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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

栅格影像是遥感科学、地理信息科学的重要数据源，是进行研究的基础。随着遥感传感器的空间分辨率的提高，传统的图像处理技术难以应对海量数据。为此本选题旨在研究栅格图像处理计算方法，结合计算机软硬件技术，研究更为高效的基于多边形的栅格影像的统计方法。为遥感科学与地理信息科学处理遥感数据提供更为快速便捷的手段以及解决图像问题的思路。

国内外研究现状

随着遥感传感器向着高空间分辨率，高光谱分辨率发展，如何高效准确的统计多边形内的栅格信息成为不容忽视的问题。这个问题与计算机图形学中的区域填充问题类似，在ESRI旗下的桌面产品ArcMap中的zonalstatistical as table功能所使用的算法就是经典的扫描线算法^[1]。当前区域填充算法研究较为深入^[10-15]。如高昂有针对地物表面积CVOA算法，提出了用栅格的一整行的外接矩形框，而非逐个栅格边框与多边形相交，再按照相交多边形各个节点的坐标推算点在栅格中的位置信息，以此快速地确定需要填充的位置^[1]。王三福给出了消除经典算法中像素点颜色判读的重复操作，消除不必要的回溯，这也是当前扫描线算法的研究热点。目前较为广泛使用的填充算法为区域填充扫描线算法，王三福很好地利用了区域在扫描线上的连贯性和相邻扫描线之间的连贯性，克服了递归算法的缺点^[7]，算法效率较柳朝阳给出的改进算法更高^[7]。扫描线算法具有更好的效率，但是算法与数据结构较为复杂^[6]。同时传统的扫描线算法在面对复杂多边形时，常常会出现意想不到的问题。羊四清用改进的奇一偶规则扫描线算法有效地解决复杂多边形的填充问题，如用于汉字填充^[8]。或通过改进数据结构来提高算法效率，处理岛、洞问题，如李源通过引入活性边表与Y桶表来提高算法效率并巧妙地处理了复杂多边形问题^[3]。针对带有地理坐标的矢量与栅格数据，扈海波提出了将矢量多边形底图切分成具有一定水平、垂直空间尺度的多行、多列网格模板，并在模板的基础上进行快速统计叠加的办法，提高了计算效率^[5]。近年来，并行处理技术的快速发展，也为地理计算效率的提高提供了新的选择。栅格数据处理往往具有良好的局部性，在存储上远离的数据在运算上也相互独立,故而利于并行化处理。然而，大多数的矢量数据处理都具有耦合度高，局性低的特点，对矢量数据进行并行处理也成为地理计算并行化的一大难题^[4]。栅格与矢量数据的叠加并行处理处于前沿技术研究阶段。最后，马梦宇提出了引入分辨率因子对算法进行优化、基于高性能GIS平台HIGIS将算法并行化的方法以秒为单位处理GB级的栅格图像^[2]。

2. 研究的基本内容

1）ESRI旗下的桌面产品ArcMap中的zonal statistical as table功能的计算效率已不能满足如今大尺度栅格影像与大量的多边形叠加的计算要求，本选题欲采用更为高效的算法或优化计算过程，减少该功能计算所耗费的时间。

2）本选题研究实质为多边形区域的填充问题，通过多边形填充区域，即可实现栅格像元与多边形矢量数据的位置关系的划分，统计计算位于多边形内的栅格像元。故主要研究国内外区域填充算法的现状，采用C#编程语言，实现目前改进的算法，以实现更高效率；或进一步采取多线程、并行计算等技术方法，优化计算过程，提高计算效率。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

2018.12.27-2019.1.12 完成前期准备工作。

2019.1.12-2019.2.25深入学习理解扫描线算法，并于该期间采用c#编程语言基本实现算法。

2019.2.25-2019.3.25优化算法，实现文献中已被证明的优化算法。开始准备毕业论文撰写工作。

4. 参考文献

[1]高昂,何青松.湖北省地类表面积栅格与矢量叠加统计算法探究[J].黄冈师范学院学报,2016,36(06):48-54.

[2]马梦宇,熊伟,钟志农,陈荦,景宁.一种基于高性能GIS平台的直方图生成算法[J].地理信息世界,2015,22(06):37-42.

[3]李源,王庆喜.基于扫描线的任意多边形填充算法[J].计算机光盘软件与应用,2012,15(15):68-69.

[4]蔡蕾. 地理计算并行处理技术及性能评价模型研究[D].国防科学技术大学,2011.

[5]扈海波,刘伟东,唐世浩,朱文泉.基于网格模板的栅格与矢量叠加统计算法[J].计算机工程,2007(10):31-33.

[6]郝春辉,邹静.多边形填充的扫描线算法及其实现[J].电脑知识与技术,2006(36):106 186.

[7]王三福,李莉,张念喜.对区域填充算法的一点改进[J].天水师范学院学报,2006(02):17-20.

[8]羊四清,李思昆.改进的扫描线多边形填充算法的研究[J].数学理论与应用,1999(02):47-49.

[9]柳朝阳.对区域填充扫描线算法的改进[J].计算机工程,1994(S1):469-472. [10]刘璐,郭彦青.一种改进的扫描线填充算法[J].计量与测试技术,2013,40(11):35-38. [11]徐胜攀,刘正军,左志权,程耀东.一种改进的活性边表区域填充算法[J].计算机工程与应用,2014,50(17):178-181. [12]杜娟,郑永果,李敏.一种改进的扫描线种子填充算法[J].信息技术与信息化,2007(03):79-80. [13]张玉芳,刘君,彭燕.一种改进的扫描线多边形填充算法[J].计算机科学,2005(06):164-166. [14]马治平.一种区域填充算法[J].计算机应用与软件,2004(04):84-85. [15]李刚,陈后鹏,林争辉.一种新的基于扫描线算法的DRC方法[J].上海交通大学学报,1999(05):28-31.