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《武汉大学》 2004年
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数字地形模拟—地形数据获取与数字地形分析研究

赵杰  
【摘要】:人类生活在地球表层之上并与地形处处存在着联系,鉴于地形信息在地质、地形、水文、自然灾害监测、自然资源调查等诸多领域的重要性,人们从很早以前就开始研究地形信息的获取、表示、管理与分析技术,同时,这些问题也一直是测绘制图等相关学科领域的重要研究内容。数字地形模拟是指以数字地面模型为核心的关于地形数据的获取、管理、表示以及在此基础上的地形分析等诸方面研究的集成框架,其研究内容主要包括:地形数据获取、建模方法、精度分析模型、数据生产的流程组织和质量控制、数据组织和高程内插方法、地形信息的多维表示、数字地形分析等。关于数字地面模拟的理论和实践的研究在不同的时期侧重也有所不同,但是因为地形数据获取和数字地形分析分别决定了地形信息的可得性和可用性,所以一直是数字地形模拟的重点研究方向。 本论文围绕着数字地形模拟的相关理论方法和关键技术问题进行了讨论,其中重点研究了基于航空遥感影像的地形数据获取和基于DEM的数字地形分析问题。在对国内外这方面工作进行总结分析的基础上,针对数字摄影测量立体像对影像匹配的可靠性问题,首次提出了基于良好匹配点三角形约束下影像匹配传播方法;为了解决以往基于邻域操作的地形结构线提取算法效率低下、结果准确性差和处理数据规模限制等问题,提出了适用于大规模规则格网DEM数据的基于矢量、栅格操作相结合的地形结构线快速提取算法。主要工作如下: 1) 从数字地形模拟的角度对地形数据获取和数字地形分析进行了研究,从摄影测量与遥感的角度出发讨论了各种地形数据获取方法,其中重点分析基于航空影像的可靠匹配方法;对基于DEM的数字地形分析问题进行研究,其中对基于规则格网DEM的地形结构线的提取问题进行了重点研究。 2) 提出了一种基于核线影像对和良好匹配点三角形局部连续性约束和顺序约束下的影像匹配方法,该方法利用已知良好匹配点在Delaunay TIN的约束下进行纹理自适应的匹配传播,同时利用新的匹配点对Delaunay TIN进行动态细化使得局部几何约束区域的大小自动适应影像纹理特征的变化,从而得到更加可靠的影像匹配结果。同时保特征的匹配结果也为后续的人工目标三维重建提供了良好的基础。 3) 提出了一种基于规则格网DEM的地形结构线提取算法,将矢量操作与栅格操作结合起来对DEM中的洼地进行填平处理,采用邻域格网分组扫描方法确定平地水流方向,基于河网Strahler分级对提取出来的河网进行修正,以往算法相比在提取效率和结果准确性等方面都有了明显的改进, 4) 研究了海量DEM数据的管理问题及其数据索引和调度机制,在此基础上对适用于大规模规则格网DEM的地形特征线提取算法进行了研究,采用基于数据分页的数据动态调度方法,解决了以往基于文件管理方式对于处理数据规模限制的问题,同时避免了因为DEM分块处理所导致的分析结果的不一致和不相容的问题。
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