水下数字高程模型在长江航道中的应用

长江航道的快速发展对航道水下地形显示、变化追踪、演变分析提出了更高的要求。本文介绍了数字高程模型(DEM)的基本概念、分类和构建流程,分析了DEM应用于长江航道水下地形的特点,探讨了DEM在长江航道的应用场景以及后期可能的拓展领域。     

基于分形理论的水下地形生成

地形三维化是近些年随着地理信息系统和计算机可视化技术发展起来的新兴应用。现阶段地形可视化的研究对象还主要集中在陆地地形,对于水下地形的研究很少。论文中介绍了一个基于二维电子海图中离散水深数据通过分形曲面插值算法构建数字高程模型(DEM),并通过三维地形建模最终实现海底地形的三维可视化的解决方案。     

基于UKF的水下地形匹配算法组合

为了克服断续地形辅助导航给UKF算法带来的不利影响,提出了改进TERCOM／ICCP＋UKF地形匹配组合算法.首先分析了基于UKF的水下地形匹配算法及其在实际水下地形辅助导航中的局限性.然后,针对UKF地形匹配效果易受大初始位置误差影响的不足,以“粗搜索”＋“精匹配”的算法组合模式为基础,给出了TERCOM、ICCP和UKF匹配算法的组合策略和算法克服相似地形影响的方法.仿真显示,较之单一UKF匹配算法,组合算法能够克服了大初始位置误差对算法匹配效果的影响,具有更好的工程适用性.     

基于VRML的三维地形仿真

介绍DEM的表示方法和TIN模型生成算法以及VRML模型显示原理，提出一种基于VRML的快速三维地形显示方法，实现空间离散点的快速显示，并以实验的方式验证该方法的可行性。     

基于Xdraw算法的SAR航线规划

利用机载SAR进行对地观察的飞行实验所需时间和处理周期偏长,成本也偏高,并且没有定量的地形遮挡分析。文章利用三维数字地球平台的地理信息,提出一种基于Xdraw算法的机载雷达可视域分析。只要给出地形的数字高程模型（DEM）数据,就可以得出可视域的分析结果,同时在不同SAR航线高度参数下对算法进行了验证和分析评价,得出该算法可以较好近似真实的可视信息,为SAR实验给出了定量的地形遮挡分析,为确定SAR航线规划提供了可靠的参考。     

基于组合算法的水下地形辅助导航性能分析

针对目前水下地形辅助导航性能在单一算法下受多因素影响而无法得到最佳发挥的问题,采用双线性插值法制备了相应分辨率的水下数字地图,采用地形轮廓相关匹配(TERCOM)算法和基于直接概率准则的质点滤波(PMF)算法组成的组合匹配算法,较为全面地仿真分析了潜航器航速、测深误差、航向误差、航速误差、初始位置偏差和水下地形特征等诸多因素对导航性能的影响规律,对组合算法在复杂条件下的应用性能进行了剖析。仿真结果表明,在复杂条件下组合算法具有较强的稳定性和抗误差性,通过合理地选择应用参数,可有效降低匹配误差,提高导航性能,研究成果可为匹配算法在水下导航工程实践中的应用提供参考。     

基于GIS和RS长江口南港冲淤变化的可视化分析

利用遥感图像反射率和实测水深值之间的相关性，建立了动量BP人工神经网络水深反演模型，对缺失的1995年的水下地形资料进行了插补，并利用插补后的1973～2003年南港水下地形资料计算了南港河段的泥沙冲淤量，分析了南港河段等深线和横断面的变化，结果表明BP人工神经网络水深反演模型能反演出研究区的水深分布情况，特别是对水深浅于-5m区域，模型反演效果更好。     

长江航道水下数字高程模型自动化处理系统

手动处理生成航道水下数字高程模型（DEM）费时耗力,存在着效率瓶颈。提出并构建长江航道水下数字高程模型自动化处理系统。该系统由水深数据自动监测读取模块、DEM自动处理模块、成果自动加工模块以及流程监控显示模块组成,实现了从原始水深点自动监测到规则格网DEM及其专题图的快速自动化处理,有效节省了人工操作,提高了DEM产品的时效性,解决了效率瓶颈问题。     

水下土方计算的三维可视化应用研究

研究采用"GPS+测深仪"的数字化测量系统对河道进行测量,通过surfer软件进行成图处理,根据三维表达成果,分别计算目前地形体积和设计地形体积,进一步计算水下土方工程量。为水下复杂多变的地形提供了形象直观,计算精度高的计算方法。同时采用梯形规则、辛普森规则、辛普森3/8规则进行体积计算原理及误差分析研究。然后利用surfer软件建立水下地形三维模型,进行三维空间分析。     

基于数字高程模型的长江口北港多年槽蓄量变化及可视化研究

总结了槽蓄量计算中的常用的断面法、水沙平衡法和地形图量算法的原理和不足,利用1973—2002年的水下地形图为基础资料创建DEM,进行了精度分析;计算河道槽蓄量的大小;对不同时期的数据进行叠合分析,得到河道槽蓄量大小的变化及水下地形变化的可视化。结果表明:1)利用海图资料建立的DEM精度较高,其中1982年的中误差仅为0.78m。2)在1973—2002年间北港河段槽蓄量整体增大,即呈现冲刷之势,泥沙冲刷量为1.6×108 m3。在整个研究时段内,1982-1987年间槽蓄量变小,河道发生淤积。3)北港河床航道稳定性较差,河床逐渐演变。水流作用切滩下泄使大量泥沙迁移堆积;洪水造床作用在河口河槽演变过程中起着重要的作用。