多维动态GIS空间数据模型与方法的研究

以地理空间实体及其相互间关系的抽象、表达与组织为主线,从三维、时空、尺度等角度出发,进行了多维动态空间数据模型研究。介绍了该项研究在空间铺盖建模、空间关系理论、多维建模、时空与动态建模、多尺度建模等方面取得的成果。     

多维动态GIS系统与应用评述

多维动态GIS一直是国际GIS学术界研究的热点问题之一。在总结ISPRS2008（北京）国际会议上与此相关的研究论文基础上，重点就GIS多维动态空间建模方法、球面可视化表达与拓扑描述、技术分析与应用等方向的研究成果及存在问题进行了评述与分析。     

基于UML模型的空间数据库可视化建模

针对传统数据库模式在建立庞大、多维、关系复杂的地理数据库模型的过程中存在语义表达不清等问题,本文研究了空间数据库模型在传统建模软件中的构建规律,设计了空间数据库模型在UML图中的表达方式及模板库和在XML文件中的存储规则,实现了将XML文件导入GIS数据库后自动生成控件数据库模型。通过在原型系统中的应用,表明了本文建模方法具有可扩展、方便修改、建模可视化的优点。     

基于UML模型的空间数据库可视化建模

针对传统数据库模式在建立庞大、多维、关系复杂的地理数据库模型的过程中存在语义表达不清等问题,本文研究了空间数据库模型在传统建模软件中的构建规律,设计了空间数据库模型在UML图中的表达方式及模板库和在XML文件中的存储规则,实现了将XML文件导入GIS数据库后自动生成控件数据库模型。通过在原型系统中的应用,表明了本文建模方法具有可扩展、方便修改、建模可视化的优点。     

多维动态GIS的空间数据建模,处理与分析

首先分析了在多维空间模型与建模、动态处理与数据集成管理、时空分析与可视化等方面存在的问题和关键技术,然后介绍了国际学术界近几年来的研究动态,继而介绍在国家自然科学基金支持下我国学在此领域的研究进展,并重点介绍国家自然科学基金跨学部重点项目“多维动态空间数据处理若干关键技术问题”的目标和任务。     

多维动态GIS的空间数据建模、处理与分析

首先分析了在多维空间模型与建模、动态处理与数据集成管理、时空分析与可视化等方面存在的问题和关键技术 ,然后介绍了国际学术界近几年来的研究动态 ,继而介绍在国家自然科学基金支持下我国学者在此领域的研究进展 ,并重点介绍国家自然科学基金跨学部重点项目“多维动态空间数据处理若干关键技术问题”的目标和任务。     

溃坝洪水演进的光滑粒子流体动力学分析

传统GIS在实现溃坝洪水过程模拟时通常是采用无源淹没分析或有源淹没分析方法,这些方法忽略了洪水演进过程中的物理学与动力学因素,模拟结果的时效性、可靠性较差,表达效果也较为简单。针对此问题,该文提出结合光滑粒子流体动力学方法与GIS相关技术实现溃坝洪水演进的三维动态可视化及分析,以光滑粒子流体动力学生成的海量多维时空序列流体粒子数据为基础,研究了粒子数据的建模及时空数据的时空建模技术。最后在自主研发的系统中实现了溃坝洪水演进的三维动态可视化表达及分析,应用效果良好。     

一种三维网络GIS空间数据可视化方法的研究

三维GIS空间数据可视化是三维GIS建模的基础,针对网络环境下三维GIS在空间可视化方面存在的不足,本文提出了一种基于VRML的真三维模型构建方法。以点、线、面和体四类拓扑元素之间的拓扑关系为依据组织建立数据库,结合分布式虚拟现实技术搭建起真三维模型网络发布平台,成功实现三维空间数据的可视化。研究表明,该方法能根据三维拓扑关系建立真三维模型,为三维数据的可视化和共享、真三维GIS空间分析提供了一种新的方案。     

基于几何代数的多维统一GIS数据模型研究

支持复杂地理对象及连续地理现象的一体化表达、建模与模拟是GIS与地学分析研究的热点.现有空间数据模型在多维对象的自适应表达、实体对象空间索引、多维统一的空间分析方法与算法构建框架以及多维统一的GIS系统实现与地学应用等方面仍显不足.基于新的数学理论,建立多维统一表达和计算框架是GIS空间数据模型创新的可能途径.论文引入以维度运算为基础的几何代数理论,构建多维统一GIS空间数据模型;探讨了多维地理对象的自适应表达与一体化建模;探索相应的数据组织、存储与检索机制以及对应的多维空间分析统一计算模型,在此基础上构建相应的原型系统并进行应用示范.论文主要研究内容如下:     

基于ArcGIS Engine的三维场景快速动态建模方法

三维地理信息系统应用的一个热点就是三维场景的快速动态建模方法,而已有的三维场景快速建模技术或多或少存在一些局限。本文针对三维场景快速建模中存在的问题,提出了一种基于GIS组件技术和数据库技术的快速动态建模方法,该方法预先建立对应的三维场景模型库,并保存于数据库中,通过ArcGIS Engine组件的地理描述和数据库动态调用来获取三维场景模型构件,组装成所需要的三维场景,从而大大提高三维场景建模的速度,而且还具备数据编辑和空间分析能力。最后,将快速动态建模方法应用到危险品运输监控三维场景的动态构建中,实现了危险品运输系统三维场景的快速建模、真实感显示和运输调度。     

城市三维管网建库及高效可视化

针对二维管线信息系统对于城市综合管网的展示缺乏直观化和综合化的问题,该文在构建三维管网数据库的基础上,提出了一种城市三维管网实时建模方法。无需事先建模,通过整合多种GIS和非GIS的管网数据,并结合三维管网数据库中的三维管网符号模型库和可视化参数配置,实现高效三维管网的实时建模和可视化。以重庆市某区域为例,生成的三维管网具有顾及LOD级别、效率高、仿真性好、保持GIS数据特性、支持动态更新等特点,结合三维城市模型和三维地质模型,可以实现地上地下一体化的三维效果。     

三维地形实体模型自动建模技术研究

针对三维地形实体模型手工建模效率低的情形,对已有的1∶2 000地形图Shape格式系统数据进行处理,在OSG三维平台中由几何建模算法和纹理映射方案自动生成与地形图几何精度一致且拓扑关系正确的道路、水系、绿化、街区、建筑底座等多个图层的三维实体模型。利用GDAL访问DEM数据,结合建模引擎为三维地形实体模型添加高程信息,生成能反映实际高程起伏的三维模型。程序自动生成的模型与手工制作的模型效果接近,能满足大部分三维应用。由已有的二维GIS数据自动生成三维实体模型,充分利用了已有基础数据,且比手工建模节约了大量时间,为三维地形数据制作及更新提供了强有力的支持,同时降低了三维建模的难度,为不会使用3D建模软件的工作人员提供了三维建模的可能。     

地图科研成果荣获国家自然科学奖

不久前颁布的2004年度国家自然科学奖中．由国家测绘局推荐的项目《数字地表模型的多维动态构模研究》荣获二等奖。该项目由国家基础地理信息中心陈军、香港理工大学教授李志林、以及朱庆、蒋捷、王东华等人合作完成。他们针对多维动态数字地表模型构建这一国际学术前沿问题．以地理空间实体及相互间关系的抽象与表达为主线．研究了地表空间铺盖、地物空间关系理论、数字地形精度、多维动态空间数据建模、多尺度表达等基本问题。     

浅谈基于ERDAS的三维GIS系统实现

主要研究利用三维空间数据、DOM及DEM创建三维虚拟场景。将ERDAS IMAGINE的Virtual GIS模块与第三方建模软件相结合,解决了模型导入ERDAS Virtual GIS Viewer中贴图丢失的问题,实现了立体模型的仿真构建和三维GIS系统的动态管理。同时,对模拟雾气分析、空间视域分析和洪水淹没分析等方面的应用进行了研究,使该系统更具应用价值。     

城市引擎在智慧城市规划中的应用

针对智慧城市规划和建设存在的问题,利用已有地理信息多元数据,在CityEngine中进行城市规划三维建模.通过数据处理、几何建模和场景输出,建立了基于城市规划分析的三维模型,并实施了建筑体量调整、规划指标分析和日照分析,实现了参数调整和指标符合性验证.实验结果表明,基于CityEngine的三维城市规划模型可充分利用已有数据,实现快速建模,降低建模成本,缩短建模周期,同时计算机生成建筑模型语言具有良好的参数调节性,可实现规划指标动态调整.     

基于3D GIS矿井系统的研究

矿井信息系统是一个复杂的信息系统,为有效管理矿井,满足安全高效生产的目标建立基于3D GIS的矿井信息系统。研究3D GIS矿井的软件体系结构、分析系统的功能需求,阐述系统的关键技术和实现的方法。重点研究三维地质与巷道的三维建模方法,给出巷道三维模型与地质模型的二者拓扑关系建立的实现方法。在三维模型基础上可以实现巷道网络最优路径决策的和地质切割的空间分析以及利用粒子系统进行事故的仿真模拟。     

一种农田灌溉渠系三维参数化建模方法

针对当前大多数灌溉渠道工程三维建模过程效率低、模型难以复用的问题,该文提出一种基于参数化的渠系三维建模方法。利用三维GIS技术,以渠道三维中心线和横断面参数为基础,辅以周边地形,采用横断面放样法生成单体模型、中心线平移法生成渠道交叉口,基于模型运算将上下级渠道组合在一起,基于地形编辑将渠道模型与周围地形进行无缝集成。实现了复杂断面类型的渠道三维信息模型在真实坐标下的设计与展示,解决了渠道交叉、分支以及与地形分离的问题,取得了较高的土方量计算精度。实例分析表明,应用参数化建模方法能够基于真实的地理数据建立三维场景,提高了建模效率和模型精度。     

丝绸之路文物古迹“甘肃锁阳城”三维建模方法研究

以航空摄影和全野外数字化测量等手段,获取丰富的地形地貌数据,再结合多种GIS数据处理方法获取锁阳城建模数据,通过精细建模和实景贴图技术建立城墙模型,最终在SuperMap平台下建立三维场景。详细介绍了模型数据获取、模型数据处理和建模的具体方法。     

山区土地评价的GIS空间分析建模研究

为了因地制宜地开发利用地形地貌复杂、土层较薄、基岩裸露率较高的山区土地,需要提前进行适宜性评价,目前主要采用Arc GIS空间分析方法进行分析处理,但是处理过程繁杂,易出错。本研究采用Arc GIS空间分析模型生成器对分析过程进行模型化处理,对每个评价因子数据处理过程进行处理流程建模,关联各个因子模型进行多因子综合评价,可得出山区土地资源建设适宜性评价模型。采用上述方法对研究区域进行相关分析处理,再结合大量地面调查,分析出的评估结果与实际土地开发利用适宜性有较高吻合度,验证了该GIS模型方法的科学性与可靠性,而且较常规的方法数据处理效率明显提高,数据处理模型也可以共享。     

基于三维GIS的海洋标量场数据动态可视化

针对海洋标量场数据的多维、多格式、动态性等特点,设计了基于NetCDF的海洋标量数据通用数据模型,详细阐述了模型的存储格式及其特点。基于三维GIS场景,构建了标量场多维动态渲染模型,探讨了基于几何对象的海洋标量场数据多维可视化方法,实现了海洋标量数据的直观、多维、动态可视化表达。技术试验表明,该方法高效、可行,可为其它海洋环境要素数据的可视化与分析提供技术借鉴。