三维体元拓扑数据模型的修正及其形式化描述

针对三维体元拓扑数据模型(OO-Solid Model)的不足,对模型的构模元素进行了修正。对模型的修正和重新设计不仅有利于利用多源数据构模,提高构模自动化程度,便于地质模型的动态更新,更有利于与其他模型(如TIN模型)的无缝集成。利用面向对象和集合相结合的方法,从拓扑学角度,对基本构模元素及模型表达的空间对象进行了严格定义和形式化描述。     

基于流形拓扑的三维空间实体形式化描述

阐述了三维空间实体语义概念及空间实体之间拓扑性质形式化描述的意义，以组合及点集拓扑理论为基础，给出了基于ｋ－维伪流形的三维空间实体的语义定义。将单纯同调理论用于流形，通过单纯形和单纯复形间的几何构造关系，揭示出三维空间实体的拓扑性质并给出三维空间实体的形式化描述方法。     

空间关系描述的9-交模型

首先对４元组、９元组描述框架进行了剖析，指明了从４元组向９元组扩展的意义，同时也论述了９元组存在的缺点和不足及其产生的原因。最后，提出用空间实体的势力范围（ＡＶ）代替原９元组中的“补”作为空间实体的外部，并结合空间实体的边界（Ａ）、内部（Ａ°），构成新的基于空间实体势力范围的空间关系描述的９－交模型（简称ＮＩＶ），并对其特点进行了分析。     

基于庞卡莱代数的TEN三维GIS模型研究

不规则四面体网具有结构简单、易于扩展的特性。借助于庞卡莱代数,应用边界表示理论重新描述了TEN模型。与传统几何结构模型相比,这种模型具有表达简单、易于计算的特点。同时,提出基于庞卡莱代数的TEN合并和删除运算以及拓扑一致性检查。在VC++环境下,对TEN模型的合并和删除运算进行编程与实现。实验表明,基于庞卡莱代数的TEN模型可以有效建立动态实体模型,能够实时建立拓扑关系,适合于表达不规则矿体等动态变化的三维实体。     

三维地籍空间拓扑数据模型研究与实现

本文提出了一种适于表达三维地籍的空间拓扑数据模型,并分别在概念层次和实现层次给出了概念模型和逻辑模型。概念模型分为3层:要素层、几何层和拓扑层。要素层用于表述地籍管理对象,几何层用于描述实体的几何形态,拓扑层用于表达实体间的拓扑关系。在概念模型基础上,给出了对应的逻辑模型。实验结果表明:所提出的模型有效、可行。     

工程地质三维空间建模技术及其应用研究

对工程地质研究的主要三维空间对象(勘探区域三维地质剖面体)进行了规范化的构造描述，对当前主流三维空间建模方法进行了综合分析。在此基础上，结合专业建模对象的构造特点及三维数据模型适用表达对象的不同特性，融合单元分解表示(CE)、构造实体几何(CSG)和边界表示(B-Reps)三种数据模型的建模思想，以及栅格模型的基本体元划分机制和数据组织方式，以不规则五面体为基本分析单元，采用面向对象方法构造模型内各娄对象，提出了一种面向对象的三维矢量与栅格混合模型，实现了勘探区域三维地质剖面体的惟一性拓扑表达，并给出了可视化方案。分析了几例基于此模型的工程地质应用，借以验证该模型在工程地质领域内应用的合理性和可操作性。     

利用拓扑和度量相结合的方法描述面目标间的空间关系

首先分析了9元组模型描述目标间空间关系的不足，提出了基于点集拓扑和度量特性相结合的方法来分析和描述GIS中面目标间的拓扑空间关系，并给出了合理的几何度量参数及计算方法，增强了空间关系的可区分性，进而提高了空间分析的准确性。该方法将空间关系描述过程概括为3步：①目标发现与定位；②空间拓扑关系的分类（粗略分类）；③在空间拓扑关系粗略分类的基础上，引进几何度量参数，实现空间关系的精化。     

多层次三维地籍产权体模型的语义表达研究

针对我国不动产传统登记中的二维表达、房地分离的管理模式,在综合分析产权体的定义基础上,提出三维地籍产权体的定义和对象类型,并从概念层次引入一种基于语义的多层次三维地籍产权体模型。该模型能综合考虑土地和房产管理模式,将产权体划分为街坊、三维宗地、三维地籍物、分层空间与单元空间5个空间管理细节层次,探讨根据产权体的权属情况划分产权体层次的过程,并通过语义详细描述每个层次产权体的空间关系、权属关系和几何实体拓扑关系。基于以上的理论和方法,选取了某片区地籍数据作为试验数据,实现了多层次三维地籍产权体模型的语义表达,从而明晰了不动产产权三维登记,为"房地合一"地籍管理模式进一步深化了技术基础。     

基于剖分的三维拓扑ER模型研究

本文首先分析评述了目前三维ＧＩＳ空间拓扑数据模型研究状况,指出了Ｍａｒｔｉｅｎ Ｍｏｌｅｎｎａｒ的３Ｄ ＦＤＳ．,Ｍｏｒａｋｏｔ Ｐｉｌｏｕｋ等人的基于四面体的三维矢量数据模型等的局限性。继而根据笔者在三维空间实体及其相互间拓扑关系形式化描述方面的研究结果,分析研究了三维空间实体点、线、面、体与构成这些空间实体的ｋ－单纯形（０≤ｋ≤３）之间的实体关系,给出了相应的实体－关系（ＥＲ）图,提出了一个顾     

基于Geodatabase的城市地下综合管线数据库设计

ArcGIS的Geodatabase数据模型能真实反映地下管线的属性和行为,基于Geodatabase的几何网络模型,探讨了城市综合地下管线数据库设计中数据模型的建立,属性域、拓扑和连通性等三种对象规则和编码方案。     

GTP-based integral real-3D spatial model for engineering excavation GIS

Engineering excavation GIS (E^2GIS) is a real-3D GIS serving for geosciences related to geo-engineering, civil engineering and mining engineering based on generalized tri-prism (GTP) model.As two instances of GTP model, G-GTP is used for the real-3D modeling of subsurface geological bodies, and E-GTP is used for the real-3D modeling of subsurface engineering excavations. In the light of the discussions on the features and functions of E2 GIS, the modeling principles of G-GTP and E-GTP are introduced. The two models couple together seamlessly to form an integral model for subsurface spatial objects including both geological bodies and excavations. An object-oriented integral real-3D data model and integral spatial topological relations are discussed.     

GTP-based integral real-3D spatial model for engineering excavation GIS

Engineering excavation GIS (E2 GIS) is a real-3D GIS serving for geosciences related to geo-engineering, civil engineering and mining engineering based on generalized tri-prism (GTP) model. As two instances of GTP model, G-GTP is used for the real-3D modeling of subsurface geological bodies, and E-GTP is used for the real-3D modeling of subsurface engineering excavations. In the light of the discussions on the features and functions of E2GIS, the modeling principles of G-GTP and E-GTP are introduced. The two models couple together seamlessly to form an integral model for subsurface spatial objects including both geological bodies and excavations. An object-oriented integral real-3D data model and integral spatial topological relations are discussed.     

地形TIN中地理实体拓扑关系表达

传统地形TIN离散、独立的三角形结构限制了空间实体、空间关系的表达能力,分析和操作也比较困难,应用大多限制在可视化、渲染和光照分析等方面。由于不可能通过简单地扩展和改进现有模型来满足TIN中对空间实体关系表达的需求,从面向对象的角度出发,利用单纯剖分理论对TIN进行了实体划分和拓扑建模,使TIN具有了地理对象结构从而能够进行地理实体的表达与分析,建立了对象化不规则三角网(OTIN)与Euler示性数方向模型(EDM),使得TIN不但可以较好地表达地形起伏信息,还具有实体性和对象性,便于进行空间查询与分析。     

GIS的矿山巷道三维空间构模算法研究

巷道是井下矿山系统中各种人工要素的主要空间载体,其三维空间构模问题是目前三维地学空间构模研究的重要方向之一。针对该问题的解决,给出了巷道中心线的生成方法,提出了根据巷道中心线和断面进行巷道三维空间构模算法。该算法针对圆形巷道断面和巷道交叉处椭圆断面给出了公式的推导,并利用向量算法实现了该问题的三维空间构模。算法在GIS平台下得到验证和实现,表明该方法稳定、可靠,对今后模型走向工程应用具有重要的理论和实用价值。     

基于面向对象数据模型的地理实体距离度量关系分析方法

距离度量关系分析是GIS空间分析的重要组成部分。本文在传统的距离度量分析方法数学描述基础上,引入面向对象数据模型,将地理实体抽象为空间对象,用空间对象代替几何元素,给出了基于面向对象数据模型的地理实体距离度量关系分析方法的数学描述以及算法的实现过程。     

面向地上下无缝集成建模的新一代三维地理信息系统

地上下无缝集成三维建模是新一代3DGIS的主要标志,地上下无缝集成建模已成为当务之急。在三维空间建模技术现状与存在问题、目标层次与功能需求及三维空间模型现状与趋势分析的基础上,介绍了地上下集成建模的两个层次和无缝集成的基本原理;阐述以CD-TIN为纽带、以BRep-TIN-GTP为核心、以三层混合模型为成份的地上下集成空间数据模型的概念结构与典型逻辑关系。并结合城市与矿山应用,介绍该集成模型在GeoMo3D系统中初步实现后的可视化效果。同时,指出了与地上下集成建模相关的近年3DGIS的主要攻关方向和重点理论难题。     

基于MultiPatch的巷道三维表面建模及其算法分析

本文针对巷道截面类型较多、不过分强调实体结构、且巷道交叉接口处较难处理的特点,将巷道抽象为三维表面模型,提出了采用ArcGIS中的MultiPatch作为构建巷道表面模型数据结构的方法,对不同类型巷道接口的拼接算法进行了具体分析,并以山西潞安常村煤矿井下巷道为例,通过二次开发实现了矿井巷道的三维表面建模,建立了矿井巷道三维建模原型系统,取得了良好的效果。     

基于规则库的三维地质自动建模技术研究

利用规则统一三维实体间的语义形式化表达,为建模提供统一的方法。利用三维矢量数据模型的框架,对直钻孔、斜孔、剖面、等值线、断层、褶皱等数据源,分别按规则制定一种数据格式,对多源地质数据进行标准化和信息融合,经过地质面和地质体的快速构建,提出了建立基于规则库的三维矢量数据模型。同时研究了适合各类地质特点的三维模型自动构建方法,包含多源数据耦合层状地质体自动建模技术、基于剖面单元格划分的分区—拼接自动建模技术、多约束下复杂地质结构快速建模技术、空间约束条件下三维地质属性建模技术等。在确保模型精度的前提下,尽量减少人工交互建模的工作量,提高了建模效率。     

一种基于GTP的复杂地质体真3维

在总结分析现有复杂断层及倒转褶皱3维建模方法的基础上,提出一种基于广义三棱柱（GTP）的3维交互建模方法（岩柱体分区RPBP建模法）。文中定义了岩柱体、界限三角形两个重要概念,RPBP法可以通过构建断层界限三角形,将复杂断层系转化为多个简单断层系,然后采用构建简单断层系模型的方法来实现复杂断层系的3维建模;而对于倒转褶皱,RPBP法则通过构建褶皱轴界限三角形避免数据局部重复和冲突,使GTP建模过程得以顺利进行。实验表明,该方法能便捷可靠地实现含多断层相互切割、倒转褶皱等复杂地质体的真3维建模。     

三维地质建模及其在地下空间开发中的应用

开发地下空间是许多城市谋求发展的重要途径,也是当前城市建设的重要组成部分。信息化是地下空间开发利用的必然要求,三维地质建模系统具有直观、高效、便利等特点,在城市地下空间开发利用领域有着广阔的应用前景。本文首先阐述了三维地质建模系统的理论方法,给出了三维地质建模流程,介绍了两种三维地质建模方法;然后分析了三维地质建模系统在地下空间选址、地下工程建设、地下空间管理中的应用