[00148769]地下三维空间数据模型及建模算法研究

1、成果依托课题 三维地理信息系统（三维GIS）能够以真三维的方式描述地理空间,在城市景观建模、旅游、海洋、石油、矿产资源勘探等领域具有广阔的应用前景。本成果主要依托测绘遥感信息工程国家重点实验室开放基金（ WKL（01）0302 ）“基于似三棱柱体的三维数据模型及其可视化方法的研究”（程朋根主持）等项目开展研究取得。 2、研究背景与意义 三维GIS研究需要解决的问题主要表现在三维空间数据模型和数据结构、三维数据获取方法、大容量数据的存贮和管理、三维空间对象的处理和分析,以及三维可视化技术,其中三维数据模型与数据结构是三维GIS的核心问题。三维空间现象随着研究领域的不同,其描述空间实体的方法存在较大差异,不可能设计一种数据模型来适合所有的应用领域,应根据特定研究领域空间实体分布特征,设计出专用的三维空间数据模型。本成果以地质矿山领域的地下工程为研究背景,从三维空间数据模型、数据结构、建模方法、空间操作算法等方面开展研究。其目的在于推动地下三维GIS的研究和发展,为数字矿山的建设提供理论支持,在三维地理建模尤其是在地质勘探工程中的三维建模方面具有较大应用前景。 3、主要研究成果 通过多年研究,本成果共发表相关研究论文23篇,其中英文文章4篇（SCI收录4篇、SCI被引文献3篇、SCI他引29次）,中文文章19篇（CSCD收录10篇、CNKI收录19篇,CSCD被引文献8篇、CSCD他引42次、CNKI引用1057次）,专著1部。选取的5篇代表性论文中,3篇英文论文均被SCI收录,它引29次,2篇中文论文1篇EI收录、2篇被CSCD收录,CNKI他引275次。 4、内容与创新 1)提出了矢量与栅格集成的空间数据模型总体框架和空间数据模型分类体系。空间数据模型总体框架可以是各种空间数据模型的并集,而实际应用中一个具体的空间数据模型是它的一个子集。成果进一步完善了三维空间数据模型理论体系,方便人们理解复杂的三维空间数据模型。 2)提出了基于似三棱柱体（QTPV）为体元的面向对象的三维空间数据模型,设计了相应的数据结构以及元素之间的拓扑关系。该模型克服了六面体对数据点分布要求严格的限制,避免了四面体数据量大、拓扑关系复杂以及建模算法设计困难的缺点;它既能建立实体的内部结构,又能建立实体间的拓扑关系;适合规则和不规则实体的建模。结合地下钻探资料和勘探数据的特点,研究了地层和地勘工程似三棱柱体模型自动建模思路和算法,对模型的剖切算法、四面体化方法等基本算法和模型可视化技术进行了研究。实验结果表明,基于似三棱柱体元的数据模型是一种具有潜力的三维空间数据模型。 3)为提高地形三维（3D）可视化的速度,提出一种新的构建多分辨率地形模型的方法,新模型集成了不规则三角网（TIN）)和规则格网（Grid）。从新模型的概念和形式化定义、构造多分辨率地形模型方法、模型的误差分析、规则集等方面进行详细研究。实验表明,新模型可以应用于构建多分辨率地形模型,并在时间成本和模型维护方面具有良好性能的。 4)针对隧道施工测量建模问题,研究了隧道施工测量时空数据动态建模方法。从三维动态建模的概念模型、数据输入、数据处理与建模关键技术开展研究。提出的模型及建模方法在雅砻江流域水电开发有限公司两河口建设管理局实际测试与应用,证明该建模方法的有效性。采用施工测量断面进行隧道动态三维建模,可回放施工进度,又能描述隧道挖掘质量。