基于网格建模与混合计算组件的空间插值算法对比研究-AET-电子技术应用

基于网格建模与混合计算组件的空间插值算法对比研究

电子技术应用

施金承1，2，魏志云1，2，孙源1，2，杨礼国1，2，杨帆1，2

1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司；2.浙江华东工程数字技术有限公司

摘要： 基于自主研发的网格建模与混合计算组件，系统实现了四种主流空间插值算法，包括反距离权重（IDW）插值法、克里金（Kriging）插值法、离散平滑插值（DSI）法和径向基函数（RBF）插值法。通过构建完整的网格插值模块，并利用多组对比试验分别从算法精度、计算效率、鲁棒性和光滑性等方面开展相关评价。实验结果表明，输入网格间距参数大小直接影响到插值精度和计算效率，合理选择输入网格间距能大幅度减少所有算法的误差指标；IDW计算效率高且精度较好，考虑空间结构和平滑性，RBF算法的精度更高。空间插值算法的实现与对比分析，为自主研发的网格建模与混合计算组件提供了关键技术支撑，有助于提升功能完整性与工程适用性，并是实现国产化核心组件国产化升级的关键内容。

关键词： CyberMesh 建筑信息模型网格建模空间插值精度评价

中图分类号：TP391 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.267818
中文引用格式： 施金承，魏志云，孙源，等. 基于网格建模与混合计算组件的空间插值算法对比研究[J]. 电子技术应用，2026，52(9)：159-167.
英文引用格式： Shi Jincheng，Wei Zhiyun，Sun Yuan，et al. A comparative study of spatial interpolation methods based on grid modeling and hybrid computing components[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(9)：159-167.

A comparative study of spatial interpolation methods based on grid modeling and hybrid computing components

Shi Jincheng1，2，Wei Zhiyun1，2，Sun Yuan1，2，Yang Liguo1，2，Yang Fan1，2

1.PowerChina Huadong Engineering Co.， Ltd.；2.Zhejiang Huadong Engineering Digital Technology Co.， Ltd.

Abstract： This study systematically implements four mainstream spatial interpolation algorithms based on a self-developed grid modeling and hybrid computing components, including Inverse Distance Weighting (IDW), Kriging, Discrete Smooth Interpolation (DSI), and Radial Basis Function (RBF) interpolation. A complete grid interpolation module was constructed, and multiple comparative experiments were designed to evaluate the algorithms from multiple dimensions, including accuracy, computational efficiency, robustness, and smoothness. Experimental results show that grid spacing significantly affects both interpolation accuracy and computational efficiency; appropriate grid spacing can substantially reduce error metrics for all algorithms. IDW demonstrates superior computational efficiency and accuracy. Considering spatial structure and smoothness, the RBF algorithm achieves higher precision. The implementation and comparative analysis of these spatial interpolation algorithms provide key technical support for the self-developed grid modeling and hybrid computing components, enhance functional completeness and engineering applicability, and represent a critical step toward the domestication and functional upgrading of core components.

Key words : CyberMesh；building information modeling；grid modeling；spatial interpolation；accuracy evaluation

引言

建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）平台的网格组件是BIM平台软件的核心技术之一，其质量和性能直接影响到软件的整体运行效率和稳定性。精确、高效的几何建模是构建信息集成基础的关键环节，也是BIM网格组件的重要功能模块。网格插值算法主要完成的是将离散的数据转化为连续的几何模型的过程，其性能直接决定了重构模型的精度、光滑度、计算效率以及后续BIM应用的可靠性（如工程量计算、碰撞检测、性能分析）[1]。常见的网格插值方法包括：反距离权重（Inverse Distance Weighting,IDW）插值法、克里金（Kriging）插值法等[2]。空间插值技术和三维建模技术能够在一定程度上解决复杂的地质三维建模难题，这对完成地质三维建模有着重要的作用。马克等[3]利用有限的地质钻孔资料，成功地在采空区基于Kriging插值算法构建了高分辨率三维地质模型；郁军建等[4]提出了一种顾及地质空间各向异性的改进IDW方法，通过构造虚拟钻孔、引入方向标志点并优化搜索区域，实现了对地层实际延展方向的精准表达。郑杨等[5]以云南陆良某污染场地为研究对象，对比了IDW与自然邻域法在复杂地层结构中的建模效果。研究发现，IDW适用范围广、精度高，能更细致地刻画断层等复杂地质构造，模型更符合实际情况；相比较而言，在断层明显区域，自然邻域法表现不佳，不适合处理地层结构复杂的场景。

对不同的空间插值算法的对比同样有诸多研究，例如Li等[6]系统评估了普通Kriging、IDW、协克里三种空间插值方法的性能差异。韩昱等[7]比较了不同DEM插值算法的优劣及在不同软件中的混合应用，并探讨了DEM插值算法的混合应用策略，强调了软件环境与算法集成对建模结果的影响。易家伟等[8]则通过在简单地质条件下对各种插值算法的系统比较，如Kriging、IDW、最小曲率以及改进后的谢别德法等，以R²、RMSE、MAE等指标进行量化评价，最终验证了特定矿区场景下最小曲率算法的优越性。这些对比研究不仅揭示了各类算法在精度、效率和适用场景上的差异，也凸显了针对特定数据特征和应用需求进行算法优选的必要性[9-10]。在插值算法对比的具体方式上，现有研究多从理论原理、误差指标、可视化效果与统计特性等维度展开。赵彦锋等[11]从统计特性出发，比较分析了Kriging插值与序贯高斯条件模拟(SGS)，既比较了插值结果的准确性，又深入探讨了空间变异函数的本质差异、方差的保留性和不确定性的表达等两种方法之间的差异。空间插值算法评价指标普遍涵盖精度、计算效率、鲁棒性和平滑性/保形性等多个维度[8,12-13]。本研究基于自主研发的 BIM 平台，面向网格空间插值算法的综合评价框架。

本研究将基于自主研发的网格建模与混合计算组件，实现BIM网格建模插值模块的四种插值方法：IDW插值、Kriging插值、离散平滑插值(Discrete Smoothing Interpolation,DIS)和径向基函数(Radial Basis Function,RBF)插值，系统对四种插值算法的性能进行比较，结合平台模型计算结果对比四种插值算法的优劣。

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作者信息：

施金承1，2，魏志云1，2，孙源1，2，杨礼国1，2，杨帆1，2

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州 311122；

2.浙江华东工程数字技术有限公司，浙江杭州 311122）

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