具有孔洞的地下电缆工井模型拓扑重构研究

城市地下电缆工井是发挥城市功能和确保城市快速协调发展的重要基础设施,但地下管线结构复杂、信息量大,对其进行三维显示、管理与分析具有一定的难度。激光雷达技术出现后,因其快速、不接触、高密度、高精度等特征,被逐步应用于建筑物逆向重建,基于激光雷达点云数据的地下电缆工井三维重建也逐渐成为主流方法。提出了一种针对具有孔洞的地下工井的三维模型拓扑重构算法,以地下工井三维激光点云为数据源,建立具有孔洞的地下工井三维模型,可解决直接采用点云进行构网时模型不完整及速度较慢的问题。三维模型的构建采用与常用的管线化地下管网结构不同的CSG-BREP（constructive solid geometry-boundaryrepresentation）拓扑模型结构,整体上将工井分为墙面、电缆、井筒等,此模型可更加细致地表达地下电缆工井模型的内部拓扑结构。实验证明,该算法可以对多种类型的墙壁进行拓扑重构,在表达模型拓扑关系时突破了传统管网中单一的管孔与管线的点线关系及管线间的线线关系,增加管孔与墙壁的点面关系以及管线与墙壁的线面关系,更加细致准确地对模型进行描述。     

三维管网系统中管网相关算法设计与应用

随着社会的发展和城镇化率的提高,城市管网的规模不断增大,智慧管网管理的需求也在不断攀升.在三维管网管理系统中存在一些常见的问题,如管线和管线之间存在一定的拓扑关系,管网中弯头、三通等特殊连接件的表示方法与管线的表示方法不同等.管网之间的拓扑关系是如何判断的,管网连接件在计算机中是如何存储和显示的,这些算法是本文的主要研究内容.     

海量低空机载LiDAR点云的地形断面快速生成算法

针对现有算法二次插值造成的精度损失问题,结合新兴的低空机载LiDAR技术,提出了一套高精度地形断面快速、自动生成算法。该算法通过内存映射和断面线缓冲区分析,从海量点云数据中快速提取构TIN点集;优化了逐点插入法,实现局部Delaunay三角网的快速构建;根据三角网拓扑关系,实现断面线与TIN的快速求交,生成并优化地形断面图。实验结果表明,算法克服了海量数据处理时计算机内存不足的瓶颈问题,并有效避免了二次插值造成的精度损失,且运行高效。     

遥感影像并行分割的无缝拼接算法

针对影像数据分块并行处理造成的接边问题,该文基于构建缓冲区的方法提出了一种新的拼接算法。该算法只在每一个数据分块的右侧和下侧构建缓冲区,消除拼接线的原则是保证分割边界的准确性和拓扑关系的正确性。数据分块完成后采用并行的策略对第一个块进行分割,然后将每一块的分割结果与相邻的块进行拼接,在缓冲区内按一定规则判断各块分割对象是否保留并对拓扑关系进行检查,拼接完各块后并行输出对象矢量化后的结果。通过实验验证,该算法不仅保证了分割边界的准确性,而且能够处理大影像,提高了工作效率。     

DLG数据更新中的拓扑关系自适应研究

针对异构矢量数据相互转换时地理要素间拓扑关系一致性维护的问题,本文提出了一种拓扑关系自适应更新的方法。在分析地理要素间拓扑关系的基础上,研究其空间变化引起的拓扑关系变化,并以变化后的拓扑关系合理性为判断依据,提出地理要素相应的拓扑关系自适应策略。将理论研究进行工程化应用,先将地理要素的拓扑关系自适应策略转化为可编辑的XML文档,然后采用ArcGIS Add-in方式开发插件工具,实现了更新DLG数据时地理要素间拓扑关系的自适应更新,可以减少人工操作,提高更新效率。     

一种利用改进的扫描线算法计算拓扑关系的方法

针对以往拓扑关系计算方法的缺陷,提出一种利用改进的扫描线算法计算矢量数据拓扑关系的算法(TCBSL)。该算法以平面扫描转换法的思想为核心,通过改进扫描线算法结构,并引入拓扑关系判别参数,实现了较为高效地计算矢量数据空间实体之间的拓扑关系。此外,以该算法思想为依据,利用eclipse构建了矢量数据拓扑关系计算模型,并利用该模型对深圳市OSM矢量数据进行实验。实验显示,该算法可以较为正确地计算点线、点面、线线、线面及面面之间的拓扑关系,且效率较高,易于计算机系统的实现。     

数学方程近似模拟缓冲区分析的加速方法

缓冲区分析是地理信息系统空间分析的一种重要方法,但应用现有的缓冲区分析方法处理海量数据的时间效率和空间效率非常低。针对存在的问题,本文定义了缓冲区的一种近似表达方式--方程式缓冲区,它以数学方程模拟缓冲区的边界。使用方程式缓冲区代替传统的缓冲区能使缓冲区分析从一个包含复杂几何运算的过程转变成包含简单代数运算的过程,从而提高计算效率。论文阐述了方程式缓冲区的定义、图形、使用方法和性能。最后将方程式缓冲区应用于中国高速公路实时路况采集的数据筛选过程中,实验结果表明方程式缓冲区在海量地理数据分析中的有效性。     

排水管网系统精细拓扑模型描述与实现

针对当前排水管网拓扑模型简单、拓扑分析能力较弱的现状,提出了一种管网拓扑精细模型,改进了节点单一问题,将节点细分为多类并提出相应的拓扑规则,使之更符合管线客观模型,有利于进行空间分析。在管线和节点数据结构设计中,采用十字链表作为管网数据结构,便于管线与节点双向分析,同时建立R树索引,实现对空间数据管理。结合镇江管网地理信息系统开发实验,实现了基于改进拓扑模型的空间分析算法,结果发现本文提出的拓扑模型结构简单,易于实现,能够模拟管线排水细节,提供更多基于水务模型的空间分析类型,数据访问效率较高。     

空间分析方法在道路网自动综合拓扑构建中的应用

在道路网的自动综合中,一般的方法都必须对道路网进行自动拓扑生成,建立起点、线、面之间的关系,以利于道路选取时网眼的分析和选取后的路径分析。本文考虑到数字地图的数据特点,在进行道路网自动拓扑过程中,对经常遇到的线状要素无法合理构面的问题进行分析并提出了合理的解决方法。方法中主要运用了缓冲区分析和叠置分析,通过把居民地层数据叠置到道路层数据进行联合分析,为道路网的自动选取构建出了正确的空间拓扑关系。     

一种狭长图斑分块融解方法

融解是图斑综合过程中的一种常见操作,涉及大量计算。面对传统方法受机器计算能力所限,难以对大范围海量图斑进行处理的问题,引入分块策略开展图斑融解,并就块与块之间边界处狭长图斑分裂线拓扑变化问题,提出了一种狭长图斑分块融解方法。首先归纳了狭长图斑分块时在格网边界处出现的4种拓扑变化模式,并针对每种模式提出了相应的分裂线拓扑变化恢复方法;然后利用中国贵州省赤水市地理国情普查实际数据进行了验证。试验结果表明,该方法不仅可以处理海量图斑数据,可以极大地提高融解效率,而且融解结果与整体处理结果保持高度一致,具有良好的可行性。     

基于Autodesk MAP的管线GIS空间分析功能的实现

针对管线的地理分布特征,阐述了管线空间数据的拓扑结构,介绍了基于AutodeskMap实现管线空间分析的过程与方法,具体分析了管线图元的数据结构,解决了如何提取图元数据表中的特征数据的问题,实现了管线GIS的空间查询与统计分析功能。     

Computing Distance to the Nearest Utility: As the Crow Flies vs. As the Gas Flows

The purpose of this paper is to describe an automated geographic information system (GIS) process to estimate the length of pipeline required to provide utility service to a potential customer base using the street rights-of way. Using a case study application for a large gas utility company, we compare this method to the traditional method based on straight-line Euclidean, or as-the-crow-flies, distances. The GIS method using the street rights-of-way provides a substantially more accurate estimate of the length of required pipeline than the as-the-crow-flies method does. The improvement is particularly significant when the potential customers are located a substantial distance from existing pipelines. With improved estimates of required pipeline length, utilities can pre-qualify potential customers for marketing opportunities.     

基于图模型和拓扑约束的管网数据一致性检测

正确可靠的数据是GIS系统的核心。针对管网数据的复杂性,提出利用图数据模型描述管网拓扑关系,并使用拓扑约束方法对管网数据一致性进行检测,以确保数据的正确性。该方法吸收了基于连接规则以及基于拓扑关系约束的方法的优点,能够更好的描述管网系统的整体结构并对其进行拓扑约束,使得一致性检测更加全面。     

基于图模犁和拓扑约束的管网数据一致性检测

正确可靠的数据是GIS系统的核心。针对管网数据的复杂性，提出利用圈数据模型描述管网拓扑关系．并使用拓扑约束方法对管网数据一致性进行检测，以确保数据的正确性。该方法吸收了基于连接规则以及基于拓扑关系约束的方法的优点，能够更好的描述管网系统的整体结构并对其进行拓扑约束，使得一致性检测更加全面。     

城市地下管线探测与建库技术探讨

随着城市管网建设步伐的加快,有必要掌握各类管线的综合地理信息数据。结合江阴市地下空间数据探测项目,本文详细探讨了地下管线探测的技术要求与作业流程,并对测量数据质量控制及管线数据库建立的方法作了阐述,可为城市管线资料的数字化管理提供有效途径。     

利用有向图进行排水管网自动化流向分析

超标排放是城市排水系统中面临的问题之一,为了高效准确地获取超标水体的流径及最终排放口,提出一种基于有向图的流向分析算法。在分析管网有向几何模型、流向与管线一致性后,利用正向广度优先搜索、缓冲区分析及跨管种混接点搜索进行算法设计,实现在步进搜索过程中自动获取超标水体所流经的管线,并通过实例验证了算法的有效性。与传统方法比较,提出的算法在海量数据下大幅提高了分析效率。     

GPU ray casting method for visualizing 3D pipelines in a virtual globe

Pipelines are an important part of urban infrastructure development. As part of a virtual globe (VG), the high-efficiency and high-quality visualization of 3D large-scale and high-density urban pipelines is of great importance. This paper proposes a GPU-based pipeline ray casting method for the visualization of urban-scale pipelines in the framework of a VG. The method involves the initial partitioning of the pipeline data into tiles, based on the relationship between the pipeline layer scale and the discrete global grid system (DGGSs). The pipeline centerline in each tile is then segmented and encoded, and a coarser pipeline bounding volume is subsequently constructed using a geometry shader. Finally, the fine 3D pipeline is rendered using a pixel shader. The results of the experimental implementation of the proposed method show that it satisfies the requirements for the multiscale visualization of pipelines in a VG. Moreover, compared with the traditional polygon-based method, the method facilitates a 20% increase in rendering frame rate for the same pixel level accuracy display effect. It also enables the visualization of the thickness of the 3D pipeline without any obvious effect on the rendering efficiency.     

巷道三维建模与可视化研究

基于地理信息系统弧段-节点的拓扑关系结构思想,提出了巷道断面-中心线建模方法,研究了巷道数据提取与组织、巷道交叉处平滑处理等问题,利用面向对象程序设计和编程方法,结合Skyline实现三维巷道在计算机二维平面上的展示,验证了方法的可行性。     

面向地理国情普查水系要素的属性自动校正算法

地理国情普查水域数据中线状水系数据存在部分数据属性不明确的情况,目前主要通过人工填写逐个修正,效率低且易出错。基于此,本文提出了一种线状水系要素属性自动校正的算法,通过对数据结构特征和拓扑关系的分析,提出了考虑水系网络邻近关联性、结构健壮性及拓扑延展性的属性校正三大基本原则,并依托中国测绘科学研究院研制的WJ-Ⅲ地图工作站实现了水系要素的自动化校正;最后用实际数据测试验证了这些基本原则的合理性和方法的有效性。