基于多波束点云空间变换的布料模拟滤波算法

为解决传统布料模拟滤波算法在陡坡处存在过度滤波的问题,基于多波束点云的特点提出了结合空间变换的布料模拟滤波算法。该算法通过空间变换对点云高程进行等比例压缩,使各类地形变得平坦后再进行布料模拟滤波。结果表明,该算法与传统布料模拟滤波算法相比,在多种水下地形中滤波效果均更好,Ⅰ类误差下降至0.98%,总体误差仅1.78%,生产出的DEM产品与实际高程接近,能满足多波束水下地形测绘的生产需要。     

土石方计算中不规则三角网的生成及应用

不规则三角网(TIN)作为一种表现三维表面的离散数字形式在很多领域都有广泛的应用,最常见的如数字高程模型(DEM)。目前,对由大量离散点组成的地形表面构建TIN最为成熟的方法为基于狄洛尼原则的构网方法。但是该方法并不能很好地顾及"地形特征线"。而在实际应用中,设计地形(如交通工程中的设计道路、疏浚工程中的设计航道、吹填工程中的设计堤坝)正是由大量的地形特征线构成,所以该方法并不能解决这类地形的建模问题。在总结狄洛尼三角网构网方法的基础上,结合疏浚工程和吹填工程探讨了基于多边形剖分的设计地形建模方法并给出了应用实例。     

DEM分辨率对小流域设计洪峰推求误差的影响

推理公式法在小流域设计洪水的计算中被广泛应用,DEM数据分辨率对公式中的流域地形参数取值存在重要影响,甚至会造成设计洪峰流量的计算误差。以深圳石岩流域作为研究区域,分别采用分辨率为30,60,90,120,150 m的DEM数据进行流域地形参数的提取及比较分析,并针对推理公式中的3个流域地形参数进行敏感性分析。研究结果表明:随着DEM分辨率的增大,分析的流域面积有增大趋势,主河道坡降则反之,而干流河长随DEM分辨率呈无规律变化;3个流域地形参数中,流域面积取值误差对设计洪峰计算精度影响最大,其次为干流河长,主河道坡降影响较小。综合考虑参数重要性,以及DEM数据分辨率及集水面积阈值对参数取值的影响,选用90 m分辨率的DEM数据,并设置集水面积阈值为390~500 hm~2来提取石岩流域的地形参数,推理公式计算所得设计洪峰误差是可接受的。研究结果可为类似的小流域设计洪水计算提供一定参考。     

基于DEM的坡度精度研究

在黄土高原、福建省选取20个样区为研究区域,以样区1∶1万地形图所建立的5 m分辨率DEM为研究对象,分析DEM高程误差、提取坡度的不同算法、不同地形对坡度精度的影响.将中误差、互信息、均值和标准差作为分析指标,采用随机噪声模拟DEM的误差.研究结果表明:互信息可以作为衡量原始坡度与加噪DEM提取坡度之间关联程度的指标;6种算法提取的坡度精度由高到低依次为三阶不带权差分算法、三阶反距离权差分算法、三阶反距离平方权差分算法、Frame差分算法、二阶差分算法、简单差分算法;坡度均值较小的区域,其坡度误差较大,坡度均值较大的区域,其坡度误差则稍小,若坡度标准差较大,则需要进一步考虑.     

基于PTD和改进曲面拟合的高山区水电工程机载激光雷达点云滤波方法

针对高山区水电工程区域地形起伏大、植被茂密且存在部分建筑物,在提取这些区域地形时机载LiDAR点云滤波方法存在精度不高的问题,提出了一种综合点云回波特性、渐进三角网加密(PTD)算法、改进的曲面拟合算法和地面点精细化处理的山地点云滤波方法.该方法在对机载激光雷达(LiDAR)点云数据去噪的基础上,先利用植被点云的回波特...     

基于ArcGIS Engine的河道数字地形建模

河道数字地形建模是根据河道测点数据创建河道地形模型DEM,包括河道不规则三角网数据模型(TIN)、河道规则格网数据模型和河道等高线数据模型。以长江南京段的实际测点数据为例①,以ArcGIS Engine为开发工具,参考反映河道地形特征的控制测点构建河道TIN,以突出河道弯曲性、深槽连续性、边坡平滑性等地形特征;由TIN创建规则格网模型和等高线模型。同时,在三维显示时利用"加边"处理来填补岸边数据满足可视化效果。     

融合无人机LiDAR与摄影测量的河道地形测绘方法

针对无人机摄影测量过程中植被穿透率低、无人机LiDAR(激光雷达)点云地物提取困难等问题,研究了一种融合无人机摄影测量与LiDAR的高精度河道地形测绘方法。该方法利用TerraSolid软件对LiDAR点云数据进行去噪与地形滤波处理,提取测区高精度DEM(数字高程模型),并通过LiDAR点云与DOM(数字正射影像)融合建立真彩色三维点云、与数码影像融合重建测区实景三维模型,实现地物的精准测绘。典型应用结果表明：该方法能有效发挥两种技术的互补优势,解决长江下游河道岸滩区域植被高密度覆盖的地貌测绘与建筑物复杂多样的地物测绘难题,数据采集与处理高效,产品直观、精细、多样化,精度可满足1∶1 000比例尺地形图测绘的要求。     

基于流域八叉树的地形因子提取方法研究

地形是影响土壤侵蚀的重要因子,在估算模型中常用坡度和坡长来对其进行衡量。区域尺度上多基于DEM提取地形因子,但随着DEM数据精度的不断提高,数据量不断增大,海量数据的计算能力要求成为制约地形因子提取在区域尺度上应用的关键。为了进一步提高地形因子的提取效率,基于流域八叉树构建了水流路径,集成了流向、汇水及坡长提取过程,有效地减少了冗余遍历,简化了计算流程。实验结果表明:相较于传统的扫描式遍历,该方法的计算结果准确率较高,而且有效地的提高了计算效率,进一步增强了模型的可用性。     

流域分布式侵蚀学坡长的估算方法研究

坡长是USLE/RUSLE应用到流域尺度上较难提取的因子。本文从理论上对坡长进行分析,提出以流域分布式侵蚀坡长来反映地形因子的坡长值,并采用迭代累积的算法提取坡长,同时考虑了侵蚀、沉积、沟道,较完整地实现了坡长的计算条件。对实例进行计算、分析,并同已有估算方法进行了对比。该方法有效地表达了坡长与地形的相关关系,计算结果准确,空间分布合理,适合于在流域和区域尺度上基于DEM对地形因子进行提取与分析。     

DEM模型的三维地表面积算法研究

数字高程模型（DEM）是一种常用的三维地形建模数据模型,三维地形的数字分析主要是针对DEM模型的。由于三维地形一般是随机起伏的,准确地求解表面积具有一定难度。经研究采用递归算法来求解切实可行,而且算法简单直观,准确性较高。经过验证比较,该算法具有较高的实用价值。     

坡度提取的边缘效应研究

坡度一般是从离散的DEM中提取的,所以在坡度矩阵的边缘存在边缘效应。为了找到这种边缘效应的本质规律,应用Taylor展开方法,以3阶反距离平方权差分算法为例,分析了三维地形表面条件下边缘效应对坡度的影响规律,并在此基础上提出了坡度计算误差函数。以5个典型地貌样区以及基于高斯曲面所生成的6种地形为研究对象,分析了DEM提取坡度时的边缘效应问题。通过实际数据的试验证明:坡度计算误差函数可以准确预测边缘效应条件下坡度的变化情况。通过大量统计分析,找到了边缘效应条件下坡度中误差与DEM分辨率的回归方程。同时,研究指出边缘坡度大于真实坡度的格网出现在地形起伏较大、DEM分辨率粗略化的条件下。     

建立黄土丘陵区DEM的方法探讨

在地形破碎的黄土丘陵区，提取1∶25万数字地图中的等高线层和水系要素，直接内插建立DEM，会丢失一些有用的地貌特征信息，影响其使用效果。以黄土丘陵区典型流域绥德韭园沟为试验样区，经验研究得出，在利用1∶25万数字地图建立DEM时，人为添加高程值误差在半个等高距以内的点，参与建立DEM，可有效减少地貌特征信息丢失；借用同一区域较大比例尺数字地图或地形图上的点，可提高DEM描述地面的真实程度；在无法取得控制点的山峰、山顶、沟头等区域加点，可突出地貌特征，提高DEM的使用价值。     

基于Sentinel-1 双极化的鄱阳湖地形提取方法

数字高程模型可以提供丰富的地形信息,是研究生态环境、地质地貌、地表形变监测等问题的重要基础资料。本文以SRTM DEM作为参考DEM,利用四景Sentinel-1双极化雷达影像对鄱阳湖的数字高程模型进行了反演,更新重建了该区域的地形结果,从可视化和精度两个方面,根据山体阴影图、等高线图、相干系数图和数学拟合模型等对比分析了VV极化和VH极化这两种极化方式反演DEM结果。结果表明：利用雷达影像提取鄱阳湖地形是行之有效的,数字高程模型的分辨率为13.90m,与参考DEM相比,提高了53.67%;根据线性数学模型和二次数学模型对VV极化方式和VH极化方式反演结果进行拟合分析,决定系数分别为0.93和0.94,说明这两种极化方式反演出的DEM结果相似性很高,均可以准确反演出研究区域的地形结果,反演出的湖底地形可为水利部门展开河湖管理提供数据支撑。     

基于EPS和VRML技术的水利三维地形生成的研究

目前国内对于局部已测离散点如何生成地形景观图研究文献很少,特别是对局部离散点如何生成地形景观可视化的研究文献更少。结合EPS文件,利用局部离散点构建水利工程常用的等高线地形图以及格网数字高程模型(DEM)。得到一套通用的虚拟现实建模语言(VRML)实现水利工程三维地形场景的可视化方法,从而可以实现水利工程土方开挖、回填计算、典型断面分析等的可视化、动态化的计算与分析。结果表明,该景观图生成文件具有通用性、交互性等功能,为水利工程的研究和设计提供了一种新的方法和手段。     

利用DEM作为辅助信息推定大区域地下水初始流场

由于大区域地下水位实测资料比较少,信息不足,影响水位空间分布的推定精度,因此,充分利用辅助信息弥补大区域实测水位信息不足,提高地下水位的推定精度十分必要。本文提出了利用DEM(数字地形模型)中的地形标高作为辅助信息修正地下水位趋势面的RK(Residual Kriging)法,并将此方法运用到华北平原滏阳河平原区。推定地下水位空间分布的过程中,利用DEM信息的趋势方程,复相关系数较高,残差值范围小、更好的满足正态分布要求。对推定的水位结果进行分析：单个验证点的地形、位置对趋势方程的影响很大,但验证点的三种平均误差则表明,利用DEM信息的修正RK法得到的推定结果误差较小,且三类方程采用一次趋势面效果更佳。     

机载LiDAR与船载单波束协同的水上水下一体化测绘模型融合实现

为助力河湖管理、防旱减灾等国家新型基础测绘事业,基于机载Li DAR与无人船搭载单波束实现了水上地面点云与单波束水下点云的获取,对水下点云数据采用克里金法进行空间插值以增强水下地形分辨率,而后基于GEOPAK实现水上水下点云数据的无缝接边与融合,构建水上水下一体化TIN网,最终实现水上水下地形一体化建立。利用随机均匀分布的水上水下检核点对构建后的一体化DEM进行精度验证,结果表明,本次试验构建的水上水下一体化模型效果良好,精度远超规范要求。提出的基于机载Li DAR与船载单波束实现协同作业、构建水上水下一体化模型的作业流程对相关水上水下地形研究具有重要的参考价值。     

数字孪生基础数据底板DEM修正方法研究

DEM是最重要的数字孪生基础数据之一，在水利规划设计以及工程建设等领域发挥了巨大的作用。然而各类DEM误差的存在不同程度地降低了分析与应用结果的可信度，特别是地形转DEM后的缺失值大大限制了后续基于DEM的分析使用。从栅格计算原理出发，通过Python调用ArcGIS相应的工具，对某区域的地形转DEM后接幅处出现的缺失值，采用该像元周边8个有值像元的均值来修正。结果表明：计算方法适用性强，结果可靠，计算速度快。研究区域内306个NoData像元的修正值和比较值的数据紧靠1∶1线，修正值和比较值的最大差值仅为3.55 m,中误差值0.75,远低于规范的误差限。通过Python调用Numpy,极大提高计算速度(本次计算用时10 s),而ArcGIS暂时没有该方法的直接修正工具。因此，提出的DEM修正方法可批量处理，不存在内存限制处理失败的情形，极大提高工作效率，对数字孪生基础数据处理有较强的应用价值。     

基于OpenGL技术的水下地形三维建模与可视化

针对传统水下施工设计存在的缺点，提出一种基于OpenCL技术的水下地形三维建模与可视化方法，该方法可以自动实现水下地形DEM模型的构建、三维可视化以及任意剖面分析，对于指导现代水下施工设计具有重要意义。     

基于DEM和HEC-GeoRAS软件的洪水模拟

传统的洪水模拟需要工程河段的实测河道地形或断面资料,消耗大量人力、物力。无实测地形资料情况下对工程河段设计洪水进行模拟计算,是工程设计需解决的关键技术问题之一。将HEC-GeoRAS模型应用到白龙江鸭浮岩河段,利用实测地形数据和30 m分辨率DEM数据分别建模,对比两种方法的计算结果。结果表明:基于30 m分辨率DEM数据的HEC-GeoRAS模拟结果与根据实测地形资料计算的结果相差较小(百年一遇洪水平均水位误差在0.3 m以内,平均流速误差在0.6 m/s以内),这一误差对于水位、流速变幅较大的山区河流工程可以接受,为无实测地形山区河段洪水模拟提供了一种新思路。     

基于正交试验选优的湖底地形分区插值方法

为降低湖底高程采样点变异较大对插值计算的影响,获得精度较高的湖底地形,将高程采样点变异程度对插值的影响引入普通的反距离加权插值法中,提出了考虑高程采样点变异程度的湖泊地形分区插值方法。通过正交试验优化方法,得到各分区反距离最优幂值。以太湖为研究实例,对比了几种插值方法对太湖湖底地形的插值效果。结果表明分区域反距离加权插值法具有良好的适应性:在高程方面,经实测验证,其均方根误差最小;在库容方面,该方法与克里金法、反距离加权插值法、自然邻域法相比,平均相对误差分别减少0.97%、0.90%、1.37%,插值效果明显更优。因此,在湖泊地形起伏较大情况下,分区域反距离加权插值法能够获得较高精度的湖底形态,可用于不同类型的湖底地形插值计算。