三维海量点云数据的组织与索引方法

三维点云是三维GIS重要的数据来源,也是三维GIS对地学空间对象、现象进行表达、描述以及建模的重要手段。点云数据的高效组织是对其进行各种分析处理的基础,为此本文在对三维坐标点按照一定的规则进行排序的基础上,采用规则空间八叉树与平衡二叉树相结合的嵌套复合结构进行组织,大大加速了三维点数据基于坐标的查询检索,为海量点云数据的进一步分析操作奠定了基础。最后,文中对该复合组织结构进行了内外存相统一的设计与实现,并验证了该方法的正确性及有效性。     

八叉树与三维R*树集成的激光点云数据存储结构

针对海量激光点云数据组织与管理困难等问题,结合八叉树在三维空间上的快速收敛能力以及三维R^*树对不规则分布的多维点数据性能稳定的优势,提出了一种八叉树与三维R^*树集成的空间混合索引结构—3DOR^*树。首先,通过对激光点云数据进行八叉树划分;然后,对八叉树叶子节点构建三维R^*树,进而实现3DOR^*树索引结构的构建;最后,对激光点云数据进行特征分析,构建基于3DOR^*树的激光点云数据存储结构,实现基于3DOR^*树的激光点云存储与管理。本文以江西理工大学图书馆激光点云数据为例,进行实验对比分析,证明了基于3DOR^*树的激光点云数据存储结构比三维R^*树、八叉树与三维R树混合树等其他树形结构,具有高效的空间存储与查询等优势,可应用于海量激光点云数据存储、管理与分析应用。     

基于ISCAN和CYCLONE的三维街景数据处理方法

如何快速有效地获取高精度、高分辨率的地理空间信息数据已经成为城市智慧化发展的重要问题,本文分析了三维街景地图的发展现状与目前多数街景数据采集手段存在的问题,介绍了利用中海达一体化移动三维激光测量系统采集点云数据的过程,以及结合徕卡CYCLONE软件进行建模的方法,对原始测量的点云数据进行去噪、平滑、拼接配准等处理后得到目标建筑物精准的表面信息,进而构建三维表面模型,将校正过的照片进行纹理映射得到真实的三维模型。实验证明:此方法可快速地获取较为精准的点云数据并且实现对建筑物的快速建模。     

基于点云的管道三维自动建模方法研究

随着我国城市地下空间的不断建设,各种类型的管廊已经成为社会和人们生产生活中不可缺少的物质条件。本文针对市政基础设施、地下空间中错综复杂的管道难以观测和三维建模的问题,采用三维激光扫描技术获取管廊的点云数据,并对点云数据中存在的噪点采用拉普拉斯算法进行去除,以提高管道中心线的提取效率。在此基础上提出一种基于RANSAC算法的管道中心线提取方法,并对提取的中心线进行等平面处理,基于OpenGL和MFC框架开源库结合RANSAC算法研发了利用点云进行管道三维自动建模模块,并实现了复杂管道的可视化。     

城市全空间三维模型数据一体化集成管理关键技术及应用

随着城市三维地质信息系统及其应用的快速发展,对地学数据的可视化表达精度的需求变得越来越高,但地质调查数据常具有多源、多维、海量、多专题、多尺度和多时态等特征,而三维数据存储、组织与管理己成为制约其发展的重要因素。因此如何高效管理并有效利用这些复杂且海量的地质数据去解决各种复杂的地质问题服务社会,成为了城市地质信息科学领域研究的热门方向。基于武汉市多要素城市地质调查全空间一张图的构建过程,从多源三维模型一体化融合管理与分布式存储、轻量级全空间三维模型构建、多源异构海量三维数据快速渲染和浏览器端三维模型分析及专业应用4个方面系统地探索了城市地质调查全空间一张图系统建设过程中的关键技术,并进行了应用实践。研究结果实现了城市级大规模高精度三维地质模型的高效集成,提高了多要素城市地质调查成果可视化的表达效果,为三维地质模型的应用奠定了坚实的基础。      

基于GeoSOT-3D的空间对象快速可视化与实验分析

地球空间信息剖分组织,在全球海量、多源、多分辨率数据组织与管理方面表现出了极大的优越性。但全球尺度的空间数据往往数据量大、内容丰富,进行对象表达时需处理的数据量,远远超出计算机硬件的处理能力。鉴此,本文在GeoSOT-3D地球空间剖分框架下,借鉴已有三维快速可视化技术,并顾及GeoSOT-3D自身的全球多尺度划分、无缝无叠、二进制一维整形编码等特性,将现有三维快速可视化方法与GeoSOT-3D剖分框架特性相结合,提出了八叉树索引的空间对象裁剪和消隐策略,实现了GeoSOT-3D框架下空间对象的快速剖分表达。同时,以空间电磁场的表达为例,开发了试验系统,并对结果进行了分析,解决了GeoSOT-3D空间对象表达效率低下的问题。     

一种面向现代GPU的大规模地形渲染技术

将地形数据均匀地划分为分页,通过基于视点的预加载方法和分页缓冲池管理技术实现海量地形数据的实时调度.沿用LOD算法基本思想,将已加载的分页再划分为若干个分块,以分块为单位进行批量渲染,并把不同细节等级分块之间的裂缝处理提前至预处理阶段进行,减少CPU的实时运算量.实验表明,该算法能使CPU与GPU之间更协调的工作,实现了大规模三维地形的高效渲染.     

城市三维地质数据管理与服务系统框架研究

城市地质数据的数字化管理与服务是“数字城市“工程的重要内容,3D GIS将在未来的城市数字化建设中扮演核心角色.介绍了3D GIS的发展现状及应用前景,详细讨论了基于3D GIS构建的城市地质数据管理与服务系统的设计思路和结构功能.三维数据结构的研究是3D GIS的核心问题并成为当前制约3D GIS深入发展与应用的瓶颈,由于缺乏对三维地质数据进行有效管理与可视化表达的三维数据模型,当前GIS的三维地质建模能力与三维空间分析能力都极为薄弱.在分析城市三维地质数据多种建模方法的基础上,采用一种基于TIN和TEN的混合数据结构来构建城市地质数据建模系统.针对城市三维地质数据的特点,探讨了城市三维地质海量数据的采集与管理、城市三维地质数据信息的Web发布等重要问题,力求为系统功能的最终实现提供完整的解决方案.     

一种基于机载点云的DEM生成方法研究

DEM即数字高程模型,是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟。DEM具有许多生产方式,作为直接获取对象表面点三维坐标的现代对地观测技术,机载激光扫描在DEM构建方面具有很大优势。因此,本文研究了一种基于机载激光点云数据的DEM生成方法,该方法的关键在于机载点云的地面滤波处理。本文提出了一种改进的渐进三角网滤波方法,通过计算各点坡度以及邻域范围内的高差最大值,进行直方图统计分析,实现高度及角度阈值的自适应估计。将本文结果与人工滤波及布料滤波方法进行对比分析。实验结果表明,本文方法的结果更加贴近人工滤波处理效果,可有效提高DEM生成的精度。     

基于众源数据的广武月亮门虚拟修复

数字化修复是文物数字化保护的重要内容之一,针对新广武明长城10号敌台上已倒塌的月亮门,提出了一种基于众源数据的数字化修复方法,修复效果已用于月亮门的实际修复项目中。该方法主要分为4步:①利用无人机对现存遗址进行测绘,对采集到的数据进行空三并生成密集影像匹配点云;②采用网络爬虫技术爬取倒塌前的月亮门影像,基于影像生成月亮门的三维点云;③将基于无人机倾斜摄影生成的点云与基于网上所爬取的月亮门未倒塌前影像生成的两类点云进行融合;④通过分析遗址现状三维数据和文献调研的结构分析以确定其建造形态,实现月亮门的三维重建。实验结果表明,采用多源数据对明长城10号敌台月亮门的三维参数化与虚拟恢复是真实可行的,对指导月亮门的修复具有一定的参考意义。     

设计与开发大规模倾斜影像数据管理工具

多角度倾斜相机已经成为三维数字城市建设的主要数据获取手段。针对倾斜摄影测量特点,面向海量影像集成处理需求,综合考虑相机成像模型以及影像关联关系,设计与实现了一种大规模倾斜影像数据管理工具,提供了工程管理信息存储、倾斜影像分组浏览、地面覆盖范围计算、目标快速检索等功能。应用实验证明该管理工具能够满足倾斜摄影测量工程管理的实际需求,有效提高了多模式海量影像数据的检索效率。     

基于四叉树的LOD地形模型及其数据组织方法研究

针对大规模地形可视化中地形数据的组织方法进行了研究,设计了一种基于线性四叉树结构的静态LOD地形模型,采用重采样、分层分块的方法来组织任意格网大小的海量地形数据。在此基础上,对数据动态调度过程中的相关问题进行了分析,地形块的快速索引、边界裂缝消除等方法的运用,提高了地形漫游的效率与可视化效果。实验结果表明,该研究成果可以满足大规模地形数据的实时可视化操作要求。     

文化遗产多源探测技术与环境重建展望

从自然侵蚀到人为损毁的文化遗产研究与保护,是一项多学科综合的复杂过程。文化遗产的数字化保护已成为全球学术界和工业界关注的热点,多源探测技术与多维环境重建是文化遗产数字化保护过程中不可或缺且相辅相成的重要研究内容。首先,本文依据文化遗产所处的地理空间立体层次,将其划分为水下文化遗产、近地表文化遗产以及室内外景观遗产,并分别分析了3个不同层次的探测方法与技术;然后,从考古制图、多源异构文化遗产信息化管理、三维重建与虚拟修复、多模式展示与虚拟交互4个层面,分析了多维环境重建的相关技术方法与手段;最后,总结了文化遗产数字化保护研究可能的发展趋势为多传感器协同观测、多维数据分布式管理与共享、动态环境重建与感知、多模式交互展示。     

一种新的散乱点云数据多级空间索引

散乱点云数据具有数据量大（海量性）、数据表达精细（高空间分辨率）、空间三维点之间无拓扑关系（散乱性）等特征,在对其进行应用前必须进行数据预处理（如去噪、配准、分割等）。而在这些数据处理过程中需频繁的进行邻域查找,如果没有高效的查询索引机制,很难实现数据自动处理。因此,如何进行数据的组织和索引,以提高后续邻域检索和查询等操作的速度,是目前点云数据处理中的一个研究热点。针对现有点云数据采用的空间索引方式的优缺点,本文提出了一种多级格网和KD树混合的空间索引,该索引提出变分辨率格网索引与KD树的混合索引模式,简称MultiGrid-KD树索引。该方法在保持网格索引算法实现简单查询效率高等优点的同时,解决了单一分辨率数据冗余的问题。以故宫太和殿的点云数据为例,对本文提出的MultiGrid-KD树索引算法和KD树、八叉树等经典算法做对比。结果表明,本文索引方法在最邻近点查询以及四邻域查询的效率上均优于KD树,以及八叉树索引。     

基于空间相似聚类的点云数据分割方法研究与实验

根据目标特征进行三维点云分割对点云数据的应用至关重要。对于地面三维场景的三维点云数据而言,对其有效的分割可更好地进行地物的分类提取、环境分析以及目标物体识别和跟踪等,由于点云的分割精度直接影响了后续任务的有效性,故三维点云的分割引起了许多学者的关注。本文首先简述了点云分割的国内外研究现状,对点云分割方法进行分类介绍,分析了各种分类算法的特点及优缺点,然后运用空间相似聚类分割方法对实验点云数据进行分割,并对分割结果进行了分析和总结。     

室内三维点云与BIM集成的建筑施工进度监测方法

施工阶段是建筑生命周期的重要阶段,施工进度如果存在拖延会影响整个建筑工程项目的完成。传统的施工进度监测主要依靠人工方式进行实地检查记录,而项目施工现场的数据丰富,信息量大,只依靠人手工采集耗时耗力。因此提出一种室内三维点云与BIM集成的建筑施工进度监测方法。该方法首先通过BIM数据解析将BIM模型转化为三角网表达;其次手动选取BIM模型与三维点云间匹配点,采用最小二乘优化方法计算三维变换矩阵,实现两者的精确配准与融合;根据BIM组件语义进行门窗部件筛选并提取部件轮廓信息并填充均匀点云,最后采用三维点云变化检测方法对门窗部件的施工进度进行核查。以Revit数据与Geo SLAM系统采集的三维点云作为数据来源,对该方法进行了实验验证,实验结果显示该方法可实现建筑施工进度半自动核查。     

基于MongoDB的矢量空间数据云存储与处理系统

近年来,海量空间数据存储与处理日益成为地理信息科学领域的研究热点。其中,矢量空间数据更因其较高的复杂性,成为该类研究的重点问题。本文基于文档数据库,探究了多用户数据存储、矢量空间数据存储、海量矢量空间数据并行处理等问题,给出了存储和处理矢量空间数据的方法。在三层式云存储架构基础上,设计并实现了矢量空间数据云存储与处理系统VectorDB,达到了海量矢量空间数据的高效存储与处理要求。系统采用文档数据库MongoDB存储矢量空间数据,使用OGR库实现不同格式矢量空间数据的转换与存储,并用Hadoop对数据库中的数据进行并行计算,以及用mongo-hadoop作为MongoDB与Hadoop之间的连接器。通过实验对比了VectorDB与PostGIS的矢量空间数据读写性能,并分析了VectorDB与MongoDB在海量数据并行处理性能方面的差异。结果表明:VectorDB具有更好的读取性能和海量数据处理性能,适合多用户不同格式、不同属性矢量空间数据存储,对海量矢量数据存储与处理问题具有参考价值。     

战场可视化与数字地图

信息时代的战场是数字化战场,而战场可视化则是数字战场的一种表达手段。文中在对战场可视化的概念进行深入探讨的基础上,指出以数字地图为基础的电子地图、战场环境仿真是新的战场可视化手段,并对其相关理论、关键技术及应用系统进行了论述。     

林业数据挖掘与可视化的应用分析

面对海量的林业空间与非空间数据,提取隐含的信息是"数字林业"急需解决的关键问题之一。数据挖掘和可视化是处理和分析海量空间数据的有力工具,利用它们可以有效地剖析隐藏在数据背后的信息与知识,为我林业规划与决策提供服务。本文将空间数据挖掘和可视化技术整合为一个有机的整体,集成两者的优势,阐述了可视化技术在空间数据挖掘研究中的意义。并讨论了空间数据可视化表达模式和可视化与空间数据挖掘的整合。针对林业资源数据的特点,提出在可视化表达空间数据的基础上对林业数据的多维信息进行综合分析。最后,开发了原型系统,初步实现了林业数据可视化挖掘。     

城镇多源时空数据规范化处理系统设计与实现

随着空间探测技术发展和数据获取手段进步,多源时空数据成为数字化、智慧化新型城镇建设的基础.针对城镇化所需的矢量、栅格、点云、传感器等多源时空数据存在格式、尺度、时相、精度、数学模型、空间基准、现势性等不协调统一的问题,本文以Java体系结构为基础,利用Spring Boot作为整体框架设计研发了一套城镇多源时空数据规范化处理系统,包含矢量信息、遥感影像、三维点云数据、传感器类数据处理,可将多种时空数据在空间和时间上的冗余或互补信息整合,形成城镇全域一致的、规范的时空数据成果.应用结果表明,该系统有效提高了城镇多源时空数据质量检查与规范化处理工作效率,具有较好的可行性和实用性,可为新型城镇化建设提供相应的技术支持.