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《解放军信息工程大学》 2006年
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全球多分辨率网格系统数字空间构建及索引机制研究

童晓冲  
【摘要】:随着对地观测手段的日益丰富,遥感动态监测的兴趣范围已由局部逐渐扩展至全球。在这种应用背景下,传统平面数据模型已不能完全满足全球空间信息管理的需要,构建具有连续性、层次性和动态性的球面数据模型已成为广受关注的重要研究方向。本文的研究以全球海量空间数据管理和处理的应用需求为牵引,围绕全球多分辨率网格系统数字空间构建及索引机制,重点研究了具有多分辨率管理潜力的球面网格的生成、全球网格数字空间的构建、编码空间与拓扑空间的相互关系、局部高精度网格生成及局部数字空间的构建等方面的内容,在理论和算法上取得了一定进展。本文完成的主要工作有: 1.提出了一种新型的便于存储,具有多分辨率层次索引、管理潜力的六边形剖分全球网格系统的设计思路、产生步骤和生成算法,并比较了它与现有的球面六边形网格在几何属性上的差异。在此基础上,具体分析了现有六边形索引机制的缺陷,给出了一种新的球面六边形网格金字塔的构成方式; 2.在球面六边形网格生成算法的基础上,设计了球面网格金字塔结构的编码方式,成功地建立了由编码空间和拓扑空间构成的网格数字空间。详细探讨了经纬度坐标与网格编码的转换问题,给出并实现了基于递归层次离散网格坐标系统的互换算法,严格保证了计算的准确性和可靠性; 3.定义了编码空间中“七位运算”、“旋转操作”、“二进制操作”等基本操作,利用局部编码空间与整体编码空间的“自相似性”,探讨了网格单元邻近搜索及层次检索等互操作和索引算法,成功地在编码空间的基础上恢复了球面网格的拓扑空间; 4.提出了局部高精度网格生成及数字空间构建的基本思路,详细分析了局部高精度网格的复杂边缘问题,研究了基于球面任意多边形的边缘简化算法、判断点与球面任意多边形相互关系的组合算法、考虑跨面问题的网格区域裁减以及网格数据的层次生成算法。在此基础上,建立了局部网格的数字空间,并给出了局部空间在全球网格数字空间中的寻址方案。通过实验证明了这些方法的效率和准确性; 5.研究了基于球面网格的可视范围剪裁和与视点相关LOD显示技术,实现了球面六边形网格的多分辨率显示与实时调度,通过实验验证了相关算法的实际效果; 6.设计了基于网格的球面Voronoi图膨胀算法,实验结果表明该算法不仅适用于球面上的点、线、面集,而且生成的Voronoi图具有较高精度。
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