数字高程模型的建立及其在土方量计算方面的应用

论文摘要

在近几年当中,与“数字地球”相关的研究与应用在全世界范围内受到了广泛的关注,作为“数字地球”重要支撑技术之一的数字高程模型也相应的得到了快速发展。现今,DEM己在测绘、遥感、农林规划、城市规划、土木水利工程、地学分析以及地理信息系统等等各个领域都有了广泛的应用。本文从实际需求出发,主要论述了基于不规则三角网结构的数字高程模型建模原理与方法,并建立了具有约束条件的约束三角网。最后又重点研究了数字高程模型在土方工程量计算方面的应用。论文从DEM的基本概念和特征的探讨出发,结合DEM的实际应用分析了数字高程模型的数据获取;数字高程模型表面建模的方法;以及根据建立好的数字模型进行土方工程量计算。在论文的论述过程中,针对目前构建数字高程模型和土方量计算中所涉及到的算法进行了比较和分析,提出了一些新的实现方法。新算法的实现使得三角网构网的速度更快、精度更高,由此计算出来的土方量更贴切于实际的开挖方量。本文紧紧围绕数字高程模型及其在土方量计算方面的应用展开了深入的理论设计和方法研究,主要的研究内容和成果如下:①基于Delaunay三角网理论,提出并实现了整体构建三维地形模型的综合算法。在回顾和分析以往的经典算法的基础上,改进了逐点插入算法并同分治算法相结合形成了一种具有建网快,耗费空间小的合成算法。并在具体的实现过程中提出了均匀分配数据点的网格划分、快速搜索点所在的三角形、简易的外接圆检测公式。通过以上过程的改进,使得DTIN算法的运行速度得到了进一步的提高并加强了算法的稳定性。②应用约束Delaunay三角网理论,并结合上面的DTIN构建算法提出了构建CDT的动态算法。在利用形成后的约束三角网,并结合某一角度阙值和三角网的拓扑信息,可进一步对约束三角网边界线处狭长三角形的进行自动处理,这样便可进一步提高DEM构网的精度。③利用已形成的高精度约束三角网,并结合分块处理算法,大大提高了土方量的计算精度。并实现了边坡土方边界和土方量的自动解算。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 前言
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容及论文结构简介
• 2 DEM数据获取方法
• 2.1 DEM基本概念
• 2.2 DEM数据源特征
• 2.3 DEM数据采样理论基础
• 2.4 DEM数据采集方法
• 2.5 DEM采样质量控制
• 3 数字高程模型建模的构建理论和算法研究
• 3.1 数字高程模型的分类
• 3.2 基本理论
• 3.2.1 D-三角网的定义和特性
• 3.2.2 已有D-三角网生成算法回顾
• 3.3 构建Delaunay三角网的综合算法
• 3.3.1 问题的提出
• 3.3.2 两个几何测试
• 3.3.3 综合算法的基本步骤
• 3.4 约束三角网的快速构建算法
• 3.4.1 CDT的基本性质与生成算法回顾
• 3.4.2 动态构建CDT的综合算法
• 3.5 DEM边界非法三角形的自动处理
• 4 数字高程模型在土方量计算方面的应用
• 4.1 问题提出
• 4.2 利用DEM计算土方量的基本原理
• 4.3 DEM高程内插
• 4.4 利用DEM进行土石方工程量计算
• 4.4.1 边界内完整三角网土方量的计算
• 4.4.2 与边界线相交的三角网土方量计算
• 4.4.3 边界范围内的面积计算
• 4.5 坡面土方量计算
• 4.6 边坡土方边界的自动获取与土方量计算
• 4.7 DEM法计算土方量的误差探讨
• 5 系统流程与功能
• 5.1 开发语言和开发工具选择
• 5.2 系统功能的实现
• 5.3 软件开发流程
• 5.4 软件系统功能界面及简介
• 5.4.1 软件总界面
• 5.4.2 构建三角网界面
• 5.4.3 三角网数据操作界面
• 5.4.4 面积计算界面
• 5.4.5 DTM法土方计算界面
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献