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以智能移动终端为载体的地理信息应用已成为发展趋势,并成为当今地理信息科学领域的研究热点之一。随着地理信息获取手段的日益增多,如智能机、无人机、遥感卫星等,海量空间数据以GB级速度不断呈现。当前计算机硬件制造业的迅猛发展使得移动终端(嵌入式设备)性能在计算速度、内存大小和存储容量等方面都得到较大的提升。但是与空间数据的数据量相比,其计算资源和存储资源依旧是相对有限的,仍然无法满足大数据量空间数据快速处理的需求。嵌入式设备性能的提高速度难以匹敌空间数据的增长速度,这一矛盾也使得地理信息服务质量受到制约。如何利用嵌入式设备有限的计算资源和存储资源进行海量空间数据存储、处理与显示是一个意义重大且迫在眉睫的问题。空间数据多尺度表达可以实现不同细节层次信息的提取,已成为嵌入式设备上空间数据快速处理与显示的一种有效方法。我国国家自然科学基金委员会在构建“数字中国”地理空间基础框架的总体战略中将空间数据的多尺度表示作为地理空间数据库关键技术研究的核心问题之一。现有研究虽然已取得不少成果,但仍存在一些亟待解决的问题:在矢量多尺度信息提取过程中没有很好地融入专题数据知识规则,仅考虑了数据的空间结构特征;基于商业数据库或分布式文件系统的数据存储管理方式对硬件配置要求高且管理复杂,不适用于嵌入式设备中影像数据的高效存储与管理。本论文致力于研究面向嵌入式设备的GIS空间数据多尺度表达与快速显示关键技术,突破了嵌入式设备上百兆级矢量数据以及GB级遥感影像数据快速显示技术难题;研发了一套数字化动态变更外业调查与核查系统,解决了土地外业实地调查中定位、底图和属性信息的一体化集成技术问题。论文主要研究成果包括以下五个方面内容:(1)基于特征的矢量数据多尺度快速可视化技术。分析并提出提取土地利用现状数据多尺度信息时必须把数据的语义特征、空间结构特征以及图斑形状特征综合进行考虑的思想,构建了一种动静结合的矢量数据多尺度处理模型,实现了嵌入式设备上百兆级基于特征的矢量数据多尺度快速可视化技术。实验结果表明,该方法使得嵌入式GIS软件能够支持100MB以上矢量图的流畅显示,且整体平均渲染时间均不超过2秒,最恶劣情况下渲染时间不超过4秒,能满足大范围土地快速调查的需求。(2)基于关键检测点识别的拓扑一致性面状图斑快速简化算法。列举分析了现有线要素化简算法存在的不足,通过研究顾及相邻地理实体空间关系的关键检测点识别方法,提出并实现了一种基于关键检测点识别的拓扑一致性快速化简算法。实验验证,该算法不仅能够避免简化后数据集中出现拓扑错误,实现一致性化简,而且在拓扑冲突检查时避免了不必要的拓扑一致性校验,提高了化简效率。(3)基于改进G-H算法的超大图斑快速显示算法。针对在嵌入式设备上对超大尺寸图斑进行绘制时渲染耗时很长且由此易导致程序卡死这一问题,经实验揭示了该问题产生的原因是WindowsCE、WindowsMobile中GDI的多边形图形绘制函数缺乏图形裁剪功能,提出引入多边形裁剪算法来解决该问题。详细分析了现有多边形裁剪算法在交点退化情况下算法失效原因,对G-H算法进行了改进,提出了一种顾及交点退化现象的多边形裁剪算法。实验验证,与以往算法相比,该算法不但在交点退化情况下能输出正确的裁剪结果,而且裁剪效率高。提出了基于多边形裁剪的超大尺寸图斑按需渲染策略,实验结果表明,与常规方法相比,所提渲染方法将嵌入式设备上超大尺寸图斑渲染效率提高了 85%以上;当图斑放大到一定比例尺后渲染效率可提高94.5%以上,渲染时间甚至可从原先的几十秒降到1秒以内;将整幅矢量图显示效率提升了 88%以上。(4)自适应海量影像LOD快速可视化技术。针对资源有限的嵌入式设备难以处理、显示GB级影像数据这一问题,提出了一种海量影像金字塔构建优化算法,设计了LOD数据存储组织策略,提出了基于视相关LOD的遥感影像快速调度显示算法,实现了嵌入式设备上影像LOD快速显示。为了克服嵌入式设备存储卡自身硬件条件对嵌入式GIS软件系统实时处理影像数据能力的限制,提出了一种改进的自适应海量影像LOD表达处理算法。实验结果表明,改进方法使得嵌入式GIS软件能支持50GB以上影像数据快速渲染,渲染时间不超过1秒,且影像显示速度与原始影像大小无关。(5)数字化动态变更外业调查与核查软件系统研发与应用。在上述关键技术研究成果的基础上研发了一套拥有自主知识产权的基于智能机的动态变更外业调查与核查系统,为快速获取准确、高现势性的土地基础数据提供了技术保障。从系统体系结构、框架结构、功能模块划分、总体工作流程这四个方面详细阐述了该系统设计方案。利用设计模式思想,基于Strategy、Command、Abstract Factory等模式进行软件开发,提高了嵌入式GIS框架的可复用性、可扩展性以及可维护性。该系统已成功应用于全国土地调查、国家土地督察、全国土地变更调查、全国土地卫片执法检查,为我国制定相关调查方案和标准提供了重要参考。实际应用表明,实地调查效率较以往提高2-3倍,配合遥感数据,可以实现土地利用信息“月清季累”。系统已成为构建“数字城市”的动态空间地理基础设施,它的推广应用将会产生良好的经济效益和社会效益。