球面层次格网下的多尺度地表建模研究

为了突破在二维平面上采用地图投影描述地表信息带来的局限性，按照三维地球的真实状态存储、管理、表达空间信息，本项目拟采用椭球面三角格网剖分地球表面，建立多尺度地表信息模型，研究顾及地形的椭球面离散格网多级划分及其特性分析、多尺度格网数据及信息表达的层次关联综合机制、基于全球三角格网的连续索引及快速邻域搜索技术；并应用全球和部分不同纬度地区的多分辨率DEM及影像数据，设计开发相应的实验。本项目的研究成果有望突破传统地图投影的思想，为DEM数据的全球一致性多尺度描述建立一种数学与信息模型，同时能够与现有全球剖分模型进行合理的结合，为全球空间数据管理与表达提供模型基础，为大范围（全球）区域地形数据动态更新、环境监测、海洋资源开发、军事仿真和边界安全等的应用，提供一个全球无缝的多尺度DEM支撑平台和应用模式，也促进国内国际同行"空间信息网格"的研究进展。

为了克服传统DEM在模拟表达全球地形表面时的内在局限性，按照地球的真实方式存储、管理、表达空间信息，本项目将（椭）球面格网应用于全球地表数据建模，实现了球面格网和全球数字高程模型的有机融合。主要研究内容涉及球面层次格网下的多尺度地表数据建模及其关键技术问题。.首先，在分析现有球面剖分的基础上，按照特定的经纬圈将WGS84椭球剖分成球面八面体，进一步对每个三角格网进行层次递归剖分，设计了全球数字高程建模的椭球面离散格网多级划分方案；计算了不同层次剖分格网的面积、边长变化情况，并分析了格网的特点，为误差控制提供了依据。在保持基础剖分格网点位置不变的基础上，将平面三角形二叉树分裂原则引入球面，根据格网点高程值，自适应地变换格网点的连接方式，解决地形建模时不同分辨率的结点处产生的裂缝问题，构建全球无缝的、多分辨率地形模型。.其次，深入研究了不同层次格网单元之间的数据综合以及同层次单元之间的关联关系，实现了多尺度影像数据和DEM数据的有机融合，在此基础上，设计了多尺度影像数据和多分辨率DEM数据的压缩存储策略，为多尺度格网数据的融合奠定了基础。.在数据管理方面，将全球DEM层次三角格网组织成四叉树剖分的“菱形块”结构，以菱形块单元为基础组织数据，建立球面菱形块的连续索引机制，进一步，以三角形的方向性来区分构成菱形块的两个三角形，实现球面三角格网的连续索引。以OpenGL、 VC++为语言平台，利用不同纬度地区公开的全球GTOPO30地形数据、部分地区的STRM3地形数据与DEM影像，验证了上述相关方法并实现了三维地球的可视化表达。.最后，利用球面三角格网进行了水淹分析，设计和建立了相应的分析模型，实现了陆地边缘提取、水淹模型显示等功能。为大范围（全球）环境变化监测、海洋资源开发、气象和灾害预报等涉及多分辨率地形数据的分析和应用领域，开辟一个新的设计思路和应用模式，也促进“全球GIS”和“空间信息格网”的研究进展。