基于对象的GIS时空数据模型设计方法

GIS时空数据模型是描述空间实体的时间特性和空间特性的有机体,是GIS存储、再现、分析动态的现实世界的基础.该文采用面向对象的思想将地理实体抽象为空间对象,对空间对象的空间几何信息、属性信息、时间信息进行封装,提出了基于对象的GIS时空数据模型的构建方法.重点探讨了基于对象的地理实体描述方法、空间对象的时态特征和时态数据的存储方法,为时空信息的有机集成、共享管理、决策分析与应用提供了关于时空数据组织与管理模式的新思路.     

3DCM的几何与纹理数据一体化管理方法研究

建设三维城市模型(3DCM)首先需要建立场景所需的海量地形地物空间数据库,从而有效组织三维实体数据来满足大范围高精度场景实时绘制的要求.该文提出一种以三维空间实体为单位的基于关系数据库(RDBMS)的3DCM的几何与纹理数据一体化管理方法.采用Direct3D 9.O三维开发平台、C#编程语言实现了3DCM空间数据库模型管理系统.实验证明:该系统在效率、安全、网络多用户访问方面都优于传统基于文件的管理模式,满足了大范围3DCM海量模型数据管理与应用需求.     

广义多维云模型及在空间聚类中的应用

传统的空间聚类方法难于脱离"硬划分"的束缚,且不能有效描述空间对象的复杂特征.一维云模型无法准确反映现实世界的多属性特征.简单的数据融合丢失了空间对象的必要信息.标准二维云模型克服了一维云的不足,但是在模拟复杂地理现象的非齐性和非对称性方面显得捉襟见肘.基于以上考虑,提出了广义多维云模型,以分段特性来体现空间对象的综合特征,并推导出模型的数学表达式.在实证研究的基础上,从空间聚类的隶属程度空间分布特征、与模糊C均值的对比研究及与住宅地价的耦合分析三个视角,详实解读了聚类结果.分析发现,广义多维云模型更能体现空间对象的综合特征,空间聚类结果能够反映出空间分布的潜在信息.更为准确的实现了复杂情况下的空间划分.该模型在刻画地理现象中更为合理,但由于地理实体的空间作用极其复杂.建立模型是一项既具体又充满挑战的任务.     

面向实时可视化的煤层三维模型构建与三角剖分

通过研究煤层构造的特征和煤田勘察数据的生产特点,提出一种基于三维格网的虚拟不规则六面体层状包络体动态建模方法,可较好地描述煤层的地质形态;根据煤层格网数据单元格种类(5种类型)的不同和每个单元中无效点分布情况,提出一种基于上述六面体单元的三角网剖分算法,可实时地从数据库中调用分块的层状格网模型数据,经过一次六面体格网单元的遍历,即可将格网数据动态剖分成无缝、不重复、具有方向的三角面片,然后由显示引擎进行实时三维可视化表达。该模型结合了三角网具有利于实体表面三维可视化渲染的特性和四边形规则格网模型有利于通过插值生成的优势,模型构建算法可基于数据库中的数据进行动态渲染,有利于数据更新,使模型简洁、高效,冗余较少。     

三维社区建模与分析的共形几何代数方法

利用共形几何代数的多维统一表达与分析优势,研究了集成多源数据的三维社区统一建模与分析方法。构建了基于多重向量存储结构的社区场景整体建模流程,实现了CityGML、DXF等多源数据的导入与集成,并设计了基于共形几何代数的对象运动表达与插值方法。以德国Waldbruecke村为例的验证结果显示,基于共形几何代数的三维社区建模可以较好地表达复杂社区对象,并可以有效支撑几何度量、动态对象跟踪、运动轨迹重建等功能实现。     

地理元胞自动机模型研究进展

元胞自动机(Cellular Automata,简称CA)是一种基于微观个体的相互作用空间离散动态模型,其强大的计算功能、固有的平行计算能力、高度动态及空间概念等特征,使它在模拟空间复杂系统的时空动态演变研究具有较强的优势。文章回顾了元胞自动机的发展历程,阐述了CA在地理学中的主要应用领域和研究进展,在此基础上,以现实世界地理实体及现代城市扩张特征为视角,分析目前CA研究所面临的问题,并对其未来的研究趋势进行了初步探讨,认为以下3个方面将是未来CA研究的热点：① 利用不规则元胞及可控邻域的CA模型,对不同规则或不同邻域地理实体的模拟研究;② 采用三维元胞自动机对现代城市扩张进行立体化模拟,以克服二维CA模型的缺陷;③ 将矢量元胞自动机模型应用于地理实体的模拟研究,进一步提高模拟精度。     

基于对象—事件—过程的时空数据模型及其应用

根据地理本体思想,提出和构建了基于对象—事件—过程的面向对象的时空数据模型.该模型基于3个基本地理实体类型:地理对象、地理事件和地理过程,三者基于地理本体的特性,本体化地表达和概括了地理现象和事物.该模型能有效地描述和表达复杂的地理动态现象和事物,能增强性的探讨和表征地理现象发生和发展的内在关联.甚者,鉴于描述和表达三者的侧重点不同,该模型可灵动性地整合或拆分成其它时空数据模型,不失为一种通用的时空数据模型.最后,以动态变化的海冰为例,验证了模型的可行性和有效性.     

基于GTP的地下工程与围岩一体化真三维空间构模

针对地下工程开挖体的基本特征及其真三维建模要求，在广义三棱柱(GTP)模型的基础上进行扩展，提出采用E—GTP模型来构建地下工程开挖体的真三维模型。通过与其围岩地质体的G—GTP模型的耦合，实现了基于GTP的工程开挖体与围岩地质体的一体化建模。该模型将地下三维空间实体抽象为点、线、面、体四类对象，通过结点、TIN边、侧边、TIN面、侧面和GTP体元共6个基本几何元素进行统一表达。该文重点讨论了E—GTP的建模原理与方法，并介绍了基于面向对象思想的一体化空间数据结构。     

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。     

面向塔式建筑物的无人机环拍三维建模方法研究

塔式建筑物具有结构高大细长、形状不规则及纹理信息丰富等特征,对其三维建模的难度较大。该文提出一种无人机环拍摄影的三维建模方法,即选用小型旋翼无人机搭载单相机,以环拍摄影的方式获取影像并构建实景三维模型。以云南大学塔式建筑为研究对象,采用环拍摄影和倾斜摄影两种方式获取影像,分别构建塔式建筑物的三维模型,并从控制点精度、纹理细节信息及模型复杂度三方面对比两类影像的建模效果。结果表明:基于环拍摄影的塔式建筑物三维建模效果优于基于倾斜摄影的三维建模效果,其模型纹理细节缺失少、控制点精度较好、完整度高。     

基于DEM三维地层建模及一体化显示

目前三维地层表面建模方法构建的三维地层模型上表面粗糙,与地形不一致.在分析当前建模方法缺陷的基础上,基于多层DEM建模思想,提出了利用DEM修正主TIN的建模方法;该方法可保证模型与地形的空间一致性,实现模型与地理数据的一体化显示.并提出了利用虚拟钻孔进行剖面图离散化处理,将建模数据源统一为钻孔数据,从而将剖面图融入实际建模流程,解决了单一钻孔数据导致建模结果不精确及模型无法修正的问题,也简化了多源数据导致建模方法复杂的问题.最后以合肥市某区为例,展示了该方法的实现过程及建模效果.     

栅格空间中三维地学实体拓扑关系表达的K6N9-I模型

论述栅格空间中三维地学实体拓扑空间关系研究的理论基础和现实意义,基于数字拓扑理论定义了栅格实体的6邻域内部I6、6邻域边界B6和k阶6邻域E6k,并以此分别替换9-I模型中实体的内部I、边界B和外部E,形成一种适用于栅格空间三维实体拓扑关系描述和分析的新9-I模型,即k阶6邻9-I模型(K6N9-I)。以基于规则六面体表达的地学实体为研究对象,通过扩展关系数据库SQL形成空间关系查询语言,实现了栅格空间中三维地学实体拓扑关系的定性表示和定量计算。以若干地学实体为例进行了初步实验,表明该模型实用方便,且在复杂地学实体的度量、方位等空间关系研究方面亦有较好的应用前景。     

基于钻孔的三维地质模型快速构建及更新

为利用钻孔数据快速构建三维地质模型并进一步提高模型合理性和数据质量,提出了基于钻孔的三维地质模型快速构建及更新方法.利用基于层位标定的钻孔数据快速解译方法完成原始钻孔中地层分界点的编号之后,实现了三维模型的自动构建;通过在约束条件下调整层面虚拟控制点,完成了模型的交互式调整,并能根据调整结果自动更新三维模型.该方法在建模实际案例中的成功应用,证明其能够很好地处理工程实践中的复杂问题,提高了建模效率及模型质量.     

基于粗糙模型的模糊地理对象空间拓扑关系研究

在粗糙集的基本概念上,基于上、下近似集定义了二维离散空间中的粗糙区域和粗糙模型,用粗糙模型描述二维离散空间中的模糊地理对象,并给出了粗糙区域的3种类型:确定—确定类型、确定—模糊类型、模糊—模糊类型。在离散空间的空间连接计算理论RCC-D-5的基础上,定义了模糊地理对象拓扑关系之间的拓扑约束关系,并依据概念临近推演和拓扑约束关系,研究得出二维离散空间中简单模糊地理对象之间的73种全拓扑关系,并基于4×4相交包含矩阵进行了描述,使得复杂的拓扑关系在计算机中描述和表达成为可能。     

语义引导的图标式地理概念建模环境初探

以地理问题求解和地理科学研究环境建设的实际需求为引导,针对当前地理建模过程中存在的建模思想难以交流与重用、建模方式复杂、多领域专家协同建模困难等问题,研究地理概念建模过程中地理概念场景、概念实体及其相互作用关系的表达与元数据描述方法,利用空间数据表达规范与地理模型元数据表达规范逐步引导数据与模型的选择与匹配,构建地理概念模型,并在此基础上提出一种可视化、引导式的面向地理问题表达的概念建模方法,为地理研究提供一个语义引导的图标式地理概念建模环境。     

三维地质建模若干基本问题探讨

由于地质数据及其应用本身所具有的复杂性、不确定性、信息不完备等特点,使得三维地质建模成为制约三维GIS研究及其应用的主要瓶颈之一。讨论三维空间数据模型的设计,提出“多元数据—多方法集成—多层次干预”的“三多”建模思路;从建模尺度、数据源、建模工具等方面对建模方法进行分类;分析三维地质建模的关键技术,包括三维地质模型构建、海量模型数据操作和多元数据一体化耦合显示;针对三维地质建模系统的开发提出6项建议,分析近期三维地质建模的研究热点。     

基于ArcGIS Engine的钻孔三维精细地质模型自动构建方法研究

针对ArcGIS软件复杂钻孔三维精细地质模型自动构建研究存在的不足,该文在简要分析MultiPatch三维空间数据模型和深入研究复杂钻孔三维空间精确定位方法的基础上,探讨了基于ArcGIS Engine的复杂钻孔三维精细地质模型自动构建工作流程,并从空间精确定位、属性精细表达两个层面对钻孔三维精细地质模型构建算法进行了设计与实现.经软件功能研发及实际应用检验表明,该研究能够有效实现复杂钻孔精细地质属性特征的三维空间精确定位及多尺度精细表达,为应用ArcGIS Engine自动构建复杂钻孔三维精细地质模型提供了一种新的有效途径,也可为基于ArcGIS Engine的复杂地质体三维可视化建模及精细地质属性表达研究提供应用借鉴.     

多维统一GIS构建与实现的几何代数方法

针对时空GIS发展所面临的时空表达不统一,高维扩展困难等问题,基于以多维统一和坐标无关为特征的几何代数理论,建立多维统一GIS构建的层次体系与方法。利用几何代数对象构造中几何维度与Grassmann维度的一致性,实现整合维度结构与几何关系的多维地理对象自适应表达。利用几何代数算子的特征内蕴与结构明晰特性,构建多维统一计算模型以及可支撑复杂地理计算的多维统一分析框架,进而建立基于几何代数的多维统一GIS系统架构与实现方案。对上述关键技术加以实现并进行了相关应用案例分析。结果显示,基于几何代数构建的多维统一GIS有望突破现有时空GIS的不足,可为以多维统一表达与运算为特征GIS的发展提供新的数学工具与实现途径。     

城市三维地理信息系统中三维模型的快速构建方法

大规模三维模型的快速构建一直是影响城市三维地理信息系统(3DUGIS)发展的一个重要因素.基于3DUGIS中景观模型的表达原则与分类,分别针对抽象的点、线、面状对象提出符号匹配和三角剖分的批量三维模型构建方法.这种建模方法方便、快捷、自动化程度高,可广泛应用于城市景观中地面、河流、道路、绿地、规则建筑物、地下管线等地物的三维建模.通过对上述三维模型快速构建方法的实现,验证了三维模型生成的效果和效率.     

基于内容的虚拟地理场景检索与智能导航技术探讨

该文提出和探讨了基于内容的虚拟地理场景检索与智能导航研究框架。该框架包括三维地理数据获取与模型创建,三维地理对象的识别与定位,三维地理场景的内容分析、检索与认知,基于内容的虚拟地理数据层次式描述与分类索引,地理场景智能导航以及基于内容的自适应虚拟地理数据网络传输等方面的研究方法和内容,有助于建立一种符合人类认知特点的人地关系和人地交互模型。最后,总结和分析了该技术在虚拟地理环境(VGE)研究中的地位和作用。