实现真正意义点状实体空间作用域划分.

基于地图代数障碍距离变换的空间引力模型研究

空间引力模型是相互作用理论的重要组成部分,主要用于空间影响范围的划分.在全面评述现有研究成果的基础上,提出了基于地图代数障碍距离变换的空间引力模型研究的新思想.该方法利用空间引力模型判断各个城镇的吸引力,并应用基于地图代数障碍距离变换的度量方式求解距离参数,从而界定区域的城镇空间影响范围,并将结果与Voronoi图方法相比较.理论和实践证明,该方法可以更好地刻画城镇的空间吸引特征.最后,对将来的研究方向进行了展望.

自然图形二阶Voronoi图生成的地图代数方法

分析了2阶V图生成原理.基于欧氏空间中离散点集的2阶V图距离变换原理,论述了栅格形式下离散点集和一般点集图形的2阶V图生成的方法,确定了它的时间复杂性为O((2+k)n),适用于欧氏及非欧度量空间的自然图形2阶V图构造.构建了简洁、实用的算法和实验模块,并给出若干算例图.

CUDA加速的地图代数并行算法

针对传统地图代数实现方法应用于海量栅格数据计算时效率低下的问题,在一种全新的GPU并行编程模型CUDA上,利用地图代数算子体现出来的基于栅格点集、处理流程相对固定、数据处理具有内在的并行性等特点,将传统的串行算法映射到GPU并行处理架构上,旨在从串行算法的并行化映射、计算机图形处理器资源的自适应参数调整等多角度来研究地图代数空间并行算法的实现机制,为空间分析算法的优化研究提供一种新的解决思路。

障碍空间最大空隙的地图代数解法MA-MAXG(Ω)

对欧氏障碍空间最大空隙问题MAXG(Ω)进行了分析,并运用地图代数理论对其进行了阐述,利用距离变换和全形态图形Voronoi图生成并取其最大值点。实验表明,本文算法可无显著困难地扩展为三维与加权距离。

地图代数在洪水淹没模拟与分析中的应用

扩展了地图代数系统的功能 ,提出了运用地图代数进行洪水淹没模拟与分析的方法 ,建立了洪水淹没模型 。

地图代数在用地选址模拟中的应用——以大庆地区为例

在哈大齐工业走廊用地总体规划中,大庆市共开发340.9km2,其中盐碱地达320km2。本文利用GIS的空间分析(Spatial Analyst)模块建立选址模型,以地图代数为分析语言,在栅格数据(Grid)的环境下,用层次分析法(AHP)来确定权重,对大庆地区的工业用地选址情况进行模拟,当适宜度value≥8.38,我们已获得的土地面积达到362.07km2。结果表明在栅格数据的环境下,以GIS地图代数进行用地选址,科学性强、易于在计算机上实现,具有良好的效果。

基于地图代数的距离变换对二值图像的边缘跟踪

图像理解是从图像中自动提取信息的一门科学,该学科包括三个层次,即低层处理、中层处理和高层处理.本文讨论的就是低层处理中的边缘提取。边缘提取就是提取被选定物体区域的外边缘轮廓。而后具体介绍了对二值图像边缘提取的方法,提出了一种与目前方法截然不同且通用性较强的新算法,并取得了较好的效果。本人旨在创新,为大家抛砖引玉。

地图代数中的双重网格计算方法

当今数据量级的骤增以及高精度要求的剧升是科学计算的新特点。随着物联网、云计算的发展,对全球范围分析计算的米级、亚米级以上高精度的要求已经出现。因为倍缩的颗粒度意味着计算量和空间复杂性几何级数般地飙升,因此机械地缩小栅格尺寸以实现计算精度和效率保证的自然途径理论和实践上都遇到极大困难。本文首先论述了实际计算中双重网格计算的原理和关键。它是在通常地图代数粗栅格距离变换后,充分利用其中心间长距离准确计算的基础,运用两端点间度量计算中的微分公式,在两端点粗栅格内各有微小位移时简易并准确计算位移后距离,以完成所有相关端点粗栅格中各细栅格阵的距离变换运算,从而实现高分辨率度量下的目标计算。并在此基础上详细阐述了实际应用中双重网格计算的具体实施方案,并讨论了它的计算复杂性。结果表明,双重网格计算方法极大地降低了计算开销,在理论和实践上突破了栅格方法对于大区域度量计算的适用性问题。

地图代数距离变换算法的改进及实现

为进一步提高地图代数距离变换算法的效率,详细分析了已有地图代数的欧氏距离变换算法,针对三个方面对已有算法进行改进,并且运用C++语言编写程序实现。该算法在增加较小存储空间的情况下,避免了行列号的排序查找,与已有算法进行了对比试验,证实该算法的效率较已有算法提高了约20%。

基于地图代数的油气空间分布评价系统

为展示油气概率在地理空间上分布,同时展现对应区域地质对象,基于地理信息技术及地图代数计算,实现对不同地质区域不同部分的油气概率分布评价。首先定义油气概率评价矢量图层并栅格化处理,通过地图代数公式录入及计算,得到油气概率空间分布;进一步通过插值方法对周边地理区域进行油气概率近似估计实现预测;同时实现了完善的地图代数公式设定。结合实例,验证了与地理信息系统结合效果,为油气空间分布提供更直观的展示途径。