3D GIS与3D GMS中的空间构模技术

3DGIS和3DGMS是近10年来地学领域并行发展的两大领域,该文从研究对象,数据来源,空间参照,空间构模,拓扑描述,空间量算,空间分析及应用领域等方面分析了3DGIS和3DGMS异同,并从数学模型,高程特征,属性特征和构建方式等方面讨论并重新界定了空间维数问题,重点分析了空间构模技术,将3D GIS和3D GMS中的空间构模分为基于面模型,基于体模型和混合构模3大类,并进行了分析比较和讨论,指出3D GIS和3D GMS将殊途同归,并最终建立全要素的真3D地球信息系统。     

空间索引技术及其GIS应用综述

空间索引技术可提供高效的空间数据组织与管理方式,以支撑海量空间数据的挖掘与分析。针对当前空间索引存在的知识体系不明晰、选择难等问题,该文通过文献调查法和CiteSpace工具,依据空间划分及映射方法将空间索引划分为基于树结构、格网、空间填充曲线和地址编码的空间索引四大类,并综述其原理、空间结构、适用范围及在GIS领域的应用,最后对空间索引在数据组织、高效计算、可视化、可靠性等方面的研究进行展望。结论如下：基于树结构的空间索引最具普适性且可以处理多维度及多层次的数据,查询性能依赖于树结构的平衡性及数据的分布;基于格网的空间索引可以均匀划分空间以便于高效范围查询,却不适用于非结构化或动态数据集;基于空间填充曲线的空间索引可以在实现维度压缩的同时保持局部邻近性,但插入或删除数据可能导致整个曲线的重构难以频繁更新;基于地址编码的空间索引将语义地址信息转化为编码信息,便于高效检索,然而语义地址匹配仍存在较大误差和不确定性。研究结果可为空间数据组织和结构设计提供参考。     

面向点状对象的空间距离谓词计算方法

空间距离谓词主要用于描述空间对象间的距离关系。带有距离度量的连接索引方法主要是将不同空间对象的索引连接起来,以空间对象间的距离值作为空间关系的度量,将连接的索引、空间对象间的距离、由距离产生的各个空间关系构成空间对象的关系表,从而提高空间对象之间距离关系的查询速度。笔者认为,该方法仅适用于少量空间对象间的距离谓词提取和计算。如果空间数据库中存储大量的点状空间对象,使用以上方法对每两个空间对象建立连接索引,进行笛卡尔乘积运算,则会形成庞大的结果集合,     

基于NoSQL的分布式R树索引构建与应用研究

针对当前空间填充曲线(Space-Filling Curve,SFC)类NoSQL空间索引对复杂几何索引支持较差、字典序映射成本较高等问题,该文提出一种基于NoSQL的分布式R树空间索引.基于NoSQL的分区存储模式,通过优化后的STR(Sort Tile Recursive)均衡策略配置分布式R树,借助R树路径实现索引、数据的编码存储,并提出批处理模式的索引并行构建方法;借助NoSQL的SSPT(Server-Side Scripts)计算框架构建查询、应用并行处理机制.选用土地利用、规划数据进行对比实验,结果表明:该索引的平均构建耗时为GeoMesa的30.0％,500万量级下耗时仅为GeoMesa的18.6％;执行MBR查询、多边形几何查询、最邻近查询的平均耗时分别为GeoMesa的26.5％ 、53.4％ 、52.3％;执行自然资源开发项目合规性审查应用的平均耗时分别为ArcGIS、GeoMesa的10.6％ 、72.7％.该索引在构建性能、空间查询性能以及应用性能方面均具有优越性,能为基于NoSQL的海量空间数据高性能存储、检索与应用提供一种优良解决方案.     

泛型聚类排序3DR树批量构建算法

提出一种新的泛型3DR树批量构建算法,其核心思想是通过三维空间聚类和空间排序操作,使得在空间位置上邻近的空间对象在R树中处于尽量邻近的叶节点上,从而减少这些空间对象之间的交叠范围.对于给定的三维空间对象集合,首先依照其中心点进行距离相关性聚类,分为K类;对每类空间对象集进行3个分量方向上的扫描排序,再对每类的中心位置进行扫描排序;最后采用倒序批量构树方法构建R树.该算法比已有的R树构建算法有更高的时间和空间效率.     

基于空间数据库技术的地籍管理系统研究

随着GIS应用的深入发展,以文件管理空间数据的方式已不能满足当前GIS应用的需要,而空间数据库技术正是为解决GIS应用的企业化和社会化问题而发展起来的新技术,空间数据库技术及其应用研究是当前GIS技术研究的热点。本文分析了空间数据对象、空间数据库、空间数据库技术及其实现,研究了基于空间数据库技术的地籍管理系统在空间数据共享、海量数据管理、大范围查询检索、分布式空间数据处理与维护、地籍制图、数据安全控制等方面的应用实现,通过具体应用系统建设,提出了基于空间数据库技术的地籍管理信息系统的解决方案。     

网格空间数据库副本管理研究

网格GIS的研究重点在于利用网格技术,基于空间数据库实现空间资源共享。网格环境下,用P2P模型解决副本管理问题,可增强系统的可伸缩性和动态性。在网格GIS中,逻辑层与物理存储层分离,采用水平非交叠分片策略,依照空间区域把逻辑层划分为物理片段层。网格GIS应用系统应用GT4部署和实现,在网格上使用JXTA协议建立虚拟网络覆盖层,实现由门户节点、聚合点和物理存储节点组成的层次型全局副本目录结构。为提高空间数据发布效率,采用三层分布式索引结构,物理片段层和逻辑层分别采用R-tree索引和四叉树索引,通过软状态协议维护副本目录的一致性,并讨论副本目录原型GridSRC的实现和性能评价。     

GIS空间索引方法述评

地理信息系统的主要任务之一是有效地检索空间数据及快速响应不同用户的在线查询。传统的索引方法只能解决一维查询问题,无法满足地理信息系统的要求。该文介绍了GIS中具有代表性的三类空间索引方法,即基于点区域划分的索引方法、基于面区域划分的索引方法和空间实体的地址编码索引方法,并且进行了分析对比。     

面向集聚分布空间数据的混合式索引方法研究

空间数据索引技术可以有效地提高空间数据在存储、处理、分析以及地图可视化中的效率,其性能优劣直接影响GIS的整体性能。该文针对格网索引和四叉树索引存在的问题,提出将四叉树嵌入格网形成一种混合式空间索引结构,并分析其原理、数据结构与影响参数。理论分析及实验证明,对于空间集聚分布状态的海量地理数据而言,混合式索引方法以略高的存储代价换取了更高的检索、插入和删除效率,是一种有效的空间索引方案。     

论三维地学空间构模

基于广义地理系统(地学系统)观点,结合3D GIS与3D GMS的应用需求,该文提出三维地学空间构模的4个目标层次,并对相应层次的系统功能要求进行比较分析。围绕三维地学空间构模领域中的地学空间目标认知、空间模型维数、空间模型适应性、二维屏幕上三维操纵、三维空间拓扑关系描述和三维空间模型更新6方面进行讨论,提出11个亟需回答的前沿问题。此外,还指出了8项亟需协作攻关的关键理论与技术问题。     

Ellipsoidal quadtrees for indexing of global geographical data

Systems for landscape visualization and geographical data handling require methods for efficient data access. Retrieval of data from large geographical databases, ten to thousands of Gbytes, is usually optimized with spatial indexing mechanisms. The simplest form of spatial indexing is achieved by dividing the database into congruent grid cells. The subsequent subdivision of the grid cells can be based on so-called quadtrees. Quadtrees for two-dimensional division and subdivision are appropriate for cartographical data. A geographical database, with objects stored in geocentric or geodetic (geographical) co-ordinates, requires indexing mechanisms that take into account the shape of the Earth. In this paper, we present a method for indexing of geographical data, named Ellipsoidal Quadtrees (EQT). In contrast to other global indexing methods, EQT is based on the Earth ellipsoid and not a spherical approximation. EQT division and subdivision make it possible to divide the Earth surface into a mesh of quadrangles with equal areas. We will demonstrate that EQT is flexible. It can be used for indexing databases of various sizes, including national and global databases. Tests on real data show that the performance of EQT is good.     

空间分析技术与地理信息系统的结合*

空间分析和地理信息系统是两种有效的空间信息分析和处理技术,二者的结合一方面可以大大拓展GIS的空间分析功能,另一方面也可使得迅速发展的空间分析得到GIS的有力支持,文中对此进行了探讨,并分析了二者结合的途径。     

数字拓扑研究现状及其在GIS中的应用

数字拓扑主要研究栅格空间中离散几何对象的拓扑性质,这些性质在GIS空间分析和栅格数据处理中非常重要。该文从图论、混合拓扑和公理型3方面对数字拓扑的研究现状进行了分类和综述,并讨论数字拓扑在GIS领域的应用,指出三维数字拓扑和球面数字拓扑是数字拓扑在GIS中的两个发展趋势和研究热点。     

Spatial video and GIS

GIS elemental unit representations of spatial data are often defined in terms of points, lines and areas. However, another type of spatial data that is becoming frequently captured, but as yet is largely ignored in GIS, is that of video. While digital video recording is a commonly encountered medium in modern society and encompasses many forms, from simple personal camcorders through to sophisticated survey and surveillance systems, its geographical representation in a GIS has not been fully examined or realised. In the majority of cases the video footage is usually captured while the device and/or the objects being viewed are in motion. What is of particular interest is when video streams can be, or have been, associated with spatial data such as location and orientation to create geographically referenced videographic data, which, for simplicity, will be defined as spatial video. Fundamentally, the nature of video is to record space, so when spatial properties can be accurately acquired and associated with this footage, an important geographical element can be considered for integration and analysis within a GIS.

Existing spatial video systems, both commercial and research, are predominantly used in survey or LBS roles and are usually bespoke and application specific. These systems do not model spatial video to any recognised standards that is generalised to be both data and platform independent. They do not support GIS integration and/or analysis from a purely spatial content perspective. A video-image/remote-sensing centric approach prevails where usage options range from simple visualisation interfaces to interactive computer vision systems. What has been largely overlooked is a spatial approach where the inherent geographical extent recorded in each video frame can be modelled and used in a geo-spatial analysis context. While this modelling approach has not been fully realised, it does exist in a GIS form based on Open Geospatial Consortium standards, where the spatial context of video is defined in a structure called a ViewCone. However, a ViewCone only defines a 2D model of the geographical extent of each frame and is restricted to a three-or-five sided polygon representation.

Thus, this article examines the potential of modelling spatial video through the use of elemental data types within GIS; gives some examples of using this approach; describes some problems in using spatial video within GIS; and then demonstrates how these problems are being solved. This is done in three stages: Firstly, a detailed overview of spatial video in its current GIS role is provided – this is achieved through a complete introduction to the distinct elements of spatial video followed by a review of its use in both commercial and academic application areas. Secondly, a brief theoretical overview of an alternative GIS-constrained ViewCone data structure is given that defines a more flexible spatial video model for both 2D and 3D GIS analysis and visualisation. Thirdly, a selective sample of results is presented based on an implementation of this approach being applied to a constrained spatial video data source in a specific study area.     

三维景观GIS几何建模方法——以无锡唐城为例

本文实现了以 4D测绘数据 (DEM、DOM、DLG、DRG)为基本数据源的无锡唐城古建筑三维数字景观GIS。同时 ,在三维GIS传统三维空间数据模型的基础上 ,提出面向对象的三维建模点对象的划分不同与二维GIS中的点对象 ;针对基于面状的三维GIS,提出有向曲线构建面状复杂单体的几何建模方法是较为简捷的途径。     

基于网格细分技术的三维地质模型光滑方法研究

针对粗糙的三维地质模型,利用网格细分技术,生成加密光滑的三维模型。分析网格细分技术在三维地质建模中的应用需求以及Loop细分和改进的蝶形细分技术,为保持地质体之间公共面数据的一致性,对"改进的蝶形细分法"做了进一步改进,增加了对边界约束的处理。探讨利用细分技术生成多分辨率模型,通过试验验证了该方法的有效性。     

基于GIS、Delaunay三角形的复杂地形区经济重心获取新方法

传统的经济重心求算方法中忽略了经济发展的辐射效应及城市化过程产生的聚集效应和邻近效应,特别是地形对经济发展的影响。该文提出了基于GIS和Delaunay三角形的新的研究方法,通过空间插值Cokriging算法以及对空间点集的平面剖分并结合GIS进行多重迭代运算,在一定程度上解决了传统算法中存在的不足。以2005年四川省各县市的国民生产总值为例,简要阐述了研究方法的技术流程,为以后人口重心、耕地重心等其他社会评价指标重心的研究提供了新方法。     

基于场所的GIS研究

探讨从地理空间认知出发,实现基于场所的GIS（PB—GIS）的相关问题。PB—GIS以场所为核心,显式表达地理空间知识,并遵循特定规则进行定性空间推理,从而服务于空间行为决策。比较PB—GIS与基于坐标的GIS（CB—GIS）之间的差异和适合解决的问题,并描述定性空间推理的特点及其在PB—GIS中的应用。在分析实现PB—GIS的关键技术基础上,采用三层架构设计了一个PB-GIS的概念体系结构。     

地籍管理信息系统制图研究

该文通过分析当前地籍管理系统在制图方面存在的问题及其原因 ,研究了空间数据库技术和工作流管理技术在地籍管理信息系统制图中的应用 ,并研究了基于GIS技术的地理数据可视化原理和基于GIS的数字地图制图实现过程。在此基础上 ,进一步探讨基于以上技术的地籍管理信息系统的基本框架及地籍制图的实现