球面多尺度栅格Voronoi图生成及可靠性评价研究

The spherical raster Voronoi diagram, which has the property of natural nearby, dynamic stability and accords with computer discretization characteristics, has become one of the most potential solutions to manage and analyze multi-scale global spatial data. However, because of the difference between raster distance and Euclidean distance, there are some limitations and indeterminacy of traditional spherical raster Voronoi diagram generating algorithms and its modeling quality that have greatly limit the scope and depth of its application. Multi-scale raster spherical Voronoi diagram generating algorithms and reliability evaluation model will be researched in this project on the basis of the global Quaternary Triangular Mesh(QTM). The main contents include the generating algorithm based on QTM triangular-scans, multi-scale computing and fusion mechanism, error evaluation and control model of spherical grid Voronoi diagram. The research is expected to provide an efficient and accurate generating algorithm, a reliable quality evaluation model for spherical Voronoi diagram, which will provide a reliable guarantee for the multi-scale application of Voronoi diagram in large areas.

球面栅格Voronoi图既具有自然邻近、动态稳定等优良性质，又符合计算机离散化特征，成为全球海量空间信息多尺度管理与分析最有潜力的解决方案之一。但是，由于空间栅格距离与欧氏距离的差异，传统球面栅格Voronoi图算法存在缺陷，其建模质量也具有一定的不确定性，极大地限制了其应用的范围与深度。为此，本项目针对这一学术前沿问题，在全球四元三角格网模型基础上，对球面多尺度栅格Voronoi图生成算法及可靠性评价模型进行探索，主要内容包括：基于QTM三角扫描的球面Voronoi图精确生成算法、格网Voronoi图多尺度计算与融合方法、球面格网Voronoi图误差评价与控制建模。研究成果有望为高精度球面格网Voronoi图的生成，提供高效精确的算法及可靠的质量评价模型，为大范围、不同尺度下球面格网Voronoi图的应用提供可靠保障。

随着空间科学技术的迅猛发展，传统的平面投影模型已难以满足大范围、多尺度、多时相空间应用与管理需求。球面Voronoi图，结构具有自然邻近、动态稳定等优良特性，将作为最有潜力的解决方案应用于全球海量空间信息的管理、应用与分析。然而，球面Voronoi图在生成算法、多尺度融合建模、质量评价与保障等方面存在缺陷，极大地限制了其应用的范围与深度。.本项目在深入研究全球离散格网及球面Voronoi图的基础上，对基于QTM的球面Voronoi图生成算法、多尺度融合、误差评价等进行探索。首先，以传统双向扫描算法为基础，结合球面空间的封闭性及QTM格网特征，设计了基于三向扫描的球面Voronoi图生成算法，保证Voronoi图精度的同时提高了算法的效率；然后，以球面格网空间中实体的多尺度表达为基础，设计了球面多层次QTM邻近搜索算法，并结合三向扫描原理，将球面格网Voronoi图的扫描计算向多尺度扩展，设计了球面多尺度Voronoi图生成算法，为球面Voronoi图的多尺度综合应用奠定基础；然后，结合Voronoi图中QTM格网的归属特点及多层次邻近关系模型，设计了球面格网Voronoi图边界提取算法及多尺度Voronoi图误差评价方法，研究了不同层次下Voronoi图误差的分布规律，为球面格网 Voronoi 图在不同领域的应用提供了量化精度指标及可靠性保障；最后，设计了相关实验及地形简化应用，对项目中提出的算法、模型进行验证。.本项目提出基于QTM三向扫描的球面多尺度Voronoi图生成算法，建立了球面格网Voronoi图质量评价模型，研究成果能够为大数据、人工智能的应用与管理提供大范围、多尺度、多时相动态数据模型、构建理论支撑，推动数字地球、智慧城市的建设与发展。