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快速高精度DEM生成技术研究

章孝灿  
【摘要】: 随着GIS、RS、GPS技术的迅速发展及应用的不断深入,对DEM的精度要求和构建的速度要求不断提高,本文着眼于快速、高精度DEM生成技术这个大方向,寻求这一非常紧迫和重要的现实问题的解决算法,重点研究了快速生成高精度DEM的问题瓶颈、实现算法以及相关的空间数据结构,获得了一系列创新的进展和研究成果。 1.本文提出了普通三角网建立、等高线约束、三角网优化、平坦三角形处理以及工作区边界嵌入的快速建立高精度DEM的算法流程,这种算法流程能够充分体现实际地形特征以及描述地形的等高线的特性。 2.创造性地提出了基于“凸壳技术”的普通三角网快速联结算法,通过实际应用和理论分析,其时间复杂度近似为0(n),解决了DEM建立过程中所存在的算法瓶颈问题。 3.建立了可以高效实现普通三角网联结、等高线约束、三角形优化、平坦三角形处理、边界的嵌入等算法的基于点、线、面(三角形)来描述DEM的具有拓扑关系的数据结构。 4.创造性地提出了充分利用了DEM拓扑数据结构的基于“扫描线技术”的快速定位算法,该算法提高了边界的快速嵌入效率,同时该算法不仅可以实现DEM中的快速定位,而且可以在GIS的拓扑数据结构建立过程中,实现内点和孤岛的快速归属判断处理。 5.实现了地形图地形信息数字化的错误检查与DEM建立的一体化处理,即在建立DEM过程中,嵌入了充分考虑地形逻辑关系的错误检查机制,为获得高质量的地形等高线数据提供了自动化检查手段,从而大大提高了地形图数字化的生产效率。 6.实现了大比例尺地形“海量数据”快速建立DEM的问题,同时对各个关键算法均进行了健壮性处理,从而避免了数值计算误差可能带来的DEM建立失败。 7.在等高线约束过程中,给出了完整的对角线交换算法的证明,从而为对角线交换算法在高精度DEM生成中的应用解决了理论基础。 8.创造性地提出了A象限角度计算法,它可以实现快速确定与同一结点相 连接的所有边的邻接关系;避免了复杂的三角函数计算,而且该算法还可以在 GIS的拓扑数据结构建立过程中,快速地构建与同一结点相连的所有弧段间的邻 接关系,为拓扑结构的快速建立创造了条件。 所研究开发的 DEM分析系统在多个项目的实际应用表明,本文提出的 DEM实 现流程和算法,能够实现快速、高精度地构建DEM的目的。


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