城市三维空间数据的特征及其管理策略研究

三维数字城市是目前GIS研究的热点问题之一,而城市三维空间数据能否得到有效组织和管理,直接决定三维数字城市建设的效果和质量。本文对城市三维空间数据的特征、数据管理技术以及存在问题进行逐一分析,并结合上海市三维空间信息的生产和管理经验,提出面向海量三维空间数据管理的策略,不仅为城市三维空间数据库建设中的关键技术问题提供了解决方案,也为三维空间数据在各领域更为广泛的应用奠定了基础。     

地上下一体化的三维空间数据库模型设计与应用

大规模地上、地下三维实体建模与空间分析应用中,由于三维模型的多样性和对象空间分布的不均衡性,如何高效地一体化组织和管理海量三维空间数据成为当前三维GIS的核心问题之一.提出了一种兼顾空间关系与语义关系的三维空间数据库模型,给出了相应的概念模型、逻辑模型和物理模型.特别针对地质体的复杂性,给出了顾及语义的多尺度地下空间目标概念模型和多层次三维空间索引机制.用武汉市和南京市三维数字城市示范区模型数据进行了应用试验分析,验证了该模型的有效性.      

GSHR-Tree:一种基于动态空间槽和哈希表的网格环境下的空间索引树

为提高网格环境下海量空间数据管理与并行化处理效率,将网格环境下的分布并行处理技术与空间索引相融合,提出了一种空间索引框架(grid slot and hash R tree,GSHR-Tree).该索引树结构基于散列hash表和动态空间槽,结合R树结构的范围查询优势和哈希表结构的高效单key查询,分析改进了索引结构的组织和存储.构造了适合于大规模空间数据的网格并行空间计算的索引结构,该索引树算法根据空间数据划分策略,动态分割空间槽,并将它们映射到多个节点机上.每个节点机再将其对应空间槽中的空间对象组织成R树,以大节点R树方式在多个节点上分布索引数据.以空间范围查询并行处理的系统响应时间为性能评估指标,通过模拟实验证明,该GSHR-Tree索引满足了当前网格环境空间索引的需要,并具有设计合理、性能高效的特点.      

基于真三维GIS的地质构造模型与空间分析

带有断层的地质体建模难于层状地层,是当前研究的难点,模型完成后的三维空间分析功能目前也处于研究阶段,是当前研究的热点.以某石膏矿为例,介绍了利用存在地层倒转、地层缺失等复杂钻孔数据进行三维建模的流程以及模型建立后的三维空间分析方法和地学应用,尝试了三维GIS空间-属性查询、空间裁剪、纵剖面横切面的自动生成方法和实例研究.结果表明,地质体和构造的特征的三维建模和空间分析有利于地质演化的理解和开采设计的优化.     

时移地震数据空间偏差校正方法

时移地震油藏监测技术是直接确定剩余油分布的关键技术之一。针对时移地震油藏监测在国内的需求及推广应用难点,研究了时移地震数据空间偏差校正处理方法。由于在观测系统、采集方向的处理参数等方面的差异,导致地下同一反射点在不同时移地震数据偏移后空间位置存在差异,产生与油藏变化无关的地震差异,增加数据解释的难度和风险。通过对参考数据与监测数据三维空间内的局部数据体的三维相关计算,确定监测数据体在x方向、y方向和时间方向上最佳移动量,从而实现两次地震数据空间位置差异校正。实际时移地震数据处理试验结果分析表明,空间偏差校正处理方法在消除时移地震数据三维空间非线性空间偏差方面是有效的。     

三维城市地球物理数据管理与服务系统框架

为实现地球物理数据对城市发展提供数据支持, 以3D GIS作为基础平台, 从数据与信息管理、多方法综合处理与显示、成果的三维可视化表达及信息发布等4个层次阐述了三维城市地球物理数据管理与服务系统框架的构建; 数据与信息管理子系统是整个系统的基础, 提供数据基础.GIS支持下的第2层次作为数据显示和多方法交互综合处理的工具而存在, 并为成果信息表达提供基础.后2个层次实现城市地球物理成果数据的展示功能.第3个层次是对成果数据的三维再现, 而第4个层次则通过Web来发布成果信息.在构建三维城市地球物理数据管理与服务信息系统时, 存在2个方面需要解决的问题: (1) 要实现多期次海量的城市地球物理数据的一体化管理问题.提出了以地球物理勘探点、线作为多方法数据融合的基础, 分层次、专题按要素的方式建立多维数据库, 以达到对数据的统一管理. (2) 成果信息的可视化问题.为了在三维空间中再现成果数据, 将地球物理形式的数据转换成地质形式, 设计了一个以线框模型为基本思想来表达三维地质模型的数据模型.将提出的系统框架结合华北某地区进行了应用, 取得了较好的效果.      

江西乐安邹家山—居隆庵地区三维地质模型的构建

邹家山—居隆庵地区位于相山火山岩盆地铀矿田的西部,是中国典型的火山岩型铀矿床。随着铀矿床勘探方法及技术的不断提高,运用现代计算技术对该铀矿床的地质成矿过程及已知矿体的地下三维空间结构进行三维模型建设,有利于进一步开展深部找矿工作。收集并分析了研究区的可控源音频大地电磁测深、矿体钻探等获得的多元地质-地球物理数据,运用GOCAD及Map GIS、Coredraw、Auto CAD等软件,利用钻孔-CSAMT勘探线-钻孔联孔剖面构建区内断裂构造及地层界面,并按照地质体之间的新老关系构建了邹家山—居隆庵地区三维地质模型。模型中不同地质界面平滑美观,清晰地表达了目标地质体的空间几何形态以及地层相互之间的接触关系,三维地质模型在直观性、可视性以及三维计算分析方面体现了较大的优势。     

一种基于距离场的三维地质空间属性插值方法

针对根据一系列属性等值线剖面/断面数据进行三维空间插值问题,笔者提出一种基于距离场的三维空间属性插值方法。首先,根据对应属性等值线轮廓生成三维等值面;然后,构建属性等值面的三维距离场;最后,对于空间内任意点属性,根据其两侧等值面的距离场数据进行线性插值求取,从而生成整个三维空间内的属性场模型。将该方法应用于某铜矿区的可控源音频大地电磁法(CSAMT)剖面数据,在已知视电阻率等值线剖面的基础上,插值得到三维空间的视电阻率场,可用于揭示地下空间物性分布和预测隐伏矿体等。     

隐伏矿体三维综合信息成矿预测方法

开展三维综合信息成矿预测,是当前隐伏矿体找矿勘探的实际需要,但目前尚缺乏系统的研究,工作方法体系仍有待深入探讨。本文提出了一套较为完善的隐伏矿体三维综合信息定量预测流程和方法。方法包括数据收集及地质数据库管理、三维地质建模及地球物理数据融合、地质特征空间分析及控矿因素提取、多维多元控矿信息融合及预测信息集构建、隐伏矿体三维定位定量预测等多方面内容。由于方法综合了地质体三维建模、多维空间分析技术、地球物理方法以及预测方法,因此可有效提高三维成矿预测的有效性和可靠程度。为验证方法的有效性,本文在宁芜盆地分别针对矿田和矿区尺度,开展了中、大比例尺的三维成矿预测实例研究,取得了较好效果。研究显示该方法体系可有效地对深部隐伏矿体进行定位定量预测,能够服务于今后的新老矿区隐伏矿体找矿勘探工作。     

结合曲波变换的焦点变换在地震数据去噪和插值中的应用

为了更好地衰减地震数据中的随机噪声,以及更加精确地对缺失地震数据进行重构,在自由表面多次波的反馈迭代方法中,用多维加权互相关替换多维加权褶积,即焦点变换方法.该方法为全数据驱动过程,不需要任何地下信息,尤其当地下地质体比较复杂并且需要考虑的各种信息较多时.为了改善传统基于最小平方计算的焦点变换有效信号聚焦不够集中地效果,笔者提出将三维曲波变换与焦点变换结合,并采用L1范数最优化求解.模型及实测资料试验证明,联合三维曲波变换与焦点变换在地震数据随机噪声衰减中聚焦点有效信号更加集中,切除噪声后有效信号保存更完整;对缺失地震数据的重构更加完整和精细,并且有效保存了高频信息.     

GIS空间数据索引技术研究与实现

GIS通常包含各种大量的空间信息,空间数据索引的建立有利于提高空间数据的存储、检索效率。因此,对空间数据索引模型的研究具有重要的现实意义。OracleSpatial的R-树和四叉树是索引两种空间数据索引模型和空间数据双层查询模型。在Oracle8i对象关系型的数据库管理系统中,通过空间数据和属性数据的有效结合,利用OracleSpatial提供R-树和四叉树两种空间索引方式,可实现GIS中空间数据索引、检索功能,保证了空间数据查询的快速性和准确性。     

嵌入式空间索引策略

嵌入式GIS的移动终端设备被有限的资源所束缚.使得需要使用合适的策略去解决这些问题如有限存储与大数据量之间的矛盾以及适应实时的需求.分别总结了移动终端和GIS空间数据的特点, 如移动终端的效率性和空间数据的复杂性等.将嵌入式GIS应用划分为3类: 电子地图浏览、导航系统和野外数据采集.综合描述已有的索引算法: R树、四叉树、Buddy树, 同时提出了基于主题导向的空间索引策略.实践证明, 该索引策略对已有的索引算法扬长避短, 大大提高嵌入式GIS数据存取、内存使用和CPU性能方面的效率.      

地学空间数据模型的研究

以美国、加拿大、澳大利亚等国家地质调查局建立的地学空间数据库为基础，阐述了建立地学空间数据模型的重要意义。归纳了地学空间数据模型的设计原则，认为图层与属性表的实体关系、图层及属性表多少为佳是着重要解决的问题。通过对地学空间数据模型概念设计的深入研究，可以使地学空间数据模型设计人员正确地理解地学专家领域的问题，而逻辑设计则是地学空间数据模型的核心。地学逻辑数据模型研究的主要任务有图层的划分、属性表定义及关联、空间图形数据图层与属性数据的关联等。     

Sensitivity of Spatial Analysis Neural Network Training and Interpolation to Structural Parameters

A Spatial Analysis Neural Network (SANN) algorithm was applied for the analysis of geospatial data, on the basis of nonparametric statistical analysis and the concepts of traditional Artificial Neural Networks. SANN consists of a number of layers in which the neurons or nodes between layers are interconnected successively in a feed-forward direction. The Gaussian Kernel Function layer has several nodes, and each node has a transfer or an activation function that only responds (or activates) when the input pattern falls within its receptive field, which is defined by its smoothing parameter or width. The activation widths are functions of the model structural parameters, including the number of the nearest neighbor points P and a control factor F. The estimation method is based on two operational modes, namely, a training-validation mode in which the model structure is constructed and validated, and an interpolation mode. In this paper we discuss the effect of varying F and P upon the accuracy of the estimation in a two-dimensional domain for different input field sizes, using spatial data of wheat crop yield from Eastern Colorado. Crop yield is estimated as a function of the two-dimensional Cartesian coordinates (easting and northing). The results of the research led to the conclusion that optimal values of F and P depend on the sample size, i.e., for small data sets F=1.5 and P=7 while for large data sets F=2.5 and P=9. In addition, the accuracy of the interpolated field varies with the sample size. As expected for small sample sizes, the interpolated field and its variability may be significantly underestimated.     

空间数据挖掘技术

近年来，伴随着空间信息获取技术的快速发展，不同类型的空间数据库以及数据库中的数据量正在不断增长，如何从这些海量数据中提取出隐含的信息和知识已成为人们研究的热点。空间数据挖掘就是为了解决这一科学问题而提出的。该文在回顾已有空间数据挖掘规则的基础上。指出了空间数据挖掘过程中存在的主要问题，进而探讨了未来空间数据挖掘的主要研究方向。     

基于GIS的地质异常空间结构分析方法

地理信息系统(GIS)在地学中的优势主要体现在4个方面：数据获取、数据管理、空间分析和输出功能。本文利用GIS对地质异常分析的敏感性和有效性，把GIS技术与地质异常理论相结合，一方面对地质异常理论的概念、研究方法进行了阐述，另一方面以胶东矿集区为例，对基于GIS的地质异常的空间结构分析的方法进行了探讨。研究表明，基于GIS的地质异常空间结构分析方法是研究地质异常的科学、有效的方法，是利用GIS进行找矿预测的关键。     

地学G4 I 系统中空间元数据的设计技术

地学G4 I 系统是以四学科( 地质学、地理学、地球化学及地球物理学) 地学数据集成为基础,以中大比例尺矿产资源评价为服务目标的计算机系统。由于跨学科地学空间数据集成涉及到众多技术,其中空间元数据的内容与应用构成本系统的重要组成部分。笔者就元数据的概念及元数据在本系统中的具体内容、作用、标准及研究现状等进行探讨,并针对本系统提出元数据管理子系统的设计框架。     

桂林岩溶峰丛区定域时空变化研究

为探索局域生态环境变化对桂林市整体生态环境状态的影响,选择漓江沿岸北从刘村南至街底共8个峰丛地貌区作为研究对象(编号为No.1~No.8),并以1986、1991和2006年3个时相的Landsat-5卫星影像的TM数据为信息源,采用基于ROI的定域定量遥感技术,结合地理与岩溶地质学资料,对这8个岩溶峰丛区的遥感生境指标即归一化植被指数NDVI和缨帽变换中的绿度分量TC2作定域提取和纵、横向分析(时间和空间变化分析)。研究表明,2006年岩溶峰丛区的NDVI和TC2最高,生态环境最好,1986年次之,1991年最差,表明在20世纪80年代末90年代初这一阶段里,由于桂林市经济高速发展而忽视环保,岩溶峰丛区的生境曾受到较不良影响,但进入本世纪以来已经得到了明显改善;在空间上各峰丛区NDVI大于4.0和TC2大于20的地块呈现斑状或条带状分布,且自1991年以来有向全区扩大的趋势。同一区域不同时间NDVI和TC2变化具有1991年低,1986年、2006年高的趋势,而同一时间不同区域NDVI和TC2也存在着差异,由好到差其关系为:No.5>No.4>No.3>No.8>No.7>No.6>No.2>No.1。      

面向实体的空间数据模型

空间数据模型是地理信息系统(GIS) 研究的基础内容.为适应新一代大型GIS的数据量大, 拓扑关系复杂, 数据种类多等特点, 提出了一种新型GIS数据模型---面向地理实体的空间数据模型.它以实体为基本表达对象, 具有较强的空间和语义表现力, 支持语义表达和转换, 便于实现等优点.从空间数据管理, 概念数据模型等方面详细地介绍了该种数据模型.实践表明, 采用该数据模型, 系统对真实世界的实体表现力将大大增强, 数据组织更加合理.