發(fā)布時間：2017-08-26 04:00

  本文關(guān)鍵詞：顧及空間拓撲關(guān)系的多級河流矢量數(shù)據(jù)并行壓縮方法研究

  更多相關(guān)文章： 多級河流矢量數(shù)據(jù) 空間拓撲關(guān)系 矢量數(shù)據(jù)壓縮 Douglas-Peucker 算法 并行計算

【摘要】：河流數(shù)據(jù)是進行水文分析、水生態(tài)環(huán)境調(diào)查、水質(zhì)監(jiān)測的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ),是構(gòu)建水文模型、進行水污染擴散過程動態(tài)模擬以及其他相關(guān)研究的前提。在GIS的空間數(shù)據(jù)模型中,河流通常以線狀矢量數(shù)據(jù)的形式進行存儲。近年來,隨著數(shù)字地圖的廣泛應用和WebGIS的迅猛發(fā)展,大范圍、高精度多級河流矢量數(shù)據(jù)占用存儲空間大、網(wǎng)絡傳輸速度慢的問題越來越突出。本文以重慶市的多級河流矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),研究多級河流矢量數(shù)據(jù)壓縮中空間拓撲關(guān)系一致性的保持方法,同時結(jié)合并行計算技術(shù),研究多級河流矢量數(shù)據(jù)的并行壓縮方法,實現(xiàn)其壓縮的合理化、高效化。本文主要研究工作包括:(1)分析了光欄法、垂距限值法、角度限值法以及Douglas-Peucker算法四種基本矢量數(shù)據(jù)壓縮算法的原理,對比了這四種算法的優(yōu)劣,Douglas-Peucker算法具有的明顯優(yōu)勢,并選擇Douglas-Peucker算法作為多級河流矢量數(shù)據(jù)的基本壓縮算法。(2)利用Douglas-Peucker算法等普通算法壓縮多級河流矢量數(shù)據(jù)時,會發(fā)生多級河流鄰接關(guān)系不一致以及多級河流的自相交與相交,分析了產(chǎn)生這兩種空間拓撲關(guān)系不一致現(xiàn)象的原因。針對多級河流鄰接關(guān)系,首先基于ArcGIS的拓撲分析和網(wǎng)絡分析功能對多級河流鄰接結(jié)點進行提取,在此基礎(chǔ)上改進Douglas-Peucker算法,使其在壓縮過程中強制保留多級河流鄰接結(jié)點,保持多級河流壓縮前后的鄰接關(guān)系一致性;針對多級河流的自相交與相交,首先提出了基于掃偏線法的河流曲線自相交、相交判別和查找方法,然后對Douglas-Peucker算法進行改進,通過恢復河流曲線細節(jié)點的方法消除壓縮后的河流自相交與相交現(xiàn)象;在此基礎(chǔ)上,以Douglas-Peucker算法為基礎(chǔ),設計并實現(xiàn)了顧及空間拓撲關(guān)系的多級河流矢量數(shù)據(jù)串行壓縮算法。(3)在串行算法的基礎(chǔ)上,研究了并行計算中的核心問題,選擇了消息傳遞接口MPI作為并行編程環(huán)境,單程序多數(shù)據(jù)流模式作為并行編程模式,數(shù)據(jù)并行作為任務分配方式,非阻塞式點對點通信作為通信方式,設計并實現(xiàn)了多級河流矢量數(shù)據(jù)并行壓縮算法。(4)以重慶市的多級河流矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),設計了驗證性實驗,利用本文提出的多級河流矢量數(shù)據(jù)并行壓縮算法對實驗數(shù)據(jù)進行壓縮,通過選取長度變化率、曲折度變化率、相對位移偏差、鄰接結(jié)點保持率、自相交率、相交率、壓縮率、運行時間、加速比與并行效率等指標對實驗結(jié)果進行定量評價,結(jié)果表明:在壓縮閾值為100m到1000m時,本文提出的多級河流矢量數(shù)據(jù)并行壓縮算法的平均長度變化率、曲折度變化率、相對位移偏差平均值分別為0.607%、2.84%、0.506%,與常規(guī)Douglas-Peucker算法相比,鄰接結(jié)點保持率提高了35.15%,自相交率與相交率分別減少了64.2%與77.4%,壓縮閾值為1000m時的壓縮率達到了75.52%,表明該算法具有良好的壓縮有效性;與串行算法相比,節(jié)點數(shù)為2的并行算法到了1.755的加速比,節(jié)點數(shù)為4的并行算法達到了2.815的加速比,有效提高了多級河流矢量數(shù)據(jù)的壓縮效率。
【關(guān)鍵詞】：多級河流矢量數(shù)據(jù) 空間拓撲關(guān)系 矢量數(shù)據(jù)壓縮 Douglas-Peucker 算法 并行計算
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P208
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 研究背景與意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3 研究內(nèi)容與技術(shù)路線14-17
• 第2章 線狀矢量數(shù)據(jù)壓縮算法17-21
• 2.1 矢量數(shù)據(jù)壓縮概述17
• 2.2 基本線狀矢量數(shù)據(jù)壓縮算法概述17-19
• 2.3 算法分析19-21
• 第3章 顧及空間拓撲關(guān)系的多級河流矢量數(shù)據(jù)串行壓縮算法21-31
• 3.1 研究數(shù)據(jù)概況21-22
• 3.2 Douglas-Peucker算法的實現(xiàn)22-23
• 3.3 多級河流矢量數(shù)據(jù)壓縮的空間拓撲關(guān)系23-24
• 3.4 多級河流鄰接關(guān)系一致性保持方法24-25
• 3.5 河流錯誤相交消除方法25-28
• 3.6 多級河流矢量數(shù)據(jù)串行壓縮算法設計與實現(xiàn)28-31
• 第4章 多級河流矢量數(shù)據(jù)并行壓縮算法31-41
• 4.1 并行計算概述31-35
• 4.2 多級河流矢量數(shù)據(jù)并行壓縮算法設計與實現(xiàn)35-41
• 第5章 多級河流矢量數(shù)據(jù)壓縮效果評價與分析41-51
• 5.1 多級河流矢量數(shù)據(jù)壓縮效果評價體系構(gòu)建41-45
• 5.2 實驗設計與結(jié)果分析45-51
• 第6章 結(jié)論與展望51-55
• 6.1 主要結(jié)論51-52
• 6.2 存在問題與展望52-55
• 參考文獻55-59
• 致謝59-61
• 發(fā)表論文及參加課題一覽表61

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