平原、丘陵区矢量线划公路与地形增强建模方法研究

发布时间：2017-05-01 01:04

  本文关键词：平原、丘陵区矢量线划公路与地形增强建模方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：人类赖以生存的地球表面是一个复杂而庞大的巨系统,不仅包括高低起伏的地形,更包括地形与其上地物之间复杂的相互关联与作用关系。随着三维可视化应用的深入,人们对虚拟地理环境真实感的需求也越来越高,高精度的地形与地物的逼真展示已经成为虚拟地理环境仿真的关键之一。作为一种重要的典型地物,现有的三维空间数据可视化系统对线划公路地形的描述过于简单,导致可视化效果失真,并不能满足人们可视化的需求,因此对公路地形进行精细表达的需求越来越迫切。目前,谷歌地球、百度地图等产品通过简单映射地表二维纹理的方式进行虚拟地表仿真,所产生公路沿线的可视化效果较差,公路三维表现性状严重失真,起伏不规则,无法满足公路等人工构筑地物地表形态的模拟需求。与此同时,虽然随着航空航天摄影测量、遥感和全球定位系统等对地观测技术的发展,DEM、高精度影像等地理空间数据大量产生,但是这些数据并未得到充分的利用。而且在地形地物建模方面,仅仅依靠数据本身精度的提升或者手动建模方式,无法同时满足大范围和高细节层次等多方面的需求,因此越来越多的学者尝试以多种数据融合的方法来实现地形、地物的建模。目前由于相关理论和技术方法的欠缺,大规模的地物、地形数据的精细融合建模和表达工作,难以实现令人满意的效果。虽然有一些学者,进行了公路矢量数据与地形栅格数据融合建模的研究,但在精细化程度、建模成本、建模速度等方面各有不足。为了提高平原、丘陵区线划公路地形的表达效果,本文提出了一种知识规则辅助的单线公路矢量数据与栅格地形数据融合建模的方法,以DEM数据、已建成公路的矢量数据为源数据,以各级公路的设计、施工规范作为辅助知识规则,进行公路纵断面、横断面的模型还原,重现当初基于各类规范、标准以及地形数据进行公路设计、建设的过程,还原已建成公路的路面、边坡、排水沟、护坡道等结构的三维形态。本文主要从平原、丘陵区公路的知识规则分类与整理、公路的横断面优化还原、公路的纵断面优化还原等三方面展开研究：1)平原、丘陵区公路知识规则分类与整理根据公路的等级、类型,查阅《中华人民共和国公路设计规范(JTG D20-2006)》等系列规范与标准,解析平原、丘陵区公路的知识规则信息,包括：最大、最小坡长,最大、最小纵坡,竖曲线半径等纵断面知识规则信息；路基宽度、中间带宽度、路肩宽度、车道数、车道宽度、排水沟、护坡道、边沟、路拱等横断面知识规则信息,并对它们进行分类与整理。2)公路横断面优化还原公路中线的法线方向坡面图称为公路横断面图,它是由横断面设计线与横断面地面线所围成的图形。公路横断面的组成包括：行车道、平曲线加宽、中间带、路肩、边坡、边沟、排水沟、护坡道等。本文采用影像和实地调研相结合的方式获得实验路段横断面的真实组成信息。在调研结果的基础之上,结合各级公路知识规则信息还原公路的横断面。3)公路纵断面优化还原根据平原、丘陵区公路的等级以及行车限速等信息,查阅相关设计规范与标准,建立合理的公路纵断面线优化还原的数学模型。在此基础上,基于自适应的遗传算法求解该数学模型,实现平原、丘陵区公路纵断面线形的优化还原。本论文最后以南京机场高速公路的一段作为实验路段,对所提出的方法进行了系统实现,并对结果进行了误差分析。实验结果表明,以本文提出的方法,能够获取具有精细可视化效果的公路模型数据,同时,其对公路沿线地形的精细化表达较DEM数据在高程误差方面有了较大提高。
【关键词】：DEM 矢量数据 知识规则 自适应遗传算法 优化还原 地形增强
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U412;P208
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 研究背景与意义15-16
• 1.1.1 研究背景15-16
• 1.1.2 研究意义16
• 1.2 国内外研究现状及其分析16-18
• 1.2.1 线状地物与地形融合方法研究现状16-17
• 1.2.2 公路精细三维模型建立方法的研究现状17-18
• 1.2.3 研究现状分析18
• 1.3 研究目标、内容和拟解决的关键问题18-19
• 1.3.1 研究目标18
• 1.3.2 研究内容18-19
• 1.3.3 拟解决的关键问题19
• 1.4 研究方法和技术路线19-22
• 1.4.1 研究方法19
• 1.4.2 技术路线19-22
• 1.5 论文的组织结构22
• 1.6 本章小结22-23
• 第二章 平原、丘陵区公路三维精细模型优化还原基本原理与方法23-46
• 2.1 平原、丘陵区公路工程建设基本原理与方法23-31
• 2.2 公路优化还原31-42
• 2.2.1 平原、丘陵区公路三维精细模型优化还原的原理与方法31-32
• 2.2.2 公路平面线形拟合32-36
• 2.2.3 平原、丘陵区公路三维精细模型优化还原知识规则分类与整理36-42
• 2.3 自适应遗传算法概述42-45
• 2.3.1 自适应遗传算法简介43
• 2.3.2 自适应遗传算法的实现步骤43-45
• 2.4 本章小结45-46
• 第三章 平原、丘陵区公路约束建模的数学模型46-56
• 3.1 平原、丘陵区公路三维精细横断面模型数学模型46-50
• 3.1.1 横断面上特征点的平面坐标计算模型47-48
• 3.1.2 横断面上特征点的高程计算模型48-50
• 3.2 平原、丘陵区公路纵断面模型优化还原问题50-54
• 3.2.1 问题分析50
• 3.2.2 数学模型建立50-51
• 3.2.3 优化变量设计51-52
• 3.2.4 约束条件设计52-53
• 3.2.5 目标函数53-54
• 3.3 公路表面模型优化还原及其可视化54-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 基于自适应遗传算法的平原、丘陵区公路纵断面优化还原56-66
• 4.1 编码设计与初始种群的产生56-59
• 4.2 适应度函数设计59-60
• 4.3 遗传算子的设计60-65
• 4.3.1 选择算子设计60
• 4.3.2 交叉算子设计60-62
• 4.3.3 变异算子设计62-63
• 4.3.4 自适应控制参数设计63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 实验验证与分析66-83
• 5.1 实验区与试验数据介绍66-68
• 5.2 实验结果评价与分析68-82
• 5.2.1 验证路段试验结果69-70
• 5.2.2 实验结果与现有三维空间数据可视化系统的比较70-72
• 5.2.3 实验结果定性与定量的评价72-81
• 5.2.4 实验结果评价与分析81-82
• 5.3 本章小结82-83
• 第六章 结论与展望83-85
• 6.1 研究结论83
• 6.2 研究展望83-85
• 参考文献85-90
• 致谢90

【参考文献】

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  本文关键词：平原、丘陵区矢量线划公路与地形增强建模方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：337914