球面層次格網下的多尺度地表建模研究

《球面層次格網下的多尺度地表建模研究》是依託陝西師範大學，由白建軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：球面層次格網下的多尺度地表建模研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：白建軍
• 依託單位：陝西師範大學

項目摘要

為了突破在二維平面上採用地圖投影描述地表信息帶來的局限性，按照三維地球的真實狀態存儲、管理、表達空間信息，本項目擬採用橢球面三角格網剖分地球表面，建立多尺度地表信息模型，研究顧及地形的橢球面離散格網多級劃分及其特性分析、多尺度格網數據及信息表達的層次關聯綜合機制、基於全球三角格網的連續索引及快速鄰域搜尋技術；並套用全球和部分不同緯度地區的多解析度DEM及影像數據，設計開發相應的實驗。本項目的研究成果有望突破傳統地圖投影的思想，為DEM數據的全球一致性多尺度描述建立一種數學與信息模型，同時能夠與現有全球剖分模型進行合理的結合，為全球空間數據管理與表達提供模型基礎，為大範圍（全球）區域地形數據動態更新、環境監測、海洋資源開發、軍事仿真和邊界安全等的套用，提供一個全球無縫的多尺度DEM支撐平台和套用模式，也促進國內國際同行空間信息格線的研究進展。

結題摘要

為了克服傳統DEM在模擬表達全球地形表面時的內在局限性，按照地球的真實方式存儲、管理、表達空間信息，本項目將（橢）球面格網套用於全球地表數據建模，實現了球面格網和全球數字高程模型的有機融合。主要研究內容涉及球面層次格網下的多尺度地表數據建模及其關鍵技術問題。 首先，在分析現有球面剖分的基礎上，按照特定的經緯圈將WGS84橢球剖分成球面八面體，進一步對每個三角格網進行層次遞歸剖分，設計了全球數字高程建模的橢球面離散格網多級劃分方案；計算了不同層次剖分格網的面積、邊長變化情況，並分析了格網的特點，為誤差控制提供了依據。在保持基礎剖分格網點位置不變的基礎上，將平面三角形二叉樹分裂原則引進球面，根據格網點高程值，自適應地變換格網點的連線方式，解決地形建模時不同解析度的結點處產生的裂縫問題，構建全球無縫的、多解析度地形模型。 其次，深入研究了不同層次格網單元之間的數據綜合以及同層次單元之間的關聯關係，實現了多尺度影像數據和DEM數據的有機融合，在此基礎上，設計了多尺度影像數據和多解析度DEM數據的壓縮存儲策略，為多尺度格網數據的融合奠定了基礎。 在數據管理方面，將全球DEM層次三角格網組織成四叉樹剖分的“菱形塊”結構，以菱形塊單元為基礎組織數據，建立球面菱形塊的連續索引機制，進一步，以三角形的方向性來區分構成菱形塊的兩個三角形，實現球面三角格網的連續索引。以OpenGL、 VC++為語言平台，利用不同緯度地區公開的全球GTOPO30地形數據、部分地區的STRM3地形數據與DEM影像，驗證了上述相關方法並實現了三維地球的可視化表達。 最後，利用球面三角格網進行了水淹分析，設計和建立了相應的分析模型，實現了陸地邊緣提取、水淹模型顯示等功能。為大範圍（全球）環境變化監測、海洋資源開發、氣象和災害預報等涉及多解析度地形數據的分析和套用領域，開闢一個新的設計思路和套用模式，也促進“全球GIS”和“空間信息格網”的研究進展。