球面格网系统特征分析及比较

球面格网系统是一种新型栅格数据模型。在全面检索和分析前人相关研究成果的基础上,将球面格网系统分成4种类型:基于经纬线划分的格网系统、基于正多面体划分的格网系统、基于Voronoi划分的格网系统和混合格网系统;并针对各种不同类型的格网,分析了同级格网单元的空间几何特征及不同级别格网之间的层次嵌套等特性。通过对比分析,给出不同格网系统的优缺点及其适用领域,认为不存在满足所有需求的通用的格网系统,相关应用只能针对具体情况,选用最适宜的格网系统。

基于Quaternary编码的球面三角格网邻近搜索算法

分析了球面Quaternary编码的特点,给出了三角格网方向判断的规则,并对该算法与Bartholdi邻近搜索算法的时间复杂度进行了对比。结果表明,分解算法的平均时间耗时量约是Bartholdi邻近搜索算法的23.66%。

基于EQG的WGS-84椭球面等面积格网剖分模型

针对目前等面积全球离散格网模型的不足,提出一种新的等面积椭球面四叉树格网剖分模型,并以WGS-84椭球体为空间基准,阐述该格网的剖分原理及节点坐标计算方法,并对不同层次格网的几何变形进行分析。结果表明:所得格网单元均匀,面积相等,且具有层次性、嵌套性、易于多分辨率的建模等特点。

球面离散六角格网系统中实体表达模型研究

球面离散格网系统作为一种新的数字地球参考模型,能够满足对地理空间数据的高效管理和应用需求。本文主要研究了球面离散六角格网系统中点状、线状和面状3类空间实体的表达模型,并结合面状实体的空间连续特性,利用格元之间的层次关系和邻近关系,提出层次关系邻近指数的概念,对面状实体表达模型进行优化。实验结果表明,相对于直接存储格元地址码的方式,经过优化的模型能够节省约60%的存储空间。

基于球面离散格网的遥感影像数据存储策略

球面离散格网模型是一种能够表达真实地理球面世界的数据模型,由于其格网划分的层次性,底层的遥感影像数据是以海量的小块数据块形式存在。本文根据球面离散格网遥感影像数据这种海量小数据块的特点,提出了一种局部分布式的虚拟存储方法,在维护影像存储区域相关性和剖分层次的同时,对遥感影像进行并行存取操作。

卫星重力梯度数据的归算与格网化处理

给出引力梯度数据归算的二阶径向改正公式,计算结果表明选用高精度参考重力场模型可以有效控制归算误差的影响。比较加权平均法、Shepard曲面拟合法和最小二乘配置法用于卫星重力梯度数据格网化处理的精度和适用性,采用不同噪声背景的径向引力梯度数据进行格网化处理,计算结果表明:最小二乘配置法相比加权平均法和Shepard曲面拟合法具有明显优势,其格网化精度可满足高精度重力场恢复的需要,建议在实际计算中采用最小二乘配置法进行格网化处理。

球面数字空间下的基本拓扑模型

球面格网数据模型SGDM(SphereGridDataModel)具有多分辨率和层次组织的特性,已成为目前构建globeGIS的有效方法之一。但是,目前关于球面定性和定量的相关模型方法,大都建立在球面连续空间之上。为使计算机能有效地进行球面空间数据处理和关系计算,亟需在球面离散空间上建立起一套空间分析模型和相关方法。本文给出了球面数字空间的定义和特性,建立了基于流型的球面数字空间的基本拓扑模型,将Egenhofer等人的4交关系模型推广到球面数字空间。

利用等面积格网模型的GNSS PDOP高效评估方法

为解决位置精度衰减因子(position dilution of precision,PDOP)监测评估中经常使用的等经纬度间隔格网模型(equal-interval of longitude and latitude grid,GRID_ELL)存在全球格网点分布不合理、评估统计结果有偏差、计算和存储效率低等问题,进一步开展全球PDOP长周期实时监测服务,引入两种等面积格网模型:等弧长格网模型(equal-arch-length grid,GRID_EAL)和正二十面体球面格网模型(icosahedron-based grid,GRID_IB),并分析其与GRID_ELL模型之间的差异。结果表明,两种等面积格网模型能够显著改善GRID_ELL模型全球格网点分布不均匀的现象以及目前全球PDOP监测评估统计结果中的偏差。重点针对不同格网间距的GRID_EAL模型适用性进行测试,结果表明,5°间隔的GRID_EAL模型能在保持全球PDOP监测评估准确性的同时,在计算效率和存储上带来36.3%和34.1%的提升与优化。

基于正多面体的球面三角剖分与分析

球面离散格网模型单元的面积、形状是否相似关系到模型的精度,因此定量分析单元的几何变形、分布规律等是格网模型建模的重要组成部分。文章通过对基于正八面体和正二十面体球面剖分获得的球面三角单元进行分析,分析结果表明随着剖分层次的增加单元面积和形状变化趋于稳定,基于正二十面体的球面剖分与基于正八面体相比有更好的相似性;单元的变形程度与其到正多面体顶点的距离成负相关,而周长和面积变化成正相关;单元各属性比值所占的百分比与剖分层次无关,其较大峰值都分布在正多面体的顶点附近。

混合式球面退化剖分模型的设计与编码

为了解决球面退化四叉树格网(DQG)模型孔径较大、格网单元面积分布不均匀以及三角格网单元应用不完全四叉树剖分的问题,通过控制单元面积的思路设计了一种格网单元孔径更小、分布更均匀的四边形(中低纬地区)与三角形(高纬地区)的混合格网模型——混合式球面退化格网模型(MSDG);并对所有格网单元利用四叉树进行编码。通过对格网单元的几何属性统计分析发现,该格网模型的几何属性与DQG模型相比,其单元面积变化更小、分布更加均匀稳定。

区域椭球面上数字高程模型的建立

提出了在局部区域的椭球面上建立数字高程模型的原理和方法。这种椭球面的DEM是在区域性椭球面上基于新大地坐标系建立的,不同于现有的基于投影平面的DEM。由于未经过从椭球面到平面的投影,从而杜绝了投影变形,也消除了平面位置与水准高程之间作为3维坐标的不兼容性。在具体建模中,直接基于与测区平均高程面最优拟合的区域性椭球面,采用格网DEM的建模方法来建立椭球面DEM。

Global GIS及其关键技术

Global GIS(全球性地理信息系统,GGIS)的研究近年来变得日益重要,基于对目前研究现状所做的分析和评述,指出了构建基于统一三维地心参考系并以地球椭球体模型为依托的多层次格网框架是GGIS研究的基础,并且在全球性多源多尺度空间数据集成、三维椭球面空间数据表达以及多层次格网编码与索引技术等方面均存在着一系列理论与技术问题有待解决,分析了这些问题的难点所在,并给出了一些参考性的解决方案。

球面多路径格网的恒星日滤波算法及其在PPP中的应用

针对传统的观测值域恒星日滤波在卫星精密单点定位(precise point positioning,PPP)应用中存在的问题,提出球面多路径格网的恒星日滤波算法并应用到静态PPP中,设计了确定格网大小的统计方法,给出了算法的实施步骤。利用全球分布的10个IGS监测站接收的GPS卫星实测数据进行了试验验证,结果表明,本文算法能够明显削弱地面连续运行监测站载波相位观测量的多路径误差;应用本文算法后,1~3h的静态PPP定位精度得到明显提高,E、N、U三方向RMS分别提高41.59%、38.60%、36.96%。

基于多分辨率半边的分块LOD模型无缝表达

为了从格网剖分结构上解决分块LOD(Level Of Details)模型中复杂的块内、块间裂缝问题,避免目前裂缝消除方法的缺陷,该文提出一种基于多分辨率半边结构的分块LOD模型无缝表达方法。首先,引入多分辨率组合映射理论,给出基于多分辨率半边的菱形块多尺度表达的基本方法,包括菱形块剖分方法和编码方法;在此基础上,提出块内、块间格网无缝表达机制,设计并实现了基于菱形块的全球地形动态LOD管理机制;最后,应用C语言和DirectX工具,开发了相应的可视化实验系统。实验表明:该方法从格网剖分结构上解决了全球地形分块LOD模型中的块内、块间裂缝问题;与传统方法相比,其不需要限制相邻格网的剖分层差,简化效率更高,且无地形失真。

基于菱形块的全球离散格网欧拉数计算

对全球离散格网的研究已成为目前国际GIS界的研究热点,其中欧拉数是讨论球面栅格区域局部拓扑不变量的重要参数,也是描述和推断球面栅格拓扑关系首先要解决的问题。本文以菱形块作为全球离散格网的数据组织单元,在利用线性四叉树Morton编码作为地址码对菱形块进行邻近搜索的基础上,在对菱形块进行剖分的同时,对其子菱形块进行行列号的剖分,然后利用菱形块行列号进行邻近搜索,最后利用邻近搜索的结果计算出全球离散格网的栅格区域进行欧拉数。最后,本文在C++和DirecX环境下验证了该算法的有效性和正确性。

利用多分辨率半边进行全球多分辨率DEM无缝表达

应用传统四叉树结构进行全球多分辨率数字高程模型(digital elevation model,DEM)表达时,不同层次相邻格网间会产生裂缝问题,尽管目前有许多裂缝消除的方法,但大都是属于'后期处理',且存在诸多限制。为此,引入多分辨率组合映射理论,提出了一种基于多分辨率半边结构的全球多分辨率DEM无缝表达方法。首先给出了基于多分辨率组合映射的多种全球离散格网统一表达方法和裂缝消除原理,并以球面菱形格网为例,提出多分辨率半边编码方法和坐标转换方法;然后,设计并实现了一种全球多分辨率DEM无缝表达算法;最后,应用C++语言和DirectX工具,开发了相应的可视化实验系统。实验结果表明,利用多分辨率半边结构,通过边界结点细分方法的特殊处理,球面菱形格网的四分体内部、边界和极点处均不会产生裂缝。与传统方法相比,该方法从前期的格网剖分结构上解决了多分辨率DEM格网的裂缝问题。