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时态GIS若干关键技术的研究

王长缨  
【摘要】:时态GIS是近年来GIS领域在认识和实践方面的一项重要发展。本文报告了源于国家自然科学基金项目“林火行为的动态模拟信息系统”的时态GIS领域若干关键技术的研究。这些关键技术领域涉及GIS时空数据模型、图像融合和GIS时空分析领域的元胞自动机模型等,是构建时态GIS应用的具有一般意义的基础问题。本文在分析传统的GIS数据模型的基础上,面向课题应用提出了一个时空数据模型。对GIS领域涉及的图像融合与拼接问题进行了研究,提出了利用图像特征信息的进行拼接配准和降低计算量的像素级融合与拼接算法。在时空分析的元胞自动机模型方面,对地理元胞自动机模拟实际地理环境所存在的本质问题进行了研究,提出了规则学习的思路和方法,并研究了元胞自动机在地理图像处理方面的应用。最后综合上述研究,提出了一个以元胞自动机作为推理机驱动的林火蔓延专家系统模型。本文的主要工作和创新点如下: 1.分析了林火蔓延空间对象及其属性的时态性质,在时空数据模型ESTDM的基础上,提出了一个基于地理对象时态性质分类的、描述元胞空间的时空数据模型。该模型提高了空间数据的时态表达能力,有着较少的数据冗余和更好的操作性能,较好地反映了林火蔓延的时空特征,便于元胞自动机操作。 2.提出了利用图像特征信息的像素级图像(栅格DEM数据)融合与拼接算法,改善了图像配准并降低了拼接计算量。该方法对实时CCD多区输出和多CCD遥感图像拼接的也有重要的价值。 3.标准元胞自动机是按照一组确定的规则演进的,因此元胞空间的状态传播与地理空间的地理流传播有本质的不同,这使元胞自动机模型的准确性受到损害。为解决该问题提出了元胞自动机规则的免疫学习机制。 4.研究了元胞自动机进行地理图像处理的原理及其在图像降噪、边缘提取中的应用,提出了一个基于多尺度元胞的水体中心线提取高效算法。 5.提出了一个用元胞自动机推理驱动的林火蔓延专家系统模型。


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