无人机DEM测点插值算法的矿区沉陷测绘技术

为实现对矿区沉陷深度的精准测量,完善测绘技术的具体实施方案,针对无人机DEM测点插值算法的矿区沉陷测绘技术展开研究;根据DEM测点获取结果,实施分维值测定处理,再以此为基础,确定插值拐点所处区域,实现对无人机DEM测点插值算法应用流程的完善;联合像控点布设原则,定义空中三角区域,并通过推导径向插值基函数的方式,建立矿区沉陷区域的地理模型;在空间坐标系转换条件的基础上,确定矢量数据叠加的处理结果,再结合像片倾角与旋偏角的实际取值,求解测量精度评价指标,完成无人机DEM测点插值算法的矿区沉陷测绘技术实施方法的设计;实验结果表明,上述测绘技术方法作用下,沉陷深度测量结果与矿区真实沉陷深度之间的差值不超过1 m,符合精准测量的应用需求,对于测绘实施方案的完善可以起到一定的促进性影响作用。

基于机载LiDAR技术的地面沉陷变形DEM构建方法探究

针对矿区大范围地面沉陷变形难以监测的问题,本文采用机载激光雷达(LiDAR)技术对矿区进行地面沉陷变形监测。结果表明,采用改进的渐进加密三角网滤波算法和局部多项式插值法对机载LiDAR点云数据进行处理,可获得精度较高的沉陷变形数字高程模型(DEM),且通过点云降噪、滤波和插值,可将沉陷变形监测误差控制在50 mm以内。机载LiDAR技术不仅弥补了传统摄影测量参数计算复杂,外业工作量大,监测效率低等缺陷,还能不受地形和地貌等外界环境因素影响,对大范围地面沉陷变形进行监测。因此,该项技术对于监测矿区地面沉陷变形,合理设计矿区开采工作面,保护沉陷区地表建筑物具有重要的意义。

基于DEM坡度坡向算法精度的分析研究

坡度坡向是两个最基本的地形因子,目前对DEM坡度坡向计算模型和精度存在一些不同的甚至矛盾的观点,其原因在于没有区分误差来源和分析评价方法的不同。本文对DEM坡度坡向误差进行了理论分析,并通过实验数据对相关结论进行了验证。旨在澄清目前关于坡度坡向计算模型上的矛盾结论。

自DEM由不同算法提取坡度的对比分析

以陕北韭园沟流域1:10 000水平分辨率为5 m的DEM为研究对象,运用方差分析、回归分析、排序分析等分析方法,采用6种不同算法分别提取坡度。通过比较不同算法所提取坡度的平均值、最大值、标准差、坡度的中误差,定量分析中误差与地形变化的关系后,提出在黄土丘陵沟壑区提取坡度时选用三阶反距离平方权差分算法和三阶反距离权差分较为合理。

基于DEM的坡向提取算法对比分析——以黄土丘陵沟壑区的研究为例

在陕西绥德黄土丘陵沟壑区韭园沟流域25个样区(每个样区约4Km2),以1∶1万地形图制作的水平分辨率为5m的DEM为研究对象,采用6种不同算法分别提取坡向。运用方差分析、排序分析、比较分析等方法和信息论中熵的概念,通过比较不同算法所提取坡向的标准差、变异系数、坡向余弦中误差、不同坡向的面积数据、坡向提取所耗费的机器时间,认为在黄土丘陵沟壑区提取坡向选用三阶反距离平方权差分算法和三阶反距离权差分较为合理。根据实际生产部门需要,提出并实现了对坡向信息进行评价时必须分类别讨论的思路。研究可望为在本区域基于DEM提取准确的坡向信息时选择算法提供参考。

基于ICESat数据的南极冰盖DEM插值方法比较及精度分析

南极数字高程模型(DEM)是从事南极地学和环境变化研究的基础.内插是建立数字高程模型的重要技术点,插值方法有多种,根据不同的适用情况,不同的插值方法各有优劣.利用克里格、距离反权、三角网剖分、最小曲率以及移动平均5种插值方法分别建立南极冰盖小范围区域的DEM,通过抽取部分观测数据作为验证值对各插值方法进行了比较.结果表明:克里格插值方法的可靠性最好,稳定性最高.然后,利用克里格插值方法,基于ICESat测高卫星的GLA12数据建立了南极冰盖的DEM.由于南极大陆实测数据有限,缺乏对DEM的检核.为了分析所建DEM的可靠性,利用中国南极内陆冰盖考察所采集的GPS实测数据,对所建立的DEM进行了验证分析.结果显示,DEM在坡度较缓的南极内陆冰盖区域精度较高,符合度在3 m以内;距离卫星轨道越近的区域精度越高,可达到1 m以内.在坡度较大,高程变化较为显著的区域如沿海地区,精度较低,差距最大的点超过40 m.

基于DEM的任意方向坡度计算方法

坡度是数字地形分析中重要的地形因子,在水文分析、土壤侵蚀模拟、地貌类型划分等地学分析及工程上均有广泛的应用。由于地形的各向异性,坡度在各个方向上并不相同。目前,基于DEM所提取的坡度,均是位于最陡方向上的坡度,而任意给定方向坡度计算是地学分析和工程应用中较为常见的问题。在对目前DEM坡度提取算法研究的基础上,通过数学分析,给出了格网DEM上任意方向格网点的坡度计算模型和计算流程,并给出了相应的计算实例,从而将坡度计算模型从特定方向推向任意方向,使DEM坡度计算更具普适性。

不同地形下DEM的坡度坡向算法比较

基于淮河流域、黄河源区、东江流域三类不同地形区的DEM,利用简单差分、二阶差分、Frame差分、三阶不带权差分、三阶反距离平方权差分、三阶反距离权差分六种算法计算了坡度、坡向值,引入面积累积曲线来判断六种坡度、坡向计算方法在三类不同地形区的适用性。结果表明,三阶差分系列算法在三个地区适用性较好;简单差分、二阶差分的适用性较差;Frame差分在黄河源区、东江流域的坡度、坡向计算中结果较好。

顾及DEM误差自相关的坡度计算模型精度分析

基于DEM的坡度计算,其误差来源于DEM误差、DEM结构和坡度计算模型。在顾及DEM误差自相关的前提下,对四种DEM坡度计算模型进行了分析和评价。研究表明,三阶不带权差分能给出较高的坡度计算精度;在局部窗口中,格网点数量越多,坡度计算越准确;等权比不等权的坡度计算模型更准确;DEM误差自相关结构形式对坡度计算无影响。进一步的理论分析和试验分析还表明:DEM误差自相关性的存在,不仅能够改善地形分析的精度,也能改善DEM自身精度。

基于DEM的地形曲率计算模型误差分析

地形曲率是地形表面几何形态和地学建模的基本变量之一。本文首先对曲率计算模型进行了归纳,然后通过数据独立的DEM误差分析方法和实际DEM的分析验证,对目前九种曲率计算的三类曲率计算模型进行了量化分析比较。研究结果表明,当DEM数据精度比较高时,高次曲面(四次曲面)能给出较高精度的曲率计算结果,而当DEM误差较大时,低次曲面(二次曲面)由于具有误差的平滑作用而能产生较高精度的曲率值。

一种基于等高线生成DEM的方法

文中分析了常用的插值方法 ,通过对等高线生成DEM数据方法的研究 ,提出了分量内插方法生成DEM数据的算法 ,对实现过程进行了详细分析 ,并对DEM网格精度作了进一步探讨 ,该算法已用VC + + 6 .0编程实现。通过实际使用 ,证明该算法执行速度快 。

从DEM中自动提取自然水系

为了从数字高程数据中自动提取区域水资源信息 ,以提高基于 GIS的区域水资源勘查评价工作的效率 ,提出了一种从 DEM中自动提取自然水系的实用方法 .该方法通过 DEM数据预处理 ,首先将其中的洼地和小平原改造成斜坡 ;然后依据水总是沿斜坡最陡方向流动的原理 ,确定 DEM中每一个栅格点的水流方向 ,再根据各点的水流方向数据 ,计算出每一个栅格点的上游给水区 ;接着 ,根据栅格点上游给水区数值 ,用阈值法确定水系栅格点 ,并对水系栅格点进行筛选 ;最后 ,根据水系栅格点的水流方向 ,将整个水系追索出来 ,另外 ,还用该方法对试验区的DEM数据进行了自动提取自然水系的试验 ,其结果与用手工方法提取的水系基本一致 。

黄土高原丘坡信息DEM提取算法的应用

选择代表黄土地貌类型(丘陵沟壑区、梁峁区、高原丘陵过渡区)的75个样区(每个样区约4km2),以1∶1万水平分辨率为5m的DEM为研究对象,研究不同算法对提取地面坡度精度的影响。采用6种不同算法分别提取坡度。运用方差分析,对比分析,排序分析等方法,通过比较不同算法所提取坡度矩阵的平均值、最大值、标准差,以及坡度中误差等指标,认为在黄土丘陵沟壑区3类地貌类型区域如果整体考虑坡度的以上指标时选用三阶反距离平方权差分算法较为合理。在黄土高原沟壑区与丘陵沟壑区交错过渡地带也可以选用算法4提取坡度。同时,根据水土保持工作实际生产部门需要,提出并实现了对坡度信息评价时须分级别进行的思路。研究认为,在黄土丘陵沟壑区域相同的地貌类型区,算法对所获得的相同的坡度级别面积影响是不同的,并且规律不相同。在前述三种地貌类型区域,如果需要获得坡度分级面积信息,使用三阶反距离平方权差分算法和三阶反距离权差分最为理想。由于简单差分算法小于其他算法提取坡度所涉及的区域单元大小,不适宜在本区域使用。

河网自动提取技术中DEM的几种预处理算法及应用

在基于DEM自动提取流域水系的过程中,AVSWAT2000模型提供了处理凹地和平坦区的功能,但在实际应用中仍存在一些问题,如有时无法形成相互联结的完整水系,会出现不合理的水系分支等.围绕基于DEM的河网自动提取技术,对凹地和平坦区的DEM预处理方法进行了比较和评述,并将AoTianqi等提出的DEM预处理算法应用于实际模拟研究.结果表明,该算法能较好地改善AVSWAT2000在自动提取流域水系中所表现出来的凹地和平坦区处理方面的不足,推求的河网及流域出水口与数字河网具有较好的一致性.

DEM生成算法并行化研究

数字高程模型 DEM(Digital Elevation Model) ,是一种表示三维空间连续起伏状态的数学模型 ,如今在各行业应用十分广泛 .针对 DEM生成过程中计算复杂、数据量大的特点 ,在分析几种常用的 DEM生成算法的基础上 ,以线性内插算法为样本 ,对 DEM生成算法的并行化处理问题进行了深入研究 .研究中 ,分别从数据并行和算法并行的角度 ,对 DEM生成算法并行化进行了分析 ,并在网络分布式机群下进行了数据处理实验 ,取得了较好的并行处理效果 .最后 ,进一步根据实验结果 ,讨论了两种分解方法的并行效率 ,提出了 DEM生成算法并行化的有效途径 .

基于DEM的分布式融雪汇流模型关键算法和实现

根据小流域和高分辨率DEM数据的特点,在获得栅格单元的坡度、坡向、水流流向、平均流速等相关特征信息并且建立流域的汇流网络之后,建立了一种具有时空特征的基于DEM的分布式融雪汇流模型。在模型中提出了"单元时段"的概念,将其设置为大小可调的参数为模型在现实中的应用提供了极大的便利,给出了模型中的融雪汇流流向出口断面的时间长度和汇流量的关键算法及其详细实现过程的Java原程序代码,并且还针对典型研究区的春季融雪洪水期的洪水过程进行了汇流模拟演算和验证,与同期实测流量的对比分析表明,该分布式融雪汇流模型具有较好的模拟效果。

基于DEM的河网提取算法的比较

本文在数据独立的DEM解译算法分析方法支持下,以比汇水面积(Specific catchment area,SCA)为计算对象,对目前流行的5种路径算法D8、Rho8、FMFD、Dinf和DEMON进行了详细的比较和分析。文中首先从SCA的定义出发,建立了SCA的计算表达式,然后构建了表达式已知的4种数学曲面模拟DEM,最后通过SCA的计算值和理论值的统计分析,定量地描述了5种路径算法所具有的精度,并从算法复杂度、时间效率、健壮性、存储结构、格网结构及流向计算精度方面对路径算法进行了综合评价。结果认为基于坡向的路径算法即DEMON和Dinf能给出较可靠的SCA值和较理想的SCA分布,而基于坡度的路径算法的误差较小。

DEM模型生成效率分析

对建立DEM模型的一般原理和影响DEM生成效率的因素进行了分析，指出改进DEM生成算法效率的关键在于改进离散数据存储结构和在其中的查找算法。

基于CFD-DEM的旋流泵混合颗粒固液两相流研究

为了探究折叶片旋流泵固液两相输送机理,基于CFD-DEM(Computational fluid dynamics-discrete element method)耦合算法,选用油菜籽和黄豆颗粒等比例混合,在不同流量工况和体积分数下对旋流泵进行固液两相流数值模拟和试验研究。同时也研究了折叶片旋流泵内部流动规律及颗粒分布特征。小流量工况下,进口管内螺旋回流长度较长,对进口来流扰动较大。随着流量增大,进口管回流长度逐渐缩短。叶轮前端面旋涡随流量增大,数量先增加后减少,且逐渐向折点方向聚拢。泵内颗粒受循环流和贯通流的共同作用,进口管中心部颗粒主要受贯通流影响,直接穿过无叶腔,冲击叶轮进口;靠近管壁的颗粒受循环流影响较大。无叶腔内颗粒分布呈现出:中心部最高,中间部随外径增大浓度逐渐降低,外缘部浓度稍有上升。叶轮前半部颗粒数量明显少于叶轮后半部,颗粒沿叶片第1段折边运动,在折点处开始发生分离,不再跟随第2段折边。不同工况下,泵进口有不同程度的螺旋回流现象,导致进口过流面积减小。循环流的存在,使得无叶腔和进口管的颗粒充分旋起,泵送能力增强,不易发生堵塞。

基于HASM算法的DEM建模与应用试验

以曲面论为理论基础建立的高精度曲面模型(High Accuracy Surface Modelling,HASM)其插值精度较传统方法提高了多倍,为CAD和GIS系统提供了更有效的曲面模拟工具。但由于HASM需要对研究区域用相同的网格分辨率模拟,且对研究区域内每个网格点建立偏微分方程,因此,计算量和存储量问题严重制约其推广使用。适应法网格精化技术,可以根据模拟区域的地形复杂度或者精度要求调整网格分辨率,即在地形平坦区域用粗网格模拟,在复杂区域用细网格模拟。基于此理论,我们建立了适应算法的HASM。对甘肃省董志塬进行的DEM模拟表明,HASM适应算法能在保证模拟精度的同时,极大地减少了计算时间和降低存储量,从而有效解决了HASM推广使用的计算量和存储量瓶颈问题。