基于语义中空间特征认知的地形建模研究

The research of terrain modeling focus on the data, the variation terrain and the part, not on the terrain itself, the gradient terrain and the whole. Following the thought of qualitative analysis integrated with the quantitative analysis, the theory integrated with the experiments, we explore the research of terrain modeling based on terrain semantic cognition and it will build the semantic cognition system with summarizing and induction. In this way, we can get the best elevation with the least-square method under the constraint of terrain semantic and geometry features. And then we can realize the terrain’s express of three dimensions based on the semantic data’s collection and new terrain modeling strategy. At last, we can testify this theory with sample areas, also, it can be used to complete this modeling theory. So, this research is built on the basis of terrain’s semantic cognition, it can change “Data-Centered Modeling” to “Terrain-Centered Modeling” and enrich the theories and methods of terrain modeling. It does not only do the pioneering work to multi-sources data fusion modeling, but also provides experiences to the GIS data source’s mining and methods of semantic quantification.

针对当前地形建模研究中重数据轻地形、重渐变轻突变、重几何轻语义的研究现状，遵循定性分析和定量分析相结合、理论与实验相结合的研究思路，探索以语义中空间特征认知为基础的地形建模研究。本项目拟以地形语义的空间特征认知为基础，结合语义中空间特征的形式化方法，构建地形形态的语义认知体系；以地形语义和几何特征为约束，利用最小二乘法等数学方法，探讨最优高程求解策略和顾及地形语义的内插机制；以地形三维表达为目的，研究顾及地形语义的数据采集策略和建模方法；以实际样区为参照，对顾及地形语义的理论与方法进行检验与优化，探讨顾及地形语义的纠正和数据更新策略。该研究是建立在以地形空间特征认知基础上进行的开拓性研究，力图实现地形建模从“以数据为中心”到“以地形为中心”的转变，丰富了地形建模理论与方法，对于多源数据构建DEM具有指导性意义，也为挖掘GIS数据信息源、语义的量化表达方法提供有益借鉴。

DEM数据是我国空间数据基础设施的重要组成部分，更高精度、更逼真数字地形模型的获取具有重要意义。利用文本针对局部地形特征的区域描述早已存在，但在地形建模中尚无作为数据源使用的先例，本项目提出利用“地形语义”描述地形的空间特征，并对其进行了形式化描述，实现了地形语义的量化表达，并将其引入到地形建模过程中，设计了顾及语义约束地形建模流程，利用vs平台建立了原型系统，实现了顾及语义约束的DEM的构建，并利用地形语义应用到格网数据中的失真区域的修复和基于对象的地形更新方法之中。研究结果表明：（1）语义数据能够用于地形建模，语义属性参与的地形建模流程能够实现地形局部区域的特征约束，从而够提高DEM的保真度；（2）地形语义也能够用于失真区域修复，并具有良好效果；（3）基于地形对象的更新方法是可行的，但需要进行更大范围的数据来进行试验论证。