本文關(guān)鍵詞：平原、丘陵區(qū)矢量線劃公路與地形增強(qiáng)建模方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：人類賴以生存的地球表面是一個(gè)復(fù)雜而龐大的巨系統(tǒng),不僅包括高低起伏的地形,更包括地形與其上地物之間復(fù)雜的相互關(guān)聯(lián)與作用關(guān)系。隨著三維可視化應(yīng)用的深入,人們對(duì)虛擬地理環(huán)境真實(shí)感的需求也越來越高,高精度的地形與地物的逼真展示已經(jīng)成為虛擬地理環(huán)境仿真的關(guān)鍵之一。作為一種重要的典型地物,現(xiàn)有的三維空間數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)對(duì)線劃公路地形的描述過于簡(jiǎn)單,導(dǎo)致可視化效果失真,并不能滿足人們可視化的需求,因此對(duì)公路地形進(jìn)行精細(xì)表達(dá)的需求越來越迫切。目前,谷歌地球、百度地圖等產(chǎn)品通過簡(jiǎn)單映射地表二維紋理的方式進(jìn)行虛擬地表仿真,所產(chǎn)生公路沿線的可視化效果較差,公路三維表現(xiàn)性狀嚴(yán)重失真,起伏不規(guī)則,無法滿足公路等人工構(gòu)筑地物地表形態(tài)的模擬需求。與此同時(shí),雖然隨著航空航天攝影測(cè)量、遙感和全球定位系統(tǒng)等對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展,DEM、高精度影像等地理空間數(shù)據(jù)大量產(chǎn)生,但是這些數(shù)據(jù)并未得到充分的利用。而且在地形地物建模方面,僅僅依靠數(shù)據(jù)本身精度的提升或者手動(dòng)建模方式,無法同時(shí)滿足大范圍和高細(xì)節(jié)層次等多方面的需求,因此越來越多的學(xué)者嘗試以多種數(shù)據(jù)融合的方法來實(shí)現(xiàn)地形、地物的建模。目前由于相關(guān)理論和技術(shù)方法的欠缺,大規(guī)模的地物、地形數(shù)據(jù)的精細(xì)融合建模和表達(dá)工作,難以實(shí)現(xiàn)令人滿意的效果。雖然有一些學(xué)者,進(jìn)行了公路矢量數(shù)據(jù)與地形柵格數(shù)據(jù)融合建模的研究,但在精細(xì)化程度、建模成本、建模速度等方面各有不足。為了提高平原、丘陵區(qū)線劃公路地形的表達(dá)效果,本文提出了一種知識(shí)規(guī)則輔助的單線公路矢量數(shù)據(jù)與柵格地形數(shù)據(jù)融合建模的方法,以DEM數(shù)據(jù)、已建成公路的矢量數(shù)據(jù)為源數(shù)據(jù),以各級(jí)公路的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范作為輔助知識(shí)規(guī)則,進(jìn)行公路縱斷面、橫斷面的模型還原,重現(xiàn)當(dāng)初基于各類規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)以及地形數(shù)據(jù)進(jìn)行公路設(shè)計(jì)、建設(shè)的過程,還原已建成公路的路面、邊坡、排水溝、護(hù)坡道等結(jié)構(gòu)的三維形態(tài)。本文主要從平原、丘陵區(qū)公路的知識(shí)規(guī)則分類與整理、公路的橫斷面優(yōu)化還原、公路的縱斷面優(yōu)化還原等三方面展開研究：1)平原、丘陵區(qū)公路知識(shí)規(guī)則分類與整理根據(jù)公路的等級(jí)、類型,查閱《中華人民共和國(guó)公路設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D20-2006)》等系列規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn),解析平原、丘陵區(qū)公路的知識(shí)規(guī)則信息,包括：最大、最小坡長(zhǎng),最大、最小縱坡,豎曲線半徑等縱斷面知識(shí)規(guī)則信息；路基寬度、中間帶寬度、路肩寬度、車道數(shù)、車道寬度、排水溝、護(hù)坡道、邊溝、路拱等橫斷面知識(shí)規(guī)則信息,并對(duì)它們進(jìn)行分類與整理。2)公路橫斷面優(yōu)化還原公路中線的法線方向坡面圖稱為公路橫斷面圖,它是由橫斷面設(shè)計(jì)線與橫斷面地面線所圍成的圖形。公路橫斷面的組成包括：行車道、平曲線加寬、中間帶、路肩、邊坡、邊溝、排水溝、護(hù)坡道等。本文采用影像和實(shí)地調(diào)研相結(jié)合的方式獲得實(shí)驗(yàn)路段橫斷面的真實(shí)組成信息。在調(diào)研結(jié)果的基礎(chǔ)之上,結(jié)合各級(jí)公路知識(shí)規(guī)則信息還原公路的橫斷面。3)公路縱斷面優(yōu)化還原根據(jù)平原、丘陵區(qū)公路的等級(jí)以及行車限速等信息,查閱相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn),建立合理的公路縱斷面線優(yōu)化還原的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上,基于自適應(yīng)的遺傳算法求解該數(shù)學(xué)模型,實(shí)現(xiàn)平原、丘陵區(qū)公路縱斷面線形的優(yōu)化還原。本論文最后以南京機(jī)場(chǎng)高速公路的一段作為實(shí)驗(yàn)路段,對(duì)所提出的方法進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了誤差分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,以本文提出的方法,能夠獲取具有精細(xì)可視化效果的公路模型數(shù)據(jù),同時(shí),其對(duì)公路沿線地形的精細(xì)化表達(dá)較DEM數(shù)據(jù)在高程誤差方面有了較大提高。
【關(guān)鍵詞】：DEM 矢量數(shù)據(jù) 知識(shí)規(guī)則 自適應(yīng)遺傳算法 優(yōu)化還原 地形增強(qiáng)
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U412;P208
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 研究背景與意義15-16
• 1.1.1 研究背景15-16
• 1.1.2 研究意義16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其分析16-18
• 1.2.1 線狀地物與地形融合方法研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.2 公路精細(xì)三維模型建立方法的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.3 研究現(xiàn)狀分析18
• 1.3 研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題18-19
• 1.3.1 研究目標(biāo)18
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容18-19
• 1.3.3 擬解決的關(guān)鍵問題19
• 1.4 研究方法和技術(shù)路線19-22
• 1.4.1 研究方法19
• 1.4.2 技術(shù)路線19-22
• 1.5 論文的組織結(jié)構(gòu)22
• 1.6 本章小結(jié)22-23
• 第二章 平原、丘陵區(qū)公路三維精細(xì)模型優(yōu)化還原基本原理與方法23-46
• 2.1 平原、丘陵區(qū)公路工程建設(shè)基本原理與方法23-31
• 2.2 公路優(yōu)化還原31-42
• 2.2.1 平原、丘陵區(qū)公路三維精細(xì)模型優(yōu)化還原的原理與方法31-32
• 2.2.2 公路平面線形擬合32-36
• 2.2.3 平原、丘陵區(qū)公路三維精細(xì)模型優(yōu)化還原知識(shí)規(guī)則分類與整理36-42
• 2.3 自適應(yīng)遺傳算法概述42-45
• 2.3.1 自適應(yīng)遺傳算法簡(jiǎn)介43
• 2.3.2 自適應(yīng)遺傳算法的實(shí)現(xiàn)步驟43-45
• 2.4 本章小結(jié)45-46
• 第三章 平原、丘陵區(qū)公路約束建模的數(shù)學(xué)模型46-56
• 3.1 平原、丘陵區(qū)公路三維精細(xì)橫斷面模型數(shù)學(xué)模型46-50
• 3.1.1 橫斷面上特征點(diǎn)的平面坐標(biāo)計(jì)算模型47-48
• 3.1.2 橫斷面上特征點(diǎn)的高程計(jì)算模型48-50
• 3.2 平原、丘陵區(qū)公路縱斷面模型優(yōu)化還原問題50-54
• 3.2.1 問題分析50
• 3.2.2 數(shù)學(xué)模型建立50-51
• 3.2.3 優(yōu)化變量設(shè)計(jì)51-52
• 3.2.4 約束條件設(shè)計(jì)52-53
• 3.2.5 目標(biāo)函數(shù)53-54
• 3.3 公路表面模型優(yōu)化還原及其可視化54-55
• 3.4 本章小結(jié)55-56
• 第四章 基于自適應(yīng)遺傳算法的平原、丘陵區(qū)公路縱斷面優(yōu)化還原56-66
• 4.1 編碼設(shè)計(jì)與初始種群的產(chǎn)生56-59
• 4.2 適應(yīng)度函數(shù)設(shè)計(jì)59-60
• 4.3 遺傳算子的設(shè)計(jì)60-65
• 4.3.1 選擇算子設(shè)計(jì)60
• 4.3.2 交叉算子設(shè)計(jì)60-62
• 4.3.3 變異算子設(shè)計(jì)62-63
• 4.3.4 自適應(yīng)控制參數(shù)設(shè)計(jì)63-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第五章 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析66-83
• 5.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)介紹66-68
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)與分析68-82
• 5.2.1 驗(yàn)證路段試驗(yàn)結(jié)果69-70
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)有三維空間數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的比較70-72
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果定性與定量的評(píng)價(jià)72-81
• 5.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)與分析81-82
• 5.3 本章小結(jié)82-83
• 第六章 結(jié)論與展望83-85
• 6.1 研究結(jié)論83
• 6.2 研究展望83-85
• 參考文獻(xiàn)85-90
• 致謝90

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：平原、丘陵區(qū)矢量線劃公路與地形增強(qiáng)建模方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：337914