全球多尺度三維矢量數據模型及其空間分析方法研究

《全球多尺度三維矢量數據模型及其空間分析方法研究》是依託武漢大學，由陳靜擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：全球多尺度三維矢量數據模型及其空間分析方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳靜
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

大比例尺矢量數據在網路三維虛擬地球系統中表達主要以柵格化方式為主，難以實現空間分析。已有的三維矢量模型研究中尚缺乏將球面剖分方法、多尺度地形模型和二維矢量模型有機集成為一體，構建面向全球的多尺度三維矢量模型並實現空間分析。對此，課題主要工作包括：在分析已有球面剖分的理論與方法基礎上，突破極地球面剖分的難點，研究顧及索引效率與剖分精度的一體化球面剖分方法。在此基礎上，研究與全球多尺度地形模型適應的三維矢量數據模型，包括：三維矢量數據結構、三維矢量數據索引和三維矢量拓撲重建等。面向網路傳輸，研究三維矢量的壓縮簡化、組織與存儲方法。基於三維矢量數據模型，研究三維矢量的查詢、疊置、緩衝區和最短路徑等空間分析方法。最後開發試驗系統對上述算法和方法的有效性進行驗證分析。通過課題研究將為大比例尺矢量數據在網路三維虛擬地球系統中組織、可視化和空間分析奠定技術基礎。

結題摘要

大比例尺矢量數據在網路三維虛擬地球系統中表達主要以柵格化方式為主，難以實現空間分析。已有的三維矢量模型研究中尚缺乏將球面剖分方法、多尺度地形模型和二維矢量模型有機集成為一體，構建面向全球的多尺度矢量模型並實現空間分析。對此，課題主要研究內容：（1）在分析已有球面剖分的理論與方法基礎上，突破極地球面剖分的難點，研究顧及索引效率與剖分精度的一體化球面剖分方法。（2）在此基礎上，研究全球多尺度矢量數據模型，包括：矢量數據結構、矢量數據索引和矢量拓撲重建等。（3）研究三維矢量的壓縮簡化、組織與可視化方法。（4）基於矢量數據模型，研究最優路徑，疊置分析和緩衝區分析等空間分析方法。（5）開發試驗系統對上述算法和方法的有效性進行驗證分析。 主要研究成果包括：（1）提出了一種面向極地的全球離散格網——四元四邊網（Quaternary Quadrangle Mesh ，QQM），降低了極地的數據冗餘，避免了其他全球離散格網中常見的極點奇異性問題，均優於最近提出的退化四叉樹（Degenerate Quadtree Grid ，DQG）。（2）基於QQM，提出了一種全球多尺度三維矢量數據模型：Quaternary quadrangle Vector Tile Model，簡稱QQVTM，可以無縫的集成全球影像和地形數據進行全球多尺度矢量數據的組織與管理。（3）提出了一種虛擬地球中分塊的面對象填充方法，滿足矢量數據可視化的要求，提出一種面向可視化的Douglas-Peucker矢量數據壓縮算法，滿足矢量數據壓縮的要求。（4）基於上述模型和方法，提出了面向虛擬地球的最優路徑分層規划算法，空間疊置分析算法和線目標緩衝區構建算法。（5）研發了實驗平台，對上述算法和方法的有效性進行驗證分析。研究成果在GIS領域國際期刊上發表。 通過課題研究，改進了已有變經緯度全球離散格網存在的極點奇異性、格網形狀不規則、格網鄰接性複雜等問題，保證了格網形狀和面積的近似相等，在減小數據冗餘的同時提高了極地附近數據組織的精度。突破了網路三維虛擬地球系統套用中大比例尺矢量數據柵格化表達的局限性，構建了全球多尺度矢量空間數據模型，實現矢量數據與多尺度全球地形數據的無縫配準，使二維矢量數據能夠在三維虛擬地球系統中準確表達，並進行專業的GIS空間分析與套用，將三維虛擬地球軟體平台發展成為具備空間分析的“智慧地球”。