空间信息三建模和可视化关键技术研究.doc

《空间信息三建模和可视化关键技术研究.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、空间信息三维建模和可视化关键技术研究项目可行性研究报告2012年2月5日一、立项的背景和意义随着科学技术的进步和社会的发展，人类的活动已经逐步由地面延伸至地下，特别是城市地下空间作为重要的资源逐步得到开发利用，地铁、隧道、人防工程、管线、地下停车场等地下工程日益增多，与原有地面以上空间一起构成复杂的人类活动的三维空间。对如此复杂的空间对象进行描述、管理、分析和表现，原有的二维地理信息系统和现有的表面三维地理信息系统已不能满足各行业的要求，必需借助于真三维地理信息系统(简称3DGIS)。然而目前3DGIS数据模型尚不

2、完善，多是表面三维数据模型，虽然能支持一些简单的几何和拓扑分析，如揭层、剖切、开挖等操作，但无法统一描述地面和地下复杂的空间实体，且缺乏对地学专业运算模型的支持，无法从根本上解决各行业使用中所遇到的空间分析和运算问题。因此有必要另辟蹊径，构建能表达真实三维空间对象自身及其关系的实体三维数据模型，并以此为基础，解决三维空间数据组织、多分辨率快速显示、空间索引、空间分析与运算等关键问题，不仅为城市规划、建筑设计、土地利用规划等提供全新的技术手段，也可在城市地上地下交通管理、市政管理、电力、水利和矿山开发、地质勘探等领域

3、发挥重要作用，并将进一步推动3DGIS的发展。二、国内外研究现状和发展趋势多年来，国内外众多学者围绕着3DGIS从理论和方法上进行了大量的研究，关于三维空间数据模型、三维空间分析、三维空间信息表达、三维动态地学过程模拟，已成为地学与信息科学的交叉技术前沿和攻关热点，并取得了许多重要的研究成果。结合本课题研究内容，对国内外相关研究分析如下：（1）3DGIS空间数据模型与拓扑关系Pigot（1998）通过研究提出了基于流形拓扑的三维空间数据模型；MPilouk（1994）、ChenXiaoyong（1994）提出基于D

4、elaunay剖分的四面体体元充填模型；李青元（1996，1997，1998）提出了基于体划分的矢量结构3DGIS的五组拓扑关系以及“界面引入-体划分”法建立拓扑关系的方法；Brown（1998）采用结构化三维规则网格、非结构化三维不规则网格和不规则四面体进行地形三维建模；ZlatanovaS.（2000）对Egenhofer等所提出的9交模型进行了简化；吴立新（2002，2004）、龚建雅（2004）分别提出以广义三棱柱（GTP）或准三棱柱（QTPV）进行地形三维建模，并对基本元素拓扑关系进行描述并构建具体的三维

5、逻辑模型；程朋根（2005）提出了以不规则三角网TIN表示地层，似三棱柱（QTPV）表达地层内部的混合三维数据模型；秦小麟等（2006）基于3DRealms模型，利用9交模型研究了三维空间拓扑分析；张骏（2006）在Zlatanova的基础上对9交模型进行了进一步简化；吴立新（2007）通过对广义三棱柱(GTP)进行修正与扩展,面向地下真3D集成建模的需要,提出了一种基于GTP的实体模型(GTP-EM)。从以上所列举的研究成果分析，目前的3DGIS数据模型与拓扑结构研究，主要以流形理论为数学依据，以Molenaar

6、M所提出的形式化三维矢量模型3DFDS为基础，以Egenhofer提出的9交模型为拓扑关系研究的基本框架。同时，当前3DGIS数据模型在理论上也存在以下不足：（1）仅限于表达正则形体，实体模型的表达在理论上不完整；（2）现有的三维数据模型研究均没有提供统一线框、表面和实体三种基本表达方法，无法满足不同应用的需要。因此，本课题借鉴CAD领域相关研究成果，构建非流形三维空间数据模型并支持真三维空间拓扑分析是可行的。（2）三维空间数据索引技术近年来，随着空间应用的不断深入和空间数据获取能力的不断增强，空间数据库越来越大，

7、对数据的组织和管理提出了更高的要求，构建支持大规模三维空间数据快速检索和存取的空间索引成为海量空间数据管理的关键技术之一。Zlatanova（2000）将R树索引与LOD思想相结合，提出3种分组方式聚合地缘和形状相近的地物，考虑了高程因素，实质上仍是二维空间索引；李军（2002）提出了V-Reactive树，将AlternativeReactive树扩展到三维空间，并优化了R树节点选择算法，一定程度上改善了R树兄弟节点严重重叠的现象，不过这种解决方案仅作用在底层上，并不能最大程度地减少重叠现象；宋扬，潘懋（2004

8、）结合3DGIS的应用需求，运用启发式策略对三维R树生成进行了优化，提高了查询效率；朱庆，龚俊（2006）提出了一种改进的真三维R树空间索引方法，优化了三维空间聚簇分组算法和Ｒ树插入算法，便于实现高效的表面三维可视化；宋晓宇，周新伟等（2006）提出了一种基于八叉树和R*树的混合树空间索引结构OR*树，对海量数据的索引性能得到了较大的提升；郑坤，朱良峰等人（