基于QTM的球面Voronoi數(shù)據(jù)模型

前言

隨著空間技術(shù)和信息技術(shù)不斷進步，現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，使人們能夠獲得有關(guān)地球及其各種資源環(huán)境和社會現(xiàn)象的多分辨率的、海量的對地觀測數(shù)據(jù)。為人類進行全球經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展研究、資源環(huán)境變化監(jiān)測、氣象預(yù)報、國家安全和“數(shù)字地球”構(gòu)建等領(lǐng)域，提供了豐富的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。但是，令人遺憾的是，這些數(shù)據(jù)大部分都被存儲在電子數(shù)據(jù)倉庫中，沒有被充分利用起來。美國前副總統(tǒng)阿·戈爾在《數(shù)字地球》一文中明確指出：問題的根源在于信息的處理和顯示方法。所以，如何對全球海量數(shù)據(jù)進行有效地利用和管理（如快速檢索、動態(tài)更新和空間分析，等等）是目前國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和應(yīng)用部門面臨的難題之一。目前國際上各類GIS系統(tǒng)廣為采用面向點、線、面空間實體的矢量模型和面向空間連續(xù)鋪蓋的柵格模型。在矢量模型中，其實體本身的表達缺乏層次特征，是依照定義的關(guān)系來綜合或組織空間實體，變化只對空間實體本身而不受空間劃分的影響，當(dāng)空間實體在一個特定層次變化時，這種變化就無法傳遞到鄰近層次，很難進行多尺度海量數(shù)據(jù)的操作分析；而在柵格模型中，數(shù)據(jù)是面向空間劃分的，適合層次管理，但是一個空間實體在其層次結(jié)構(gòu)中，可能存儲在不同的叉結(jié)點中，當(dāng)一個實體在空間稍作移動，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就需要做大范圍的改變（Pang和Shi，1998），非常不利于局部數(shù)據(jù)的頻繁更新和拓撲結(jié)構(gòu)的動態(tài)維護；所以，為了有效地存儲、管理和分析全球海量數(shù)據(jù)及其變化，就需要在一個相當(dāng)基本的層次上重新構(gòu)建GIS的空間數(shù)據(jù)模型，即構(gòu)建一個具有連續(xù)性、層次性和動態(tài)性的全球數(shù)據(jù)模型。

內(nèi)容概要

本書以球面四元三角網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，結(jié)合球面Voronoi圖的局部穩(wěn)定性特征，把球面空間和球面實體有機地融合起來，試圖構(gòu)建一個具有層次性的球面動態(tài)數(shù)據(jù)模型。重點就球面數(shù)字空間的表達模式及其概念數(shù)據(jù)模型、經(jīng)緯度坐標與QTM格網(wǎng)地址碼的快速轉(zhuǎn)換算法、球面任意實體Voronoi圖的動態(tài)生成算法、球面空間數(shù)據(jù)的層次存儲結(jié)構(gòu)和動態(tài)索引機制等若干問題進行了探討。最看應(yīng)用VC++語言在OpenGL平臺上驗證了相關(guān)方法的正確性和可行性。

書籍目錄

第一章 球面數(shù)據(jù)模型概述  §1.1 引言  §1.2 平面數(shù)據(jù)投影模型的局限性  §1.3 球面數(shù)據(jù)模型的研究現(xiàn)狀及評述  §1.4 本書的研究目標和研究內(nèi)容  §1.5 本書的結(jié)構(gòu)安排第二章 球面數(shù)字空間的構(gòu)建及概念數(shù)據(jù)模型  §2.1 球面數(shù)字空間的特征  §2.2 球面QTM數(shù)字空間的建立  §2.3 基于球面數(shù)字空間的實體概念模型  §2.4 本章小結(jié)第三章 QTM地址編碼與經(jīng)緯度坐標的快速轉(zhuǎn)換  §3.1 現(xiàn)有轉(zhuǎn)換算法評述  §3.2 “行列逼近”算法的基本原理  §3.3 “行列逼近”算法的具體算法和程序框圖  §3.4 本章小結(jié)第四章 球面格網(wǎng)三角形的鄰近搜索  §4.1 鄰近三角形的定義  §4.2 鄰近三角形的搜索原理  §4.3 邊鄰近三角形的搜索算法  §4.4 角鄰近三角形的搜索  §4.5 線形實體的存儲與自動綜合  §4.6 面狀區(qū)域的編碼充填與區(qū)域擴張  §4.7 本章小結(jié)第五章 球面格網(wǎng)Voronoi圈的生成算法  §5.1 Voronoi圖生成算法回顧  §5.2球面Voronoi圖的基本定義  §5.3球面格網(wǎng)Voronoi圖的生成算法  §5.4球面QTM的多層次膨脹計算  §5.5球面格網(wǎng)Voronoi圖的誤差來源和控制  §5.6本章小結(jié)第六章 基于QTM的球面Voronol圈層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)  §6.1 層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究評述  §6.2 基于QTM格網(wǎng)的動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)VDSQ    §6.3 層次數(shù)據(jù)的動態(tài)操作  §6.4 本章小結(jié)第七章 球面空問鄰近關(guān)系的細化推算  §7.1 空間關(guān)系的研究簡述  §7.2 球面區(qū)域四交模型  §7.3 球面空間關(guān)系的層次計算  §7.4 層次繼承推理  §7.5 本章小節(jié)第八章 實驗分析  §8.1 實驗系統(tǒng)設(shè)計  §8.2 實驗結(jié)果分析  §8.3 誤差計算與特征分析  §8.4 實驗小結(jié)第九章 研究總結(jié)與進一步工作展望參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1.線的插值線要素的矢量表達形式是由坐標串組成的，由于坐標相鄰的兩點在轉(zhuǎn)換成三角形地址碼后不一定是相鄰三角形，這就需要在兩地址碼之間進行插值。由于三角形地址碼與經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)換，三角形地址碼的鄰近搜索在球面三角形格網(wǎng)結(jié)構(gòu)中效率非常高（詳見第三章），所以線的插值可通過以下步驟進行：（1）轉(zhuǎn)換地址碼到經(jīng)緯度坐標，然后通過線性（或B_樣條）插值函數(shù)進行插值。（2）把插值的經(jīng)緯度值再轉(zhuǎn)換為三角形地址碼。（3）如果兩個連續(xù)三角形不是鄰近的，繼續(xù)插值其經(jīng)緯度，并轉(zhuǎn)換為三角形地址碼，直到連續(xù)三角形是鄰近的或在一個三角形內(nèi)。（4）如果相鄰三角形具有相同的三角形地址碼，則刪除一個。這樣，一條線的表達是由一系列的邊鄰近和角鄰近的三角形地址碼組成。2.線狀鏈碼的自動綜合線狀實體地址碼的自動綜合（或過濾）在球面空間數(shù)據(jù)的多分辨率表達中是非常重要的。不但球面三角形地址碼本身具有多分辨率的特性，而且球面格網(wǎng)的遞歸剖分特征提供了一個多分辨率空間數(shù)據(jù)的參考和操作框架。在球面格網(wǎng)參考系中，線性實體的坐標是一系列的地址碼（三角形）組成，并以最高的分辨率（最多的三角形）存儲在數(shù)據(jù)庫中，用來保證精度。當(dāng)在低分辨率處理和顯示中，由于格網(wǎng)大小和視點的限制，在一個三角格網(wǎng)中就可能存在多個地址碼（點），造成數(shù)據(jù)的冗余。分辨率差距越大，數(shù)據(jù)的冗余量也越大。處理全球海量數(shù)據(jù)時，給系統(tǒng)的操作帶來很大的不便。這就需要過濾掉多余的數(shù)據(jù)，以提高系統(tǒng)的操作效率。

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《基于QTM的球面Vornoi數(shù)據(jù)模型》：測繪科技專著出版基金資助。

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