基于3S技术的新疆喀纳斯口岸全天候公路战略通道研究

论文摘要

能源安全是一个直接与能源供求比例相联系的概念,近年来随着我国经济的发展和对环境保护要求的提高,能源优质化趋势明显加强,石油需求量迅速增加。由于仅靠国内的资源和产量已不能满足需要,中国的石油进口不断增加。因此,能源供应及经济安全问题引起了我国有关决策部门、企业界和学术界的广泛关注。尤其是近年来我国的石油进口量增加、国际油价上涨和外汇支付大幅度增加,国内石油消费市场在受到一定冲击的情况下,石油进口和相关的能源安全问题更成为热点问题。中国能源安全问题和西向战略通道的建设是一项庞大且复杂的系统工程,关系到国家的政治稳定、领土安全、科技进步和经济繁荣。该项研究是能源安全和西向战略通道的重要组成部分,涉及到多种前沿性学科和先进的科技知识,同时也是我国构建和谐、可持续发展社会的重要组成部分。本文利用3S技术理论,拟从“数字公路”的角度运用现代大地测量、遥感空间探测、数字图像处理、计算机等先进的技术,对新疆喀纳斯口岸全天候公路战略通道建设的选址、选线、技术可行性等方面进行详尽的研究,并提出具体的实施方案。以信息基础设施为基础,以多尺度、多种类的空间基础地理信息为支撑,充分利用计算机、现代测绘、现代网络、现代道路勘测设计方法、虚拟现实以及数字通讯等高新技术,通过对新疆喀纳斯口岸全天候公路战略通道沿线环境、生态、地形、地貌条件等各方面的信息在三维地理坐标上的有机整合,构筑一个数字化公路战略通道,提供一个现代化的管理和决策支持系统。文章在以新疆喀纳斯口岸全天候公路战略通道为研究重点的基础上,依据3S技术的集成化、实时化、动态化、数字化、自动化、智能化等特点,通过使用归一化差分积雪指数分析了研究区域的积雪范围,并界定出公路通道的设计区域;同时利用小波变换的数学方法,将研究区域的数字高程模型进行了多尺度分析,得到了研究区域精度较高、过渡平稳的DEM遥感影像数据;进而通过对研究区域的插值分析、可视性分析、坡度分析、坡向分析,初步设计出了具有合理性和可行性的公路通道路线。最后使用空间三维建模工具,结合现代道路勘测设计方法和三维景观设计方法,设计出了基于虚拟现实的三维可视化喀纳斯口岸全天候公路通道。文章结尾指出了基于3S技术的新疆喀纳斯口岸全天候公路战略通道的优点和创新性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 研究综述
• 第1章 选题背景及3S技术的国内外研究现状
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 3S 技术的国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 第2章 研究内容与研究方法
• 2.1 研究区域的选择
• 2.1.1 研究区域自然环境概况
• 2.1.2 研究区域社会环境概况
• 2.2 选择研究区域所要考虑的主要因素
• 2.2.1 喀纳斯周边地区的生物多样性
• 2.2.2 喀纳斯所在地区的地貌复杂性
• 2.2.3 喀纳斯公路沿线的积雪覆盖度
• 2.3 3S 技术的集成
• 2.3.1 RS 与GPS 结合
• 2.3.2 GPS 与GIS 结合
• 2.3.3 GIS 与RS 结合
• 2.4 基于3S 技术的全天候公路通道研究方法
• 2.4.1 GPS 在公路勘察设计中的应用
• 2.4.2 RS 在公路勘察设计中的应用
• 2.4.3 GIS 在公路勘察设计中的应用
• 2.5 本文的技术路线
• 第3章 基于Landsat卫星ETM+遥感影像数据的线路区域划分
• 3.1 归一化差分积雪指数（NDSI）
• 3.2 利用ERDAS IMAGINE 遥感图像处理软件进行空间建模
• 3.3 界定线路设计区域
• 第4章 小波变换在地貌多尺度表达中的研究
• 4.1 小波变换理论
• 4.1.1 小波变换的概念
• 4.1.2 多分辨率分析
• 4.2 几何数据的空间量测尺度
• 4.2.1 空间量测尺度与空间维
• 4.2.2 空间量测尺度与空间量测精度
• 4.3 空间数据多尺度表达的基本思想
• 4.3.1 欧式空间和地理空间的尺度变化
• 4.3.2 地理空间中的尺度和分辨率
• 4.3.3 多尺度地貌表达方法中的层次结构
• 4.3.4 多尺度地貌表达方法中的表面综合
• 4.4 基于小波MRA 的空间数据多尺度分析模型
• 4.5 基于小波变换的地貌多尺度处理方法
• 4.6 基于小波变换的地貌多尺度表达的结论
• 第5章 DEM在道路勘测设计中的应用
• 5.1 建立数字地形表面模型的方法
• 5.2 从离散点生成不规则三角网
• 5.3 数字地形表面模型的实现
• 5.4 道路纵断面的生成及利用DEM 进行优化设计
• 第6章 公路路线的选线与分析研究
• 6.1 公路通道区域的可视性分析
• 6.1.1 可视性分析的基本因子
• 6.1.2 判断两点间的可视性的算法
• 6.1.3 计算可视域的算法
• 6.2 基于RS 和GIS 的公路通道选线区域地形分析
• 6.2.1 基于ERDAS 和ArcGIS 相同地形分析的对比与分析
• 6.2.2 坡度分析
• 6.2.3 坡向分析
• 6.3 基于三维可视化的路线选线空间分析
• 6.4 基于相关性分析的最佳路径模拟
• 6.4.1 相关性分析
• 6.4.2 成本距离加权函数
• 6.4.3 最短路径分析
• 6.4.4 坡度与最短路径之间的相关性分析
• 6.5 基于ArcScene 的三维公路选线验证
• 第7章 基于ArcGIS的三维公路模拟设计
• 7.1 三维景观建模
• 7.2 数据通路ArcSDE
• 7.3 建立三维地形数据库
• 7.4 公路通道的三维动画模拟
• 7.5 基于ArcGIS 与Hard 公路优化设计系统的公路三维景观设计
• 7.5.1 公路景观和公路景观设计
• 7.5.2 三维可视化景观设计
• 7.5.3 ArcGIS 与Hard 公路优化设计系统的综合公路三维景观设计
• 第8章 结论与探讨
• 8.1 结论
• 8.1.1 提出喀纳斯口岸全天候高等级公路通道的理论
• 8.1.2 利用遥感技术解决积雪覆盖度问题
• 8.1.3 利用多分辨率的思想建立多尺度数字高程模型
• 8.1.4 利用TIN 生成DEM 从而解决道路勘测中的纵断面问题
• 8.1.5 利用空间分析确定公路选线设计方案
• 8.1.6 利用ArcGIS 地理信息系统对公路通道选线进行虚拟三维可视化建模
• 8.2 本文的创新点
• 8.3 探讨
• 8.3.1 公路通道沿线周边的生态问题
• 8.3.2 阿勒泰地区冻土层融化对公路通道的影响
• 8.3.3 利用带状区域GPS 高程拟合方法进行道路勘测设计
• 8.3.4 中国西向战略通道设计和建设的方式
• 参考文献
• 附录
• 致谢