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多源栅格数据统一化处理模型及插值算法研究

作　者: 周珂
导　师: 郑逢斌
学　校: 河南大学
专　业: 应用数学
关键词: 栅格数据数据处理模型插值算法薄板样条
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

空间信息处理领域是一个多学科相互交叉融合的领域,空间信息具有数据量大,时效性强,信息量丰富,呈现方式直观形象等特点。经济社会科研等诸多方面对空间信息的利用和需求也在不断发展和增加,对空间数据的处理和应用在精度和时效性等方面提出了更多更高的要求。作为空间数据的重要组组织形式——栅格数据,国内与国外的栅格数据组织结构不尽相同,卫星与卫星的栅格数据组织结构不尽相同,同样的卫星传感器不同其数据组织的栅格结构也不尽相同。栅格数据组织方式种类繁多,格式复杂,在实际的应用中常常需要这些不同的栅格数据组织方式的栅格数据协同工作,研究降低空间数据处理系统对空间数据格式的依赖具有重要的理论意义和实际价值。本文以对栅格数据的统一化处理为主线,针对多源栅格数据统一化处理中存在的若干关键问题进行研究。本文所作的主要工作及贡献包括如下内容:1、提出了一种多源栅格数据统一化处理模型。论文首先分析了栅格数据结构的特点,编码与压缩机制,然后针对目前常用的两类(标签文件格式与分层文件格式,简称TIFF和HDF)四种(GeoTIFF和Big TIFF,HDF4和HDF5)不同的栅格数据组织方式进行分析,结合空间数据模型的理论,将空间信息处理时所需的共同要素提取出来,为空间信息处理系统提供统一的数据处理接口。2、提出了一种改进的薄板样条(Thin Plate Spline简称TPS)插值算法。论文研究了空间信息处理领域中应用的比较广泛的一些插值算法;重点分析了反距离加权插值法、克里金插值法及最小曲率法。薄板样条插值算法是一种改进的最小曲率插值法。针对薄板样条插值,论文分析了其存在的不适合大范围数据量插值,分块策略依据人工指定的不足,提出了一种改进的TPS插值算法。在改进的TPS插值算法中,分块依据由用户指定的方式改为由系统的硬件环境决定,大范围数据插值算法通过主存和辅助存储器的协同工作进行支持,同时没有增加算法的时间复杂度。3、研发了一个多源栅格数据处理集成原型系统。在原型系统中实现了对GeoTIFF和HDF数据的统一化处理,同时提供了对数据的三维展示能力,在原型系统中还完成了如仿射变换、重采样、投影变换等功能。4、针对遥感图像预处理系统和生态环境遥感产品生产分系统的需要,将论文所做工作应用在这两个实际的项目中。测试结论表明,能够有效的降低空间信息处理系统对栅格数据具体格式的依赖,提高了处理系统的开发效率,较好的满足了用户对栅格据访问的性能要求。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-16
  1.1 研究背景和意义  10-12
  1.2 研究现状及存在问题  12-14
  1.3 论文的主要内容和组织  14-16
2 栅格数据结构  16-30
  2.1 基本概念  16-20
    2.1.1 栅格数据结构  16-19
    2.1.2 栅格数据编码与压缩  19-20
  2.2 栅格数据特点  20-21
  2.3 GeoTIFF 栅格数据  21-24
    2.3.1 TIFF6.0 文件格式  21-22
    2.3.2 GeoTIFF 对标准TIFF 的扩展  22-23
    2.3.3 Big TIFF 与GeoTIFF  23-24
  2.4 HDF 栅格数据  24-28
    2.4.1 HDF 栅格数据文件结构  25-27
    2.4.2 HDF4 与HDF5  27-28
  2.5 本章小结  28-30
3 栅格数据统一化处理模型研究  30-40
  3.1 基本概念  30-31
  3.2 空间数据模型发展趋势  31-32
    3.2.1 时空数据模型  31-32
    3.2.2 三维空间数据模型  32
    3.2.3 分布式空间数据模型  32
  3.3 栅格数据统一化处理模型  32-39
    3.3.1 内部公共功能设计  34-35
    3.3.2 GeoTIFF 格式接口设计  35-36
    3.3.3 HDF 格式接口设计  36-38
    3.3.4 栅格数据三维展示设计  38-39
  3.4 本章小结  39-40
4 栅格数据处理插值算法研究  40-50
  4.1 常用的插值算法概述  40-42
  4.2 TPS 插值算法  42-43
  4.3 TPS 算法的不足  43-44
  4.4 改进的TPS 算法  44-49
    4.4.1 算法流程  44-47
    4.4.2 测试分析  47-48
    4.4.3 算法时间复杂度分析及案例对比  48-49
  4.5 本章小结  49-50
5 多源栅格数据处理集成原型系统及模型应用  50-56
  5.1 原型系统介绍  50-52
    5.1.1 系统逻辑架构设计  50-51
    5.1.2 系统主要功能  51-52
  5.2 模型的项目应用  52-55
    5.2.1 遥感图像预处理系统  52-53
    5.2.2 生态环境遥感产品生产分系统  53-55
  5.3 本章小结  55-56
6 结论及展望  56-58
致谢  58-59
参考文献  59-63
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  63-64

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