【摘 要】
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随着人们对地球表面空间信息的掌握和对三维地球空间领域的深入研究,全球离散格网数据模型已逐渐成为数字化地球的基础参考框架之一。从理论上讲,球面与平面是不同胚的,因此无法直接在球面上递归剖分出像平面栅格那样完全相同的单元。这就需要应用全球离散格网质量的评估体系与误差控制方法,来确定全球离散格网模型应用的适用范围与可靠性。目前,全球离散格网质量评价一般采用经典Goodchild准则进行。但是,该评价准则
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随着人们对地球表面空间信息的掌握和对三维地球空间领域的深入研究,全球离散格网数据模型已逐渐成为数字化地球的基础参考框架之一。从理论上讲,球面与平面是不同胚的,因此无法直接在球面上递归剖分出像平面栅格那样完全相同的单元。这就需要应用全球离散格网质量的评估体系与误差控制方法,来确定全球离散格网模型应用的适用范围与可靠性。目前,全球离散格网质量评价一般采用经典Goodchild准则进行。但是,该评价准则部分指标存在着信息重叠或互斥等问题,仅能选取某些指标进行变形分析,无法保障全球离散格网整体质量评估的可靠性和可信度。为此,本文以该经典Goodchild准则为基础,研究全球离散格网质量评价指标的相关性,重构全球离散格网质量综合评价体系和评价模型,并以全球离散格网模型的面积因素为例,探讨与尺度相关的单元面积准确度控制方法。主要研究成果及创新点如下:(1)搭建全球离散格网模型试验平台。分析全球离散格网模型质量综合评价的研究背景及意义。基于一种开源虚拟地球软件开发包(NASA World Wind Java SDK),搭建开发全球离散格网模型的试验平台,并以QTM格网模型为例,模拟生成全球离散格网的原始观测数据。(2)分析与计算全球离散格网质量评价指标的相关性。全球离散格网经典评价准则中存在相互矛盾和重复的信息即评价指标之间存在相关性问题。为此,首先计算定量评价指标的主成分或公因子,提取评价格网单元的独立主成分和公因子指标;通过计算Goodchild准则定量评价指标的相关性矩阵,提取并确定出面积主成分和形状主成分。面积主成分和形状主成分既相互独立又包含了其他被合并指标的内涵信息。(3)重构一套独立的全球离散格网质量综合评价体系。对定性评价指标进行分析与推理,消除或合并重复指标和相关指标,得到四种定性评价指标。结合上述两种定量的独立主成分或公因子,重新构建一套独立的全球离散格网质量评估指标体系。该体系由4种定性评价指标和2种定量评价指标构成,新体系包括较少的指标数量和独立的指标内涵,有利于对全球离散格网模型进行质量综合评价。(4)初步建立了全球离散格网质量综合评价模型。上述新的评价体系包含定性指标和定量指标2大类。对于定性评价指标:首先参照专业知识、专家经验或者根据实际应用需求,分别进行百分制打分,然后按比例确定评价指标的各自权重,最后计算出定性评价指标对格网模型的综合评价值。对于定量评价指标:首先根据因子分析计算格网单元定量指标的数值,把得分矩阵作为定量指标的权重,计算出格网单元的综合评价值,然后建立评价值向百分制转换的线性方程,依次转换为百分制得分。最终,按照定性、定量评价指标的权重相等的评价方式,初步构建全球离散格网质量的综合评价模型。(5)按照阈值计算大尺度格网单元向小尺度转换的过渡层(或控制层)。过渡层的确定依据格网单元的面积差异、边长差异或者相似度与阈值大小的比较。阈值是确定过渡层或控制层的关键,根据专业知识、专家经验或者实际应用需求等因素设定。如果设定面积差异的阈值为1km~2或边长差异的阈值为1m,则把格网模型第七层作为空间尺度转换的过渡层,能满足面积计算准确度的要求。(6)提出基于分形的面积准确度控制方法。首先,分析确定格网单元上下层之间的数量关系,构造基于分形的格网单元面积计算方法,形成基于多重分形编码的球面三角形格网单元的面积计算方法。其次,根据阈值等因素设置过渡层,采用分形方法计算空间大尺度的过渡层格网单元的面积;然后,设计模拟算例,用相对中误差表达计算准确度。试验表明,通过控制空间大尺度下过渡层格网单元面积的方式,能实现控制空间小尺度格网单元面积的目的。本文的研究成果为全球离散格网质量综合评价提供了依据,有利于全球离散格网模型的应用与推广。
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