基于规则库的三维空间数据模型

三维空间对象的形式复杂多样,对象之间的空间关系尚未形成共识.三维空间数据模型的空间及非空间关系的表达更是难以统一.典型的三维空间数据模型包括面向实体型、面向关系型和混合型3种数据模型,但这些模型存在诸如拓扑操作困难、对象语义描述不完整、关系表达欠缺等一系列不足.通过分析、综合3种模型的优缺点,以顾及拓扑面向实体的三维矢量数据模型为基础,设计了基于规则库的三维空间数据模型.这是一个将关系与对象相统一的新型数据模型.通过对对象关系的分析研究,引入规则的概念,进而构建出规则库,提出对空间对象间关系和结构统一的,完整的表达和管理方式.结合地质、矿山等应用将该三维空间数据模型在多个城市的三维地质应用中进行成功验证.通过应用,说明该模型实现了空间对象的自身结构和对象之间关系的统一表达,具备自定义、可扩展的空间对象关系表达能力,能够适应复杂应用要求,具有良好的应用前景.      

三维拓扑数据的生成算法与交互修改方法研究

在分析现有三维矢量拓扑关系的基础上,提出了三维矢量数据结构的要素拓扑模型（Feature Topological Mod—el,FTM）。FTM三维拓扑模型比传统三维模型的优势有3点：（1）直接引入三角形对象,更加有利于表示任意形状的三维体数据。（2）简化基本拓扑关系的定义,使用相对简单的三角形和边的拓扑关系,表达相对复杂的实体和曲线的拓扑关系;使用带拓扑关系的边的集合表示三维曲线,既表达了曲线对象,又不影响基本拓扑关系的维护。（3）使用实体之间的包含模型,解决环（洞）的拓扑关系。同时,使用FTM对三维离散三角形数据进行拓扑化处理,对其中存在的拓扑错误提出具体的解决方案。该拓扑模型成功应用于自主研发的三维勘查软件“探矿者”中。     

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.      

一种面向对象的三维地下空间矢量数据模型

针对地下空间的真三维连续特性以及建模过程的动态交互编辑与分析要求,提出了一种新的三维地下空间矢量数据模型。该模型采用面向对象思想对地下各种空间对象进行抽象描述;利用模型中的线段要素增强几何元素之间拓扑连接关系的维持,为地质体的切割和地下工程体的开挖等分析提供了算法上的便利;引入拓扑面更好地表达了地下空间对象之间的拓扑邻接关系。该模型在三维地下空间数据的存储管理、查询分析以及实时逼真绘制等方面都表现出较好的性能,适用于地下勘探工程的建模与分析。     

数字城市三维模型的地上下一体化剪切方法

三维数字城市模型中地上下三维模型的数据种类复杂,多种数据的自适应性剪切技术是个难点。依据各种GIS三维模型的特点,定义地理和地质实体的语义模型,并针对不同对象使用基于空间分区二叉树(BSP树)的剪切算法,自适应地完成了数字城市地上下集成数据模型的一体化剪切和拓扑重建。最后结合南京市三维数字城市示范区地上下模型数据进行了应用试验分析,验证了该方法的有效性和实用性。     

面向成矿分析的黄金遥感数据库归一化模型

在完成全国黄金遥感数据库项目工作实践中提出作用归一化方法,将面向目标分析１关系密切的地质要素进行数据融合处理,建立面向地质成矿分析集属性、几何、拓扑关系于一体的数据模型,从而大大方便了不同要素间空间位置的查询和检索,利于多源数据复合分析,克服了以往的专题分层模型实体间相互割裂的缺陷。     

三维体元拓扑数据模型的改进与实验

在简要介绍三维体元拓扑数据模型建模原理的基础上,分析了三维体元拓扑数据模型的不足,并从处理含夹层地质体和由非平行剖面构建地质体两个方面,改进了三维体元拓扑数据模型的建模条件和数据结构。实验表明,改进后的数据模型更加适合基于剖面的三维地质建模。      

基于多层DEM与QTPV的混合数据模型及其在地质建模中的应用

提出一种基于多层DEM与似三棱柱体元（QTPV）的混合三维数据模型。模型包含顶点、线段（棱边、三角形边）、三角形、侧面四边形、似三棱柱体元和DEM 6个基本元素,同时包含点对象、线对象、面对象、体对象、复杂对象、空间对象等6个对象。设计了6个基本元素和2种地质对象的数据结构和它们之间的拓扑关系。研究了基于原始采样点和基于内插点的两种建模方法。以模拟数据和地质钻探数据对开发的原型系统进行验证。研究表明,基于多层DEM与似三棱柱体元的混合三维数据模型具有同时表达空间对象的表面和内部结构的能力,适合地质勘探领域的三维建模。     

基于多源异构数据的大比例尺地上地下一体化城市三维模型集成方法研究北大核心CSCD

本文通过对大比例尺城市三维模型和城市地质模型集成过程中存在的问题进行研究,提出了基于多源异构数据的地上地下一体化城市三维模型集成方法。首先将地上、地下三维模型以独立功能区为单位进行单体化处理和重组,并在单体化区域内以高精度DEM为地层的水平基准,以钻孔岩性矢量为地层的垂向基准,采用钻孔核定法对地质体穿插、建筑体悬空、河流水体交叉等不正确、不合理的三维空间拓扑关系进行处理和校正,从而在不同的地学空间实体之间建立正确的相交、相离或重合的拓扑关系,实现地上地下三维模型的一体化集成。本次选取北京南站附近4.9 km^(2)区域开展试验,使用本方法快速、准确地解决了496处地层穿插错误、385处建筑体悬空错误和2处水体拓扑错误,取得了良好的集成效果,为已建模型的二次利用提供了机会。     

基于改进三棱柱模型的复杂地质体3D建模方法

建模方法是三维地质模型及其可视化研究的核心内容。针对连续体终止、错断位移等复杂地质体3D地质建摸的需要，本文对现有的三棱柱数据模型进行了改进，构建了完整的数据结构及其初步的拓扑关系，提出了基于改进三棱柱模型的连续体和不连续体的建摸算法，使其在处理地层尖灭、断层等复杂地质问题时更为灵活、适应面更广。     

基于地理信息系统的公路边坡三维建模及可视化研究

基于MapGIS-TDE平台,利用山区公路勘察设计数据,研究了公路边坡地表、地上及地下模型的三维构建方法,提出了地表模型中未开挖坡面、开挖路面及开挖坡面3类子模型的约束表面构建方法。采用"基于要素面向实体的三维空间数据模型"实现了三维数据的组织及存储,相对其他的数据模型,该模型具有较好的适应性和灵活性。基于位移和雨量监测数据,实现了三维环境下的实时关联查询和统计,可为公路滑坡的监测预警提供实时分析资料。利用以上方法对湘西常德-吉首高速公路某边坡进行了三维模型的构建和可视化,验证了该方法的有效性。     

基于水平集的复杂三维地层模型建模及在地下工程中的应用研究

由于地质体存在断层、尖灭、出露等复杂地质现象,在三维地层建模时,为了表达这些现象,无论是面模型还是体模型或混合模型,都存在空间分割或曲面求交线的问题。由于地质体拓扑关系的复杂性、数据误差以及计算机精度问题,使得这些模型在实际建模过程中常常失效。运用水平集理论可以有效解决这一问题,水平集用隐函数表达曲面（或超曲面）,可以实现复杂地质体的表达及并、交、差等拓扑运算。在三维地层建模中,插值生成各种地质界面后,用水平集表达这些地质界面,利用水平理论完成各种复杂的拓扑操作,建立以水平集表达的三维地层模型。在此基础上,插入水平集表达的各种工程活动界面,利用水平集理论进行拓扑操作,可构建各种工程活动后的地层模型。再利用Marching cube算法抽取各种地质界面或工程活动界面,构建可用于实时可视化或用于工程评估（如有限元计算）等的NMTINF-BR地层模型或工程活动后的NMTINF-BR地层模型。     

基于隐函数曲面的三维断层网络建模与不确定性分析

针对地质环境中不同断层构造出现交叉、削截等现象而构成的复杂断层网络,本文基于隐函数曲面重建提出了一种三维断层网络隐式建模方法。该方法首先以径向基隐函数曲面重建理论为基础,基于地质剖面图中断层轮廓线数据以及断层产状信息隐式构建三维断层面模型;然后使用二叉树结构描述不同断层间的空间拓扑关系构建断层网络模型;最后,考虑断层建模中产状信息估计的不确定性,定义了断层面法向量概率分布模型,采用信息熵指标定量评价断层模型质量。以贵州水银洞金矿床为实例矿床,选定包含多条断层的区域作为试验区,采用该方法构建了实例三维断层网络模型,结果表明,基于隐函数曲面的三维断层网络建模方法能快速构建区域内多条断层的三维断层网络模型和拓扑结构,有助于复杂断层网络快速建模和三维形态分析,为断层构造定量研究提供基础。     

三维地质模型构建方法的研究及应用

地质体三维建模是地学信息系统的核心问题之一.对三维GIS及地学领域的空间构模方法的现状进行分析,结合地质体工程特点,提出一种三维地学空间构模方法--似三棱柱(STP)法.该方法以似三棱柱体作为三维地质体建模的基本体元,并采用5类基本元素和6组拓扑关系对似三棱柱体的数据结构进行描述.它能有效地表达各种三维地质现象,也可以更好地与传统的多层TIN模型结合,维护好空间实体的拓扑关系.基于本文的建模方法开发了一个适合地质领域的三维GIS初步原型,并用实际钻孔数据进行了验证.     

基于GeoStation的城市片区地质三维建模技术研究

本文基于华东院自主研发的GeoStation地质三维勘察设计系统,设计一种城市片区地质三维建模技术方法。该方法首先采用地质剖面作为地质拓扑剖面,其次使用地质拓扑剖面将城市片区划分为若干城市区块,再次使用GeoStation系统的地层自动建模功能独立构建城市区块模型,最后将城市区块拼合为整体模型。该方法集成在GeoStation系统中,并在某城市级BIM应用中进行应用,结果表明该技术方法可行,实现了海量庞杂地质建模数据的高效管理,构建的地质三维模型可满足某城市BIM平台数据要求,为城市地理空间信息建模提供新的手段,也为其他城市开展数字化建设和智慧化管理提供范例。     

大地电磁场三维地形影响的矢量有限元数值模拟

地形对大地电磁场的影响规律研究对于实际大地电磁测深反演解释具有重要的意义。基于矢量有限元法进行了大地电磁三维地形响应数值模拟。首先与二维地形模拟结果比较,验证了算法的正确性;接着,分别对1个山峰地形和1个山谷地形进行了模拟;最后,比较了二维模拟与三维模拟结果。结果表明：三维阻抗张量的Z_xy模式和Z_yx模式都会受到地形影响;用二维地形模拟结果去近似三维地形响应,二维TE模式与真实三维响应结果差别很大,TM模式接近真实三维响应结果;如采用二维反演处理带地形的三维MT数据,TM极化模式反演更为合理。     

Development of a 3D GIS and its application to karst areas

There is a growing interest in modeling and analyzing karst phenomena in three dimensions. This paper integrates geology, groundwater hydrology, geographic information system (GIS), database management system (DBMS), visualization and data mining to study karst features in Huaibei, China. The 3D geo-objects retrieved from the karst area are analyzed and mapped into different abstract levels. The spatial relationships among the objects are constructed by a dual-linker. The shapes of the 3D objects and the topological models with attributes are stored and maintained in the DBMS. Spatial analysis was then used to integrate the data in the DBMS and the 3D model to form a virtual reality (VR) to provide analytical functions such as distribution analysis, correlation query, and probability assessment. The research successfully implements 3D modeling and analyses in the karst area, and meanwhile provides an efficient tool for government policy-makers to set out restrictions on water resource development in the area.