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不规则三角网（TIN）的构建及应用

作　者: 许多文
导　师: 郭平波
学　校: 江西理工大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 不规则三角网(TIN) 逐点插入法土方计算
分类号: P208
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

作为空间数据基础设施中的“4D”产品之一和地理信息系统的核心数据库,数字高程模型(DEM)已在测绘、遥感、农林规划、城市规划、土木水利工程、地学分析等各个领域都有了广泛的应用。数字高程模型的表示方法主要有规则格网模型、不规则三角网模型和等高线模型三种,而不规则三角网(TIN)是数字高程模型中最基本和最重要的一种模型,它能以不同层次的分辨率来描述地形表面,并可以灵活的处理特殊地形。因此,围绕基于TIN的DEM的构建,本文主要论述了基于TIN结构的数字高程模型建模原理和方法,离散点的Delaunay三角网生成算法,建立有约束条件的约束三角网,最后分析了建立的TIN模型在土方计算方面的应用。在本论文论述的过程中,针对传统算法进行了对比和分析后,在逐点插入法的基础之上,提出了一些新的细部改进的实现方法。局部优化操作和改进的算法实现使得对大容量离散点的三角网构建速度更快,效率更高;对限制条件的嵌入满足由此计算出来的土方量更接近实际期望值。本论文中主要的研究成果和内容如下:1)在离散点的Delaunay三角网生成方面,本文中在插入点算法的基础上,建立凸包和矩形包容盒,建立虚拟网格,对原始离散点进行一级格网自适应分块,并建立索引关系。在定位点所在三角形时引入快速点定位算法,简易的空外接圆及圆内测试公式,通过这些改进使得Delaunay三角网的剖分更加高效。2)在约束Delaunay三角网理论基础之上,结合上面散点域的剖分方法,对已有的两步算法基础上改进,完成约束Delaunay三角网的构建。在其过程中应用矢量点积等数学工具改善了计算中的凹凸点判断,继续采用上章的快速索引和最速定位方法,并且对约束线相切等特殊情形进行了处理,进一步完善了算法的稳健性。3)对于在约束三角网构造基础上的TIN模型的应用,文中对其在土方量计算方面精度的优越性进行了分析,在可视化表达方面最后结合广东省东莞市某高尔夫球场工程给出了例证。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-13
  1.1 研究背景  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 论文组织结构  11-13
第二章地理信息系统的数据模型  13-21
  2.1 地理信息系统（GIS）  13-14
  2.2 空间数据模型  14-16
    2.2.1 矢量数据模型  14-15
    2.2.2 镶嵌数据模型  15-16
    2.2.3 组合数据模型  16
  2.3 数字高程模型（DEM）  16-18
    2.3.1 等高线模型（Contour DEM）  17
    2.3.2 规则格网模型（Gird DEM）  17-18
    2.3.3 不规则三角网模型（TIN DEM）  18
  2.4 不规则三角网TIN 的构建  18-20
    2.4.1 TIN 的数据结构和体系结构  19
    2.4.2 TIN 的三角剖分准则和算法分类  19-20
  2.5 小结  20-21
第三章基于无约束域离散点的不规则三角网（TIN）构建  21-37
  3.1 狄洛尼(Delaunay)三角网的定义和性质  21-22
    3.1.1 Delaunay 三角网的定义  21-22
    3.1.2 Delaunay 三角网的性质  22
  3.2 经典Delaulay 三角网生成算法  22-24
    3.2.1 静态三角网生成算法  22-23
    3.2.2 动态三角网生成算法  23-24
  3.3 以逐点插入算法为基础的构网改进  24-36
    3.3.1 当前算法主要侧重方向  24-25
    3.3.2 算法中的细部改进  25-32
      3.3.2.1 凸壳的建立  25-27
      3.3.2.2 数据的自适应分块及网格建立  27-28
      3.3.2.3 网格索引及首三角形的建立  28-30
      3.3.2.4 点目标的快速定位  30-31
      3.3.2.5 CCW 方位测试和IinCircle 圆内测试（或LOP 优化公式）  31-32
    3.3.3 数据的存储结构  32-33
    3.3.4 算法实现  33-36
  3.4 小结  36-37
第四章带约束条件的不规则三角网（TIN）构建  37-46
  4.1 约束三角网的定义和性质  37-39
    4.1.1 约束三角网的定义  37-38
    4.1.2 约束三角网的性质  38-39
  4.2 已有线段约束的三角网生成分析  39-40
  4.3 基于对角线交换的约束边嵌入算法  40-45
    4.3.1 两个定理及相交、凹凸性判断公式  41-42
    4.3.2 数据结构及算法描述  42-44
    4.3.3 算法实例  44-45
  4.4 小结  45-46
第五章不规则三角网TIN 模型的应用  46-51
  5.1 基于TIN 模型在土方量计算中的应用  46-48
    5.1.1 土方量计算常用的方法比较  46-47
    5.1.2 基于TIN 模型土方计算的实例  47-48
  5.2 基于TIN 数字地面模型可视化表达的应用  48-50
    5.2.1 TIN 数字地面模型  48-49
    5.2.2 三维可视化地形的创建  49-50
  5.3 基于TIN 模型的其它应用前景  50-51
第六章总结与展望  51-52
参考文献  52-55
致谢  55-56
个人简介、在学期间发表的学术论文与研究成果  56

不规则三角网（TIN）的构建及应用

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