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基于约束数据域三角剖分的高精度DEM快速生成技术及实现

作　者: 罗斌
导　师: 马智民
学　校: 长安大学
专　业: 地图制图学与地理信息工程
关键词: 数字高程模型 地理信息系统 Delaunay三角网 约束数据 等高线 三维仿真
分类号: P208
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 105次
引　用: 2次
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内容摘要


随着DEM的广泛应用,DEM在数据获取方法、数据存储和数据处理速度等方面已经取得了一些突破性进展,但是在各领域的工程应用过程中,用户对模型的逼真度与精度、模型的构建效率方面提出越来越高的要求,高精度DEM快速生成技术一直是数字地形模拟领域的研究热点。本文的主要内容是基于约束数据域Delaunay三角剖分的高精度DEM快速生成技术的研究及实现,成功地解决了工程应用中大数据量快速构建高精度DEM瓶颈问题,并在实际应用中得到了验证。具体来说,本文的研究内容包括如下几个方面:(1)通过深入研究影响传统逐点插入算法效率提高的因素,对逐点插入算法中的数据结构、包容盒、空外接圆检测算法、快速查找点所在的三角形算法、快速插入新点并调整拓扑关系算法进行优化和改进,提出一种优化的逐点插入算法.(2)在优化后的逐点插入算法基础上,研究了一种改进的分区-逐点插入算法,使得在构建D-TIN时算法效率与点数几乎是线性关系,从而解决了大数据量快速构建D-TIN的技术难题。(3)在优化后的逐点插入算法的基础上研究了一种改进的基于两步法的边交换迭代算法,实现约束线段的嵌入,同时对这一算法进行推广,使得能够解决约束区域嵌入的问题。在应用方面,基于此算法实现等高线作为约束数据嵌入三角网,地形特征数据的嵌入,工作区的强行嵌入,从而保证高精度DEM的生成。(4)对算法的每一个部分都进行了理论论证,并进行了详细标准的程序流程设计,参照流程图,能够方便地转换成具体软件实现。(5)基于高精度DEM快速生成技术开发实现了一套公路定线三维仿真系统,并对此系统做了简单的介绍,用实例证明高精度DEM快速生成技术具有稳定性好、效率高、适应性强等特点。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-17
  1.1 引言  8
  1.2 DEM概述  8-11
    1.2.1 DEM表示方法及特点  8-9
    1.2.2 DEM应用  9-11
  1.3 国内外研究现状分析  11-13
  1.4 研究的目的和意义  13-15
  1.5 本文主要研究内容  15-17
2 基于Delaunay三角剖分的DEM快速生成技术  17-41
  2.1 基本概念  17-18
  2.2 构建D-TIN的各种算法回顾  18-21
    2.2.1 分割归并算法  19
    2.2.2 三角网生长法  19-20
    2.2.3 逐点插入法  20
    2.2.4 算法效率对比分析  20-21
  2.3 逐点插入算法优化  21-32
    2.3.1 数据结构优化  21-22
    2.3.2 基于边的空外接圆检测法  22-25
    2.3.3 包容盒优化  25-26
    2.3.4 快速定位点所在的三角形  26-29
    2.3.5 快速插入新点  29-31
    2.3.6 逐点插入算法整体优化程序流程设计  31-32
  2.4 分区-逐点插入算法的理论与实现  32-37
    2.4.1 分区的原则和方法  32-33
    2.4.2 凸壳生成算法优化  33-35
    2.4.3 分区归并算法  35-37
  2.5 DEM快速生成算法效率分析及试验结果  37-41
3 基于约束数据Delaunay三角剖分的高精度DEM生成技术  41-59
  3.1 基本概念  41-42
  3.2 CD-TIN的构建算法回顾  42-43
  3.3 基于两步法的边交换迭代算法构建CD-TIN  43-46
    3.3.1 约束线段的嵌入  43-45
    3.3.2 约束区域的嵌入  45-46
  3.4 算法改进及优化  46-53
    3.4.1 线段求交及凸四边形的判定问题  46-48
    3.4.2 快速查找与约束线段相交的边  48-50
    3.4.3 对CD-TIN进行全局优化  50-52
    3.4.4 算法程序流程设计及实验结果  52-53
  3.5 高精度DEM的生成  53-59
    3.5.1 等高线作为约束数据嵌入  54-55
    3.5.2 工作区边界嵌入  55-57
    3.5.3 岛状约束区域嵌入  57-59
4 高精度DEM快速生成技术在公路定线三维仿真中的应用  59-68
  4.1 系统需求分析  59-61
  4.2 道路表面模型和DEM的拼合技术  61-63
  4.3 基于面向对象技术的软件设计及实现  63
  4.4 系统的软硬件环境  63
  4.5 系统主要功能  63-64
    4.5.1 开放的数据接口设计  63
    4.5.2 高精度海量DEM的快速构建  63-64
    4.5.3 DEM模型实时更新  64
    4.5.4 模型叠加  64
    4.5.5 三维显示及成果输出  64
  4.6 成果显示  64-68
5 结论与展望  68-70
参考文献  70-73
作者在攻读研究生期间的主要工作和成果  73-74
致谢  74

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 一般性问题 > 测绘数据库与信息系统
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