滚动球变换支持下的TIN-DDM地形特征线自动提取方法

针对传统规则格网数字高程模型地形特征线提取方法中存在阈值难以定量调控、连接方式无法自适应调整以及地形特征线类型不完整的问题,将滚动球变换模型应用于不规则三角网数字水深模型(triangulated irregular network digital depth model,TIN-DDM)地形特征线的自动提取,在构建临界滚动球半径关联的地形特征点定量识别判定准则基础上,引入地形形态边界点概念,采用逆向工程的建模思路,建立了以剖分单元为基础的地形特征线自动提取模型,结合地形类型判定准则的多尺度表达特性及顾及水深数值的地形特征优化模型,提出了可多尺度表达且类型完整的地形特征线自动提取方法。试验结果表明:相比于经典地表流水模拟方法,该方法可实现完整、连续且细分的TIN-DDM地形特征线自动提取及多尺度表达,且提取的地形特征线具有更高的地形重构精度。

基于SRTM数据的中国1:100万SOTER地形体的构建

集土壤与地形数据于一体的SOTER数据库,较单一的土壤或地形数据库包含有更多的信息,这能够为日益锐化的人口与自然资源之间的矛盾的解决提供更有力的数据支持。而全国尺度SOTER数据库的建立将能够从国家尺度为该矛盾的解决提供更多的支撑。本文利用新的数据源(SRTM)和数字土壤制图技术,定量化地构建了中国1:100万SOTER地形体。通过本研究发现,采用90m分辨率的SRTM数据来构建1:100万的SOTER地形体的结果是令人满意的,可以实现无缝接边,与传统的方法相比,更准确、更快速、更一致。同时,也提供了一个定量化构建小比例尺地形体单元的方法,为小比例尺SOTER数据库的建设提供方法论上的支持,对实现农业和环境资源的有效管理具有重要的作用。

国家基本地理单元数据集的初步研究

基本地理单元是地理环境条件基本一致的空间单元,其内部要素分布的一致性显著,与相邻单元地理特征存在明显的差异。基本地理单元数据是建立在地理信息系统数据和技术基础上的专题数据。本论文就基本地理单元中的地形单元格网统计、地形类型的分类分级指标等问题进行了一系列的探讨和实验,提出了国家级中小比例尺基本地形单元数据集编制的主要技术方法和指标。

基于ArcGIS的连云港港区海陆一体化三维地形建模

港区地形建模中水边线定位及规则地形单元的高精度表达是建模过程的关键。以连云港港区为例,着重介绍了ArcGIS10环境下基于规则格网的港区海陆一体化地形建模过程。结果表明,基于地形建模工具Topo to Raster的算法特点,将海、陆分区并作为陆地与水下地形建模的约束条件,可获得高精度的水边线定位;而利用栅格条件分析功能可以实现对规则地形单元高程属性的修正,从而实现对复杂地形特征的精细表达。建模过程对于港区地形建模具有一定参考价值。

基于地形高度域的数据压缩算法研究

随着遥感技术的发展,地形数据规模越来越大,远远超过了内存处理的范围,成为急需解决的问题.通过数据压缩提高系统吞吐量是常用技术之一,随着GPU技术的快速发展,传统的压缩算法无法充分利用GPU的能力.鉴于此,本文提出了一种基于GPU的地形数据压缩方法,实现了高度域和位置信息的压缩.不同于其他的算法仅对高度或位置进行压缩,本文的主要贡献在于将地形的位置和高度同时进行处理,当前顶点的所有信息都可以根据当前分段计算得到.算法对地形的高度域进行贝塞尔曲线的近似,保存每个顶点的差值,实现有损和无损的相结合的高比率的压缩.通过与传统方法的比较,实验结果表明,能够取得很好的压缩效果.

瓦片块四叉树动态地形层次细节算法

针对动态地形中车辙实时可视化的要求,提出并实现了一种基于图形处理器(GPU)的动态地形层次细节(LOD)算法。以基于GPU的动态地形算法作为地形形变算法,以瓦片块四叉树算法作为地形绘制算法,通过重复使用一小块顶点缓存和索引缓存,结合不同的缩放和平移因子来渲染不同细节层次的瓦片块,实现了视点相关连续LOD动态地形可视化。对地形块增加"裙子"顶点,并使增加的裙子三角形和瓦片块地形绘制算法无缝衔接在一起,消除了不同细节层次的瓦片块拼接时可能产生的裂缝现象。在碰撞检测时利用着色器实现了在GPU上进行地形高程值查询。实验表明,该算法充分利用了GPU的特性,对动态地形的渲染是可行的和有效的,适合于大规模动态地形的绘制。

基于二叉树和GPU的无缝地形场景渲染方法

设计了一种基于图形处理器(GPU)的无缝地形渲染方法。该方法基于二叉树构建多层次地形网格,该网格用基于行、列号的地形模板表示。在设计过程中,将高程数据转化为适于GPU读取的高程纹理图,再通过顶点纹理提取(VTF)技术从纹理图中采样出高程值用于渲染,整个过程在GPU端完成,提升了地形数据访问效率。同时,采用实时优化自适应网格(ROAM)算法的强制拆分法,通过控制相邻地形块的等级来消除裂缝。最后,采用TriangleStrip方式进行渲染,避免了相邻三角形中顶点坐标数据的重复传递,减少了传递到GPU的数据量。用两块地形数据对算法渲染效率进行了检验,并将算法与Clipmap算法进行了帧率对比。结果表明,该算法有效解决了分块数据的裂缝问题,达到了交互式地形渲染的要求。

轮腿式机器人步态生成的拓扑矩阵方法

为实现机器人在核电救灾等非结构化环境中的步态规划和自适应行走,以六足轮腿式机器人为研究对象提出基于当前地形的机器人自适应在线生成步态的规划策略,通过全局地形环境中机器人对前进方向局部地形的实时识别,确定其基本地形类型,产生相应的基本步态,动态生成机器人的步态序列。定义机器人触地状态及其列矢量表达,给出机器人步态因子的分类及其拓扑矩阵;定义基本地形及相应的基本步态,给出基本步态的拓扑矩阵;在此基础上,提出基于地形识别的步态拓扑规划策略和步态拓扑矩阵生成流程,通过矩阵递推算法实现机器人步态拓扑的动态生成。

地形起伏度最佳分析区域研究

地形起伏度是指定分析区域内最大相对高程差,反映地面相对高差,描述地貌形态的定量指标。确定实验样区的最佳分析区域是地形起伏度提取算法中的核心步骤和决定区域地形起伏度提取效果与有效性的关键。基于64幅实验样区数据进行多尺度地形起伏度计算,试图确定地形起伏度的最佳分析区域。实验结果表明:实验样区的地貌特征和最佳分析区域并不存在直接依赖关系,而"边长-最大地形起伏度"的对数拟合曲线参数和实验样区的高差存在强线性相关关系,即可以通过实验区域高差确定"边长-最大地形起伏度"拟合曲线,最终确定较准确的最佳分析区域值。

基于提升小波的地形数据混合熵编码压缩与实时渲染

高分辨率地形高程和影像数据给交互式3维地形可视化应用带来沉重压力,主要体现在数据存储、调度传输及实时渲染等方面。该文设计一种基于提升小波变换与并行混合熵编码的地形数据高性能压缩方法,并结合图形处理器(Graphics Process Unit,GPU)Ray-casting实现大规模3维地形可视化。首先建立多分辨率地形块的小波变换模型来映射其求精和化简操作;其次,基于提升小波变换分别构建格网数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)和地表纹理的多分辨率四叉树,对量化后的稀疏小波系数引入并行游程编码与并行变长霍夫曼编码相结合的混合熵编码进行压缩;将压缩数据组织成多序列层进码流进行实时解压渲染。在GPU上基于统一计算设备构架(Compute Unified Device Architecture,CUDA)实现该文的提升小波变换与混合熵编码。实验表明,在压缩比、信噪比与编解码的数据吞吐量综合指标方面,该文方法优于其它类似方法。实时渲染的高帧率满足了交互式可视化的要求。

多源DEM数据融合

数字高程模型（DEM）是国家空间数据基础设施的框架数据，其产品种类和获取方式多样，应用多源数据融合技术提升DEM产品质量受到越来越多的关注。本文论述了DEM数据融合的国内外研究现状，从数学基础配准、异常值检测、精度评估、空洞填补等方面阐述了数据融合预处理关键技术；对DEM数据融合的空间域融合、频率域融合、稀疏表达融合方法进行了分析与比较，指出了该领域的相关问题及进一步的研究方向。

一种新型AGV驱动单元结构设计与分析

在深入研究AGV工作原理的基础上,针对AGV小车在搬运质量较大货物时,出现驱动轮打滑或摆动的现象,从AGV驱动机构设计方面进行分析,进一步研究AGV小车。该文以六轮差速驱动机构为依托,构建了一种独立悬挂的新型驱动单元结构,通过两种驱动单元连接结构的分析对比和基于ANSYS的分析验证了该机构的可行性和强度可靠性。基于上述设计的样机进行试验,结果表明该驱动单元结构能够上下窜动保证驱动轮与地面的完全接触,进而有效的解决驱动轮打滑和车体摆动问题,使AGV能够适应全地形工作。

基于GPGPU的海量山地地形数据的实时绘制算法

针对山地地形海量数据的特点,基于GPU的GeometricalClipmap算法,应用简化的工作流程,结合GPGPU技术,采用了一种更为合理的高程数据组织交换模式,通过引入高程误差数据巧妙地解决不同分辨率之间的裂缝问题,并对高分辨率的遥感影像作为地形纹理的实现方法加以补充,进而实现可应用于虚拟现实系统的海量地形数据的实时可视化。

基于纹理数组的大规模地形绘制算法

将Shader Model 4.0引入的纹理数组技术同顶点纹理拾取技术、瓦片块四叉树算法和地形分块技术等相结合,提出了一种基于GPU的大规模地形绘制方法。将整个大规模地形数据分割成地形块,按照金字塔模型保存在CPU内存里,将地形中潜在的可见部分以纹理数组形式驻留在GPU Cache里;在CPU上发送瓦片块四叉树平面网格,利用存储在GPU Cache里的高程值生成相应的地形;GPU Cache随着视点运动而连续更新。实验证明该方法充分利用了现代GPU的特性,适合于大规模地形的漫游。

基于双层次细节图像空间融合的地形绘制方法

为加速地表模型绘制速度,提出一种基于双层次细节图像空间融合的地形绘制方法。首先建立具有高、低细节层的地表模型,通过在图像空间计算高细节层与整个地形投影面积的比例,控制高细节层覆盖范围,把两层模型的过渡区域推向离视点较远的位置;过渡区域采用了基于图像空间的逐像素纹理混合与偏移方法,避免在图形空间建立几何过渡带计算开销过大的问题,消除两层次邻接所产生的视觉裂缝。算法在GPU设计与实现。实验表明,该方法在保持逼真视觉效果的同时,能够保持较高的三维地形绘制速度。

基于障碍约束空间聚类的地形单元划分

地形单元划分是地理环境分析的基础。为了解决凭经验划分地形单元问题，提高地形单元划分效能，提出了综合采用拓扑构建技术和约束空间聚类技术来划分地形单元，旨在通过计算机辅助决策，自动划分出理论上最佳的地形单元，服务地理环境认知。试验表明，障碍约束空间聚类技术能较好解决地形单元的自动划分问题。

数字地形分析在滑坡研究中的应用综述

高效的数字地形分析(Digital Terrain Analysis,DTA)是滑坡预测与评估研究的重要手段。文章综述了DTA在滑坡研究中的应用现状,基本内容包括地形因子分析、地形形态分析、地形单元划分以及DEM与滑坡模型的结合分析。地形因子分析的应用多而广,主要思路是在地形因子与滑坡发育的关系研究基础上分析其滑坡敏感性,进而构建滑坡预测和评估模型;地形形态分析是滑坡识别的重要手段,加强地貌形态和滑坡发育的关系研究有助于对潜在滑坡地形的识别;地形单元划分能为滑坡研究提供统计和分析单元;DEM与滑坡专业模型的结合方式多样,程度各异。同时,从尺度选择与转换的角度探讨了DTA滑坡研究的尺度问题,分析了DTA的局限性,指出DEM不能提供完备无误的地形信息,DTA不能完全取代常规的地形分析。最后,基于以上论述对未来的研究趋势提出了展望。

基于PBO的地形绘制

为了进一步解放CPU,以便更多地去利用GPU的性能,提出了一种基于PBO的地形绘制。该地形绘制在Geomipmap-ping地形绘制算法的基础上引入了PBO,其过程是纹理在CPU的控制下直接被送到PBO,在GPU的控制下再从PBO把数据复制到纹理对象。同时为了适应PBO的异步传输机制,引入了双PBO机制。实验结果表明,基于PBO的地形绘制不但充分利用了GPU的性能,同时也极大程度地解放了CPU,使CPU能直接进行其它的工作,基于PBO的地形绘制算法符合当前以GPU为核心的地形绘制。

场地区域类别划分方法的应用分析

基于场地成因的场地分类方法主要是依靠大量的地质资料,建立地质条件和成因的场地分类矩阵[1],通过GIS完成场地类别划分。以遵义市为例,收集了比例尺为1:50万的地质图资料,借助Arcgis建立了遵义市地质数据库,结合地层年代和岩石坚硬程度等地质因素,完成了遵义场地类别划分,并根据实测钻孔对场地分类结果进行验证,分类结果大致正确。基于地形坡度的场地类别划分方法是利用DEM数据进行坡度分析,借助V_(S)30建立坡度与场地类别之间的关系,从而进行场地类别划分。获取了30 m精度的DEM数字高程数据,对其进行坡度分析,并建立了坡度与场地分类之间的关系,完成了美国标准下的遵义场地区域类别划分,并根据实测钻孔对场地分类进行验证,分类结果大致正确。

三维地形数据自适应金字塔技术的设计与实现

传统金字塔模型主要解决单一数据源数据的存储和数据的调度问题,无法满足三维地理信息系统对多源异构金字塔数据动态扩展和快速更新数据的需求,基于此,文章提出三维自适应金字塔模型,并进行了技术分析,通过构建多源异构数据适配器,将三维地形数据转换为地形数据逻辑单元,实现多源异构数据的统一,着力解决异构金字塔数据的统一调度和显示问题。