DEM内插评价模型与应用系统开发研究

论文摘要

内插方法是连接地理信息系统(Geographic Information Sysytem,简称GIS)中栅格和矢量两大主要数据格式的桥梁,也是数字高程模型的核心技术和探索性数据分析、空间统计等的基本工具,内插可谓是GIS空间分析中不可或缺的一员。选用何种内插方法?内插方法本身参数如何选取?如何得知内插结果的精度并进行进一步分析?……这些问题始终贯穿在DEM数据生产、质量控制、精度评定和分析应用等各个环节。要得到可靠的数据内插结果,需利用数据探索分析充分地对内插数据本身在数据采集,数据格式,数据精度,空间分布,空间相关等各方面的知识挖掘,以及操作分析人员本身对内插各方法特点的熟悉和一定的经验。可纷繁复杂的实际情况往往不能尽如人意:数据的使用者无法得到详尽的采集等方面的背景信息;同时随着GIS应用范围的扩大,实际操作人员亦可能并不具备足够的相关专业知识和经验,为操作人员和内插结果数据的使用者带来了一定的困扰。本文研究DEM数据内插,其出发点不在于开发更加“合适”的内插算法,不是如何更好的探索待内插数据的各种特征以更好的进行内插,也不仅仅是分析更适用于某一区域数据的内插模型,而是假设了一种并不理想的情况——需要进行内插的用户不明白各种内插方法的特征和适用范围,或者无法运用各种专业的探索性分析工具了解待内插数据,也可能其所拥有的数据缺乏所需要的精度指标……本研究提出并实现的DEM内插方案评价体系,正是基于这一考虑提出的一套辅助决策体系。为此本研究首先总结了常用的各种类型的内插算法,分析了一些算法内在的相似性及相关性,在此基础上给出了内插的统一概念模型,并推导了反距离权内插方法、径向基函数内插方法、基于TIN的线性内插方法、普通克里格内插方法等常用内插模型在统一模型下的具体表达形式。以上述统一概念模型为基础,以推广克里格内插误差表达为思路,本研究继而推导了DEM数据内插误差空间分布,给出了具体空间位置上内插误差的函数表达,以此可构建任意内插模型的误差分布图。最后,本研究选择了简单直观、易于横向比较的数据精度对比分析方法和基于误差传播分析技术的误差空间分布模型组成DEM内插评价体系,并以ESRIArcGIS软件扩展组件的形式开发基于该体系的DEM内插评价工具,具体实现对于不甚理想情况之下内插方案选择的辅助决策。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 GIS、DEM和内插技术
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 选题背景与研究意义
• 1.4 研究内容与技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 1.5 论文结构
• 第二章 研究基础
• 2.1 内插方法
• 2.1.1 整体内插
• 2.1.2 局部分块内插
• 2.1.3 逐点内插
• 2.1.4 讨论与小结
• 2.2 DEM数据精度模型
• 2.2.1 数值精度模型
• 2.2.2 空间自相关精度模型
• 2.2.3 误差的可视化模型
• 2.2.4 讨论与小结
• 2.3 DEM数据精度的分析方法
• 2.3.1 对比分析方法
• 2.3.2 误差传播分析技术
• 2.3.3 数据独立的分析方法
• 2.3.4 随机模拟分析方法
• 2.3.5 直方图分析方法
• 2.3.6 讨论与小结
• 第三章 DEM内插模型评价体系
• 3.1 数值精度模型
• 3.2 误差空间分布模型
• 3.2.1 相关理论基础概述
• 3.2.2 内插算法的统一表达
• 3.2.3 误差空间分布模型的推导
• 3.3 本章小结与讨论
• 第四章 DEM内插方案评价系统实现
• 4.1 系统概述
• 4.1.1 背景介绍
• 4.1.2 系统平台
• 4.1.3 系统定位
• 4.2 算法设计
• 4.2.1 数值精度指标横向对比子功能算法
• 4.2.2 误差空间分布图生成与表达子功能算法
• 4.3 系统设计
• 4.3.1 数据信息子系统设计
• 4.3.2 内插方法比较子系统设计
• 4.3.3 指定方法内插子系统设计
• 4.4 实验验证
• 4.4.1 实验数据
• 4.4.2 实验过程及结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结及展望
• 5.1 研究总结
• 5.2 进一步研究的展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文与科研成果
• 致谢