一种高效的三维GIS数据库引擎设计与实现_朱庆
项目名称
一、项目名称复杂环境铁路线路实景智能设计与精准维护技术二、提名者及提名意见提名者：国家铁路局提名意见：我单位认真审阅了项目推荐书及附件材料，确认全部材料真实有效，均符合国家科学技术奖励的要求。
项目针对复杂环境铁路建设中多时空尺度多维要素的快速感知认知、多目标综合最优的线路智能设计，以及铁路运营过程中高精度自动化线形维护的难题，通过理论与技术创新，突破了多时空尺度高精度可交互实景三维构建技术，创立了复杂环境线路多层级多目标智能设计方法，研发了铁路线路精准维护技术及装备，形成了一整套全新的复杂环境铁路线路实景智能设计与精准维护技术体系，全面支撑了我国广大地区特别是复杂艰险地区的铁路建设与维护。
该项目成果已在国内80%铁路勘察设计单位及全部铁路局推广，在兰新、拉日、西成、宝兰、银西等艰险环境铁路，及沙特、尼日利亚、埃塞俄比亚等海外铁路的勘察设计与维护中成功应用。
设备出口17个国家，创造经济效益累计达42亿元。
项目获授权发明专利38项、软件著作权42项，出版专著4部，主编2部国家标准和3部行业标准。
相关成果获省部级科技进步一等奖5项。
社会效益显著，为我国铁路的发展及技术进步起到了重要的推动作用，也为“一带一路”、“走出去”国家战略的实施提供了重要技术支撑。
提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。
三、项目简介铁路线路设计与维护是从根源上保障运营安全，决定项目经济与社会效益、环保合理性的核心工作，对铁路的全生命周期产生深远的影响。
目前我国铁路运营线路已达13.1万公里，并规划了4.4万公里的建设任务，铁路建设与维护规模世所罕见。
特别是随着青藏、兰新、哈大等复杂环境铁路的建成开通，铁路建设与运营环境日趋复杂。
如何在地形复杂、灾害频发、生态脆弱、气候恶劣的复杂环境中，实现高精度的全息感知，搜索多目标综合最优的线路方案，并长久保持运营线路的光滑平顺性，一直是世界性难题。
团队历经10 余年技术研发，突破了多维复杂环境的实景感知，线路多目标智能设计，智能化精准维护的难题，形成了线路感知-设计-维护的智能化技术体系。
三维空间数据库建库
数据预测与分析
利用机器学习模型对三维 空间数据进行预测和分析 ，为决策提供支持。
三维空间数据库与其他技术的融合发展
与物联网技术融合
结合物联网技术，实时获取和处理三 维空间数据，提高数据时效性。
与虚拟现实技术融合
结合虚拟现实技术，提供沉浸式的三 维空间数据展示和交互体验。
与云计算技术融合
借助云计算资源，实现三维空间数据 的分布式存储和计算，提高数据处理 能力。
总结词
三维空间数据库需要定期更新和维护，以保 持数据的时效性和准确性。
详细描述
三维空间数据库中的数据会随着时间的推移 而发生变化，如建筑物的拆除、重建等。为 了保持数据的时效性和准确性，需要定期更 新和维护数据库，同时对变化的数据进行记 录和跟踪，以确保数据的完整性和准确性。 此外，还需要建立数据维护的规范和流程，
三维空间数据库建库
汇报人： 2024-01-02
目录
• 三维空间数据库概述 • 三维空间数据库的构建 • 三维空间数据库的应用 • 三维空间数据库的挑战与解决方案 • 三维空间数据库的未来展望
CHAPTER 01
三维空间数据库概述
定义与特点
定义
三维空间数据库是一种用于存储和管理三维空间数据的数据库系统。它能够存 储、查询、检索和管理三维空间数据，并提供高效的空间数据检索和可视化服 务。
促进数字城市建设
数字城市是城市信息化的重要方向，三维空间数据库能够 提供数字城市的空间数据存储、管理和可视化等功能，促 进数字城市的建设和发展。
提升空间信息应用水平
三维空间数据库能够提供高效的空间数据检索和可视化服 务，提升空间信息的应用水平，促进空间信息产业的发展 。
三维空间数据库的历史与发展
国家级基础地理实体数据转换生产及实体三维化的设计与实现
国家级基础地理实体数据转换生产及实体三维化的设计与实现朱宏;张帝华;桂木政;杨井源;陈靖
【期刊名称】《测绘》
【年(卷),期】2024(47)2
【摘要】为探索研究国家级基础地理实体数据的生产技术方法,本文基于四川省简阳市2021年1∶50000基础地理信息数据,运用地理信息技术,探索研究了国家级基础地理实体数据库模板制作、数据转换、组合实体构建、实体关系构建等环节的关键技术和作业方法,探索了基础地理实体数据三维信息采集的技术路线,设计研发了针对基础地理实体数据生产的软件工具,旨在提升数据生产工作效率,为实景三维中国建设存量基础地理信息数据转换生产基础地理实体数据提供技术支持,对新型基础测绘工作的推进具有重要意义。
【总页数】6页(P51-56)
【作者】朱宏;张帝华;桂木政;杨井源;陈靖
【作者单位】自然资源部第三航测遥感院
【正文语种】中文
【中图分类】P208
【相关文献】
1.CAXA实体设计讲座第6讲基于CAXA实体设计XP的滚动轴承三维参数化零件库的建立
2.存量数据转换基础地理实体技术实现
3.基于SketchUp的三维实体参数化建模--水闸三维实体建模程序的实现
4.基于存量数据的基础地理实体转换生产
软件设计与实现——以1∶10000基础地理信息要素数据为例5.存量数据转换基础地理实体质量检查探讨
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
三维GIS平台引擎选型报告
三维GIS平台选型报告三维GIS平台作为三维地籍信息系统底层支撑平台，对整个三维地籍项目的建设起着关键性的作用，所以对GIS平台认真进行选型工作非常必要。
一、三维GIS平台选型基本情况1、三维GIS选型分支三维GIS选型主要分为两个分支，第一个分支为国外成熟的GIS平台软件、skyline、GoogleEarth、World Wind、Arcglobe；第二个分支为国内一些较为著名的三维GIS软件：GeoGlobe、CityMaker 、EV-Globe、Uniscopess。
提供“数据-软件-网络-应用”四位一体的三维地理信息服务完整解决方案，具有以下优势。
实现海量三维模型数据的浏览和管理，在全球、城市、街区、室内进行连续、实时和平滑浏览，实现真实感与美感的和谐统一；面向服务的架构，用户可自定义扩展服务，跨网络、跨平台无缝聚合第三方服务；面向网络应用环境，支持数据分布式部署和服务分布式部署，以构建企业级分布式体系结构3D GIS应用。
二、项目的目标和计划按照总体规划、分步实施的思路，从三维地籍信息系统建设需求出发，我们的地籍建设要走“二三维地籍混合管理”的构架，这就决定了我们的三维GIS平台软件要能很好的跟原二维系统平台进行集成同时满足最大化的兼容，同时还要解决原二维系统所无法解决的地籍需求。
1、项目的基本实现目标（1）三维空间数据生产入库模块。
（2）实现二维浏览与二维宗地浏览的无缝衔接。
（3）设计制作三维形式的业务图表。
三、三维GIS平台选型总结（1）三维GIS平台的选型应考虑资源复用，我们的空信平台及其它三维项目均以Skyline为三维平台，平台在内部有良好的使用经验，本项目也可以使用由空信部Skyline发布的三维数据服务，可以尽可能的节省项目开支及加强已有资源的复用。
（2）三维GIS平台作为三维地籍信息系统的底层支撑软件，软件的选型对整个三维地籍系统建设起关键作用，平台软件必须能承载海量数据的处理和浏览效率。
GIS软件应用说明
摘自：南京师范大学地理科学学院GIS专业课程http://202.119.109.14/dky/index.htm《GIS软件应用》课程教材：《ArcGIS9地理信息系统空间分析方法》，科学出版社，2006参考教材：《ARCGIS 8 Desktop 地理信息系统应用指南》，清华大学出版社，2002软件：ArcGIS9.0GIS软件应用是地图学与地理信息系统本科专业的选修课程，课程总学时54，计2学分，周学时3，学时分配：讲授28学时，上机实践26学时。
一、课程特点实践性很强的课程，是GIS专业学生必须掌握的基本技能。
通过课堂上和课后的大量实例练习操作，让学生在熟练掌握GIS通用软件的基础上，理解GIS的基本原理和方法，提高解决实际问题的能力。
二、课程教学目标GIS软件应用课程以熟练掌握GIS常用软件位基本目标，通过该门课程的学习，使学生不仅掌握常用GIS软件的操作，加深对GIS基本原理的理解和领会，并能够熟练运用一种GIS软件完成地理空间数据的处理和分析。
三、课程内容以ArcGIS软件为基础，以数据分析处理由浅入深的主线，在介绍ARCGIS的基本操作的基础上着重讲述ArcGIS的空间分析功能模块，培养学生针对问题建模的思想，增加其解决实际问题的能力。
主要内容如下：∙ARCGIS应用基础（ArcMap、ArcCatalog、Geoprocessing等）∙空间数据的采集与组织（Shapefile、Coverage、Geodatabase）∙空间数据的转换与处理（ArcToolbox）∙数据的可视化表达∙矢量、栅格数据的空间分析∙三维分析∙地统计分析∙水文分析∙空间分析建模四、教学方法1.原理介绍：简要讲述GIS的基本原理和方法。
2.课堂演示：在每一个基本原理与方法之后，介绍软件部分相应的功能和方法。
3.屏幕动画：大量的课后练习采用屏幕动画的形式提供给同学，作为作业答案参考资料。
五、教学组织方式课堂讲授与上机实习相结合。
新一代三维GIS技术白皮书v1
SuperMap新一代三维GIS技术白皮书北京超图软件股份有限公司超图研究院2/15/2019——制定及修订记录——* 修订类型分为A - ADDED M - MODIFIED D – DELETED* 版本类型分为D –DRAFT A –ALPHA B –BETA V -VERSION注：对该文件内容增加、删除或修改均需填写此记录，详细记载变更信息，以保证其可追溯目录目录 (3)第一章新一代三维GIS技术概述 (6)1.1. SuperMap 三维技术发展历程 (6)1.2. 新一代三维GIS技术体系 (7)1.3. 新一代三维GIS产品体系 (9)1.4. 新一代三维GIS技术优势 (10)1.4.1. 新一代三维GIS产品体系 (10)1.4.2. 全空间表达的三维数据模型 (10)1.4.3. 虚拟动态单体化技术 (11)1.4.4. 符号化三维建模技术 (11)1.4.5. 多源数据融合技术 (11)1.4.6. 高性能三维GIS技术 (12)第二章二三维数据模型 (12)2.1. 二三维数据模型 (13)2.1.1. 二维点线面 (13)2.1.2. 三维点线面 (13)2.1.3. 三维体 (14)2.1.4. TIN (15)2.1.5. 栅格 (15)2.1.6. TIM (16)2.1.7. 体元栅格 (17)2.1.8. 二维网络 (18)2.1.9. 三维网络 (18)2.2. 升维运算 (19)2.2.1. 基于表面模型数据提取 (19)2.2.2. 规则建模 (20)2.2.3. 拉伸闭合体 (21)2.2.4. 缓冲区分析 (21)2.3. 降维运算 (22)2.4. 基于二三维数据模型的全空间表达 (23)第三章二三维一体化GIS技术 (24)3.1. 数据模型一体化 (24)3.2. 数据存储管理一体化 (24)3.3. 场景构建一体化 (26)3.3.1. 球面场景、平面场景 (26)3.3.2. 三维符号化表达 (26)3.3.3. 专题图制作 (27)3.3.4. 三维可视化 (28)3.4. 分析功能一体化 (28)3.4.1. 三维空间运算 (28)3.4.2. 三维空间关系判断 (29)3.4.3. 三维空间分析 (30)3.4.4. 三维网络分析 (36)3.4.5. 三维量算分析 (37)第四章多源三维数据融合技术 (37)4.1. 多源数据 (38)4.1.1. 倾斜摄影 (38)4.1.2. 激光点云 (39)4.1.3. BIM (40)4.1.4. 地下管线 (41)4.1.5. 三维场数据 (42)4.1.6. 手工建模数据 (43)4.1.7. 符号化三维场景 (44)4.1.8. 三维地形数据 (44)4.2. 多源数据融合 (45)4.2.1. 坐标转换 (45)4.2.2. 倾斜摄影与地形融合匹配 (46)4.2.3. 倾斜摄影与道路、水面融合匹配 (47)4.2.4. 倾斜摄影与视频融合 (48)4.2.5. BIM与倾斜摄影融合匹配 (48)4.2.6. BIM与地形融合匹配 (49)4.2.7. BIM与水面融合 (50)4.2.8. BIM与物联网融合 (50)4.3. 三维空间数据规范（S3M） (51)第五章三维交互与输出新技术 (53)5.1. 基于WebGL的3D GIS技术 (53)5.1.1. SuperMap iClient3D for WebGL (53)5.1.2. SuperMap iEarth (55)5.2. 移动3D GIS技术 (57)5.3. VR+GIS技术 (58)5.4. AR+GIS技术 (59)5.5. 3D打印 (60)第六章新一代三维GIS应用案例 (60)6.1. 成都市二环路道路桥梁管理信息系统 (61)6.1.1. 总体设计 (61)6.1.2. 关键技术 (62)6.1.3. 小结 (65)6.2. 北京副中心智慧监管平台 (65)6.2.1. 关键技术 (66)6.2.2. 业务系统 (67)6.2.3. 小结 (69)6.3. 白云机场工程地理信息系统 (69)6.3.1. 总体设计 (69)6.3.2. 业务系统 (70)6.3.3. 小结 (72)6.4. 上海中心BIM运营管理平台 (73)6.4.1. 总体设计 (73)6.4.2. 系统模块 (73)6.4.3. 小结 (77)6.5. 雅砻江数字化三维展示与会商平台 (77)6.5.1. 总体设计 (78)6.5.2. 关键技术 (79)6.5.3. 小结 (82)6.6. 吉林大学三维校园综合管理系统 (82)6.6.1. 总体设计 (82)6.6.2. 关键技术 (83)6.6.3. 业务系统 (83)6.6.4. 小结 (85)6.7. 智慧呼和浩特空间地理信息数据库建设项目 (86)6.8. 大连市城市规划“一张图” (88)第一章新一代三维GIS技术概述1.1.SuperMap 三维技术发展历程随着GIS技术、计算机技术、计算机图形学、虚拟现实技术、测绘技术等各种理论和技术的不断发展，三维GIS逐步成为GIS研究的主流方向之一。
SuperMap GIS 6R 二三维缓存策略
SuperMap GIS 6R二三维缓存策略冯振华11研发中心,北京超图软件股份有限公司，酒仙桥，北京摘要本文总结了SuperMap GIS 6R提供的一整套二三维缓存策略，分别从缓存类型、缓存文件的目录结构、数据准备、“紧凑”文件格式、数据压缩等方面阐述了SuperMap GIS 6R 缓存策略的新特性，并在此基础上提出了一系列高效、成体系的使用方法，涵盖了用户从拿到数据、到生成缓存、再到服务器端部署、最后到客户端浏览等一系列的高效使用方法。
关键词：缓存策略；SuperMap GIS 6R；紧凑格式；切片（Tile）ABSTRACTThis paper summarizes complete Data Cache strategy of SuperMap GIS 6R, including cache type, structure of Cache directory, preparing data, compact format, data compression , and other new features of SuperMap GIS 6R.Further more, a series of efficient method are proposed to the Cache user, contains the obtaining of the data, building Cache for Data, the Data publishingfor Server, and the accessing to Data in Client .Keywords: Data Cache strategy; SuperMap GIS 6R; Compact; Tile1. 引言缓存策略是把空间数据按照一定的规则切分成一个个切片（Tile）文件，再通过特定的文件索引目录结构来组织这些文件的一种策略。
基于GIS的长沙市建筑物规划定位实施方法
基于GIS的长沙市建筑物规划定位实施方法
彭军文;戴建清
【期刊名称】《城市勘测》
【年(卷),期】2002(000)004
【摘要】本文介绍了在长沙市基础地理信息系统(GIS)的动态管理过程中,建筑物规划定位的实施方法,及该方法对基础地理信息系统数据库的更新作用.
【总页数】2页(P彩页1,彩页6)
【作者】彭军文;戴建清
【作者单位】长沙市勘测设计研究院,湖南,长沙,410007;长沙市勘测设计研究院,湖南,长沙,410007
【正文语种】中文
【中图分类】P2
【相关文献】
1.遥感与GIS在蓄水建筑物规划中的应用 [J], G.杜布德;薛小红
2.基于GIS的长沙市规划建设竣工测量实施方法 [J], 彭军文;黄江雄
3.论城市建筑物规划定位的实施方法 [J], 彭军文
4.BIM与GIS集成的建筑物间距规划审批方法 [J], 彭雷;汤圣君;刘铭崴;李佩瑶;朱庆;郭晗
5.基于GIS的湖北省森林生态系统定位观测研究网络规划 [J], 郭慧;王兵;牛香因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于ArcScene的三维GIS实现的研究
2010年8月第4期城 市 勘 测U rban G eotechn i ca l Investigati on &Survey i ngA ug .2010N o .4文章编号:1672-8262(2010)04-26-03中图分类号:P208文献标识码:A基于A rcScene 的三维G IS 实现的研究张啸雷1*,王冬2* 收稿日期:2010 05 04作者简介:张啸雷(1977 ),男,工程硕士,从事网络与通讯管理工作。
(1 天津市公安局经济技术开发区分局,天津 300457; 2 天津市测绘院,天津 300381)摘 要:三维G IS 是当前G IS 领域的研究热点,而三维场景的建立是实现三维地理信息系统的基础。
专门的可视化开发工具需要从底层开发,开发难度较大,采用A rcEng i ne 平台进行二次开发可以解决上面的问题。
本文主要介绍了利用ES R I 公司的A rcEng i ne 以及其扩展3D Scene 模块来实现三维G IS 的建立方法。
关键词:三维G IS ;A rcScene ;A rcEng i ne1 引 言从20世纪80年代末以来,由于二维地理信息系统将实际的三维事物采用二维的方式表示,具有很大的局限性,大量的多维空间信息无法得到利用,这就需要研究三维地理信息系统,于是三维地理信息系统成为GIS 领域中的一个研究热点。
而三维地理信息系统的实现必须首先解决场景可视化问题,其中房屋作为场景中重要的组成部分,它的可视化建模技术的发展和研究一直很引人关注。
使用常用的三维可视化开发工具,如D irect3D 、Ja va3D 、VRML 和OpenGL 等进行三维G I S 的实现时,都需要从底层编写代码,工作量巨大,而且通常功能上不能满足实际需要。
ESR I 公司基于CO M 技术构建的A rcEng i n e 是一套强大的GIS 二次开发组件库,使用户可以根据需要对原有的系统软件功能进行功能扩展,其中的扩展模块A rcScene 模块完全可以实现三维GIS 的开发。
实景三维模型与BIM技术的整合应用
实景三维模型与BIM技术的整合应用摘要：随着信息技术和计算机技术的飞速发展，实景三维模型和BIM技术成为了现实。
实景三维模型利用激光扫描、摄影测量等技术，可以快速准确地获取建筑和场地的几何数据，提供真实感的模拟环境。
而BIM技术则基于计算机模型，整合了建筑的几何、材料、时间、成本等多维信息，实现了建筑生命周期的数字化管理。
建筑和工程项目涉及众多参与方，包括设计师、工程师、施工方、监理方等。
传统的信息传递方式存在信息不对称、数据丢失等问题，导致协同工作效率低下和误差增加。
实景三维模型与BIM技术的整合可以提供统一的数据平台，实现各方之间的信息共享、协同设计和协作管理，提高项目的效率和质量。
实景三维模型与BIM技术整合后，可以在工程管理和运营阶段发挥重要作用。
通过与实际场地的对比，实景三维模型可以帮助识别设计、施工之间的差异，提前发现潜在问题。
而BIM技术则可以实现设备管理、维护计划、数据记录等功能，为工程运营提供支持。
综上所述，实景三维模型与BIM技术整合的研究背景源于数字化技术的发展、协同工作的需求以及工程管理和运营阶段的需求。
这一研究方向有助于提高建筑和工程项目的效率、质量和可持续性，并在数字化时代的建筑行业中发挥重要作用。
关键词：实景三维模型;BIM技术;整合应用;1 实景三维建模相关技术理论实景三维建模是一种利用激光扫描、摄影测量和计算机图形处理等技术手段，将实际场景或物体准确地重建为三维模型的过程。
实景三维建模的第一步是通过激光扫描或摄影测量等手段获取现实世界的几何数据。
激光扫描技术使用激光束扫描场景，测量物体表面的坐标信息，生成点云数据。
摄影测量技术则利用相机拍摄多个角度的照片，并通过图像匹配和三角测量等方法获取物体的三维坐标。
在数据采集后，需要进行数据处理、点云配准、数据滤波、数据拼接等步骤，以获得高质量的三维模型数据。
几何重建是将采集到的点云数据或图像数据转化为几何模型的过程。
其中，点云数据可以通过点云配准、表面重建等算法转化为三维网格模型。
基于ArcGIS环境下多类型数据的三角网和Voronoi图的生成
Ｅｎｄ Ｔｙｐｅ 定义三角形的结构， ｖｖ 为三角形三个顶点 ＩＤ Ｐｕｂｌｉｃ Ｔｙｐｅ ｄＴｒｉａｎｇｌｅ
ｖｖ０ Ａｓ Ｌｏｎｇ ｖｖ１ Ａｓ Ｌｏｎｇ ｖｖ２ Ａｓ Ｌｏｎｇ Ｅｎｄ Ｔｙｐｅ 第三步： Ｄｅｌａｕｎａｙ 三角 网 的 生 成 和 存 储 。 在 ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ 环 境 下 建 立 面图层， 利用逐点插入法， 利用已有的离散点构建 Ｄｅｌａｕｎａｙ 三角网， 并且 把三角网中的三角形按照表 ２ 的结构存储在面图层中。
２ Ｄｅｌａｕｎａｙ 三角网剖分和 Ｖｏｒｏｎｏｉ 图生成算法
２．１ Ｄｅｌａｕｎａｙ 三角网剖分算法 Ｌａｗｓｏｎ 提 出 了 根 据 最 大 最 小（ ＭＡＸ—ＭＩＮ） 角 度 法 则 建 立 局 部 几 何
形状最优的三角网： 在由两个相邻三角形构成的凸多边形中， 交换此多 边形的对角线， 不会增加这两个三角形六个内角总和的最小值。现在很
摘 要 ： 基 于 渐 次 插 入 算 法 ， 在 ＡｒｃＧＩＳ 环 境 下 ， 提 取 居 民 地 中 心 点 和 道 路 中 心 线 上 的
点作为离散点， 实现了对这些离散点的 Ｄｅｌａｕｎａｙ 三角网的构建和数据的有效组织， 利
浅析基于WebGL的BIM数据网络三维可视化
DOI: 10.12677/csa.2021.111023
236
计算机科学与应用
李艳丽
Figure 3. IFC model building elements 图 3. IFC 模型建筑要素
4.2. 开发环境
1) Cesium 环境搭建 在本文中选择 Cesium. V.1.45 作为渲染引擎，同时安装了 Node.js v6.11.2 搭建 Web 服务器，端口号 设置为：8080，采用命令 Node server.js 启动服务器，结果如图 4 所示。Cesium 是一个用来显示三维地球 和地图的开源库。它可以显示海量三维模型数据、地形高程数据、影像数据、矢量数据等等。Cesium 支 持多种数据格式，高程数据支持 STK 格式，三维模型数据支持 GLTF 格式，三维瓦片模型数据支持 3D Tiles 格式，影像数据支持 WMTS 格式等。
Figure 1. Overall research framework 图 1. 总体研究框架
DOI: 10.12677/csa.2021.111023
235
计算机科学与应用
李艳丽
3.2. IFC 独立坐标与世界坐标转换
由于 IFC 通常采用的是独立坐标系，而 GIS 背景下的地理场景通常采用的是世界坐标系，所以要实 现 IFC 标准的 BIM 模型到地理场景中的融合展示，均需要进行坐标转变，即将 BIM 的独立坐标系转为 世界坐标系。在本文中主要采用公式(1)实现：
关键词
BIM，WebGL，可视化，三维GIS，Cesium
Analysis on 3D Visualization of BIM in the Network Environment Based on WebGL Technology
基于OSGEarth的城市三维场景构建
基于OSGEarth的城市三维场景构建吴小东;许捍卫【摘要】基于OSGEarth开源工程,采用LOD与分页、动态调度等技术,研究了三维地形、影像、地物组织、调度及融合方式;并以泰州市为例,实现了基于OSGEarth城市三维场景的构建,达到良好的效果,为以后的中小城市“数字城市”建设提供了空间框架.%In this paper, on a basis of the OSGEarth open-source project, we researched on 3D terrain, images, objects organization, scheduling and fusion techniques, carried out by the use of the technologies of LOD (Levels of detail), paging and dynamic scheduling and so forth. Taking Taizhou for example, the construction of urban 3D scene with good results was acquired by using OSGEarth, which provided a spatial frame for future construction of small and medium-sized digital cities.【期刊名称】《地理空间信息》【年(卷),期】2013(011)002【总页数】4页(P107-110)【关键词】OSGEarth;三维场景;泰州【作者】吴小东;许捍卫【作者单位】河海大学地球科学与工程学院,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】P208城市三维场景构建是“数字城市”建设[1]的关键技术之一。
面对TB级以上的海量数据，虽然随着计算机硬件技术的发展，在一定程度上缓解了大规模数据渲染的问题，但是仍然无法从根本上解决“有限的系统资源与无限大的数据量的矛盾”。
三维GIS引擎与骨干河网防洪模型的融合与分析
三维GIS引擎与骨干河网防洪模型的融合与分析引言随着城市发展的不断加速，城市人口的快速增长以及气候变化的影响，对城市防洪工作提出了更高的要求。
为了有效地应对城市防洪工作，需要运用先进的技术手段来提高防洪能力。
而三维GIS引擎与骨干河网防洪模型的融合与分析就是其中一种能够有效提高城市防洪能力的技术手段。
一、三维GIS引擎在城市防洪中的作用三维GIS引擎是一种基于地理信息系统（GIS）的技术，它将传统的二维GIS引擎升级为三维模式，能够对城市地理空间信息进行更加准确、全面的展示和分析。
在城市防洪工作中，三维GIS引擎可以用于城市地理信息的快速获取和准确分析，可以对城市地势、建筑物、河流等地理信息进行精确建模，为城市防洪工作提供科学的数据支持。
1.1 三维GIS在城市地理信息获取中的应用三维GIS引擎可以利用激光雷达、卫星遥感、无人机等技术手段，实时获取城市地理信息。
通过三维GIS引擎获取的数据具有高精度、高分辨率等特点，能够快速准确地反映城市地理环境的实际情况。
这为城市防洪工作提供了及时的数据支持，为城市防洪工作的决策提供了科学的依据。
1.2 三维GIS在城市地理信息分析中的应用通过三维GIS引擎获取的城市地理信息，可以进行多角度、多尺度的分析。
可以对城市地势、地貌、建筑物、交通设施等地理信息进行盲区分析、覆盖分析、淹没分析等方面的研究。
这些分析结果为城市防洪工作提供了重要的参考，帮助城市规划者更好地了解城市地理环境的特点，为城市防洪工作提供更加智能的决策支持。
二、骨干河网防洪模型在城市防洪中的作用骨干河网防洪模型是一种基于水文水资源学理论的数学模型，用于模拟城市河网系统的洪水过程，评估洪水的影响范围和程度，为城市防洪工作提供科学的依据。
骨干河网防洪模型通过对城市河网系统进行仿真分析，可以预测洪水的发生时间、洪水的流速、洪水的水位等参数，为城市防洪工作提供了重要的参考。
3.2 三维GIS引擎对骨干河网防洪模型的洪水过程模拟支持通过对城市地理信息的准确建模和分析，三维GIS引擎可以为骨干河网防洪模型提供洪水过程模拟的科学依据。
基于J 2EE的分布式Web 3DGIS设计与实现
络 ３ ＧＳ Ｄ Ｉ 进一步发展的不利因素 ， 国内外学者对其中的
某些 问题 做 了大量 的研究 ， 比如 ： 维 模 型 的构建 、 ３ 空间 数 据 的组织 与 管 理 、 规模 ３维场 景 的实 时 漫游 等 ， 对 这 大 并 些 问题 的研究 取得 了很 大进展 ， 在如 何实 现 ３ 空间数 但 维 据互 操作 方 面的研究 较 少 ， 本文 以此 为 突破 口 ， 于 Ｏ Ｃ 基 Ｇ 空 间数据 互操 作规 范 ， 借鉴 ２维空 间数据 互操 作 的成功 经
Ｊ２ Ｅ Ｊｖ ｌ ｆ ｍ Ｅ ｔｒｒ ｅＥ ｉｏ ） Ｓ Ｎ 公 司 Ｅ （ ａａ Ｐａ ｏ ｎｅｐｉ ｄｔ ｎ 是 Ｕ ２ ｔｒ ｓ ｉ
推 出的一种 基 于组 件 技术 的 Ｊｖ 业 应 用 开 发平 台 ， ａａ企 它 是 由很 多组 件 技 术 与 技 术 规 范 组 成 的。包 括 Ｊｖ Ｍ ， ａａ Ｒ Ｉ Ｅ Ｂ等 很多 技术 ， Ｊ 同时支持 Ｃ Ｒ Ａ服务 ， ＯＢ 适合 于创建 服务 器应 用程 序和 服务 。 综合 以上 的 相关 论 述 ， 于 Ｊ２ Ｅ规 范 给 出 的典 型 基 Ｅ
４ 实验 原 型 系统
４ １ 系统 功 能 设计 ．
系统根 据功 能的不 同将 各 个应 用 程序 逻 辑划 分 成 各 个组件 ， 根据 Ｊ２ Ｅ的 四层 结 构 分别 部 署 在 客 户 端 、 ｂ Ｅ Ｗｅ 服务 器 、 Ｉ Ｇ Ｓ应用 服务器 和数据 库 中 １ 客户端 功能 ）
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｉ ｌｍｅ ｔ ｔ ｎ ｏ ｓｒｂ ｔ ｄ Ｗ ｅ ＤＧＩ ｎ Ｊ ２ Ｅ ｓｇ ｎ ｍｐ ｅ ｎ ａ ｉ ｆＤｉｔｉ ｕ ｅ ｂ ３ ｏ Ｓｏ Ｅ
ＣＨＥＮ ｉｎ ， Ｊａ
（ ． ｏｌｇ ｆＣｖｌ ｎｉｅｒ ｇ Ｎａｊ ｇＦ ｒｓｒ ｎｖ ｒｉ ， ｎｉｇ２ ０ ３ ， ｈｎ ； １ Ｃ ｌ ｅｏ ｉ ｇ ｅｉ ， ｎｉ ｏｅｔｙＵ ｉｅｓｙ Ｎａｊ １０ ７ Ｃ ｉａ ｅ ｉＥ ｎ ｎ ｎ ｔ ｎ ２ Ｃｏ ｅｅｏ ｉｎＥ ｇｎｅｉｇ Ｈｏ ａ ｉｅｓ ｙ Ｎ ｎｉｇ２ ０ ９ ， ｉａ ． ｌ ｇ ｆＣ ｖ ｎ ｉｅｒ ， ｈ ｉ ｖ ｒｉ ， ａ ｊ １０ ８ Ｃｈｎ ） ｌ ｎ Ｕｎ ｔ ｎ
基于GIS的建筑物沉降观测数据的三维分析
理 后作 为基 准数 据 。沉 降监 测测 点 的布置 应 以能 全 面
反 映建 筑物地 基 变形特 征并 结合 地质 情况 及建 筑 结 构
特 点确 定 Ｊ 。且根 据 工 程设 计 图纸 ， 最 下 层 地下 室 在 的筏板 表 面或墙 柱 根 部 共 布设 １９个 沉 降观 测 点 （１ １ Ｊ
化情 况 ， 以判断沉 降是稳 定 还 是 继续 变 化 。见 图 ５ 可 ， 相 同时 间间 隔 （ 致为 １ 月 ） ４个 三维模 拟 图沉 降 大 个 的
面进行 叠 加 ， 于各 个塔 楼 的楼层 和工 程进 度 的不 同 鉴 于 以往 沉 降结 果 多 是 数 据 和 图表 的形 式 表 现 ，
（） １ 首先 对 基 准 点 的联 测 ， 判定 其 稳 定 后 作 为 工 程 的基 准点长 期 在 工 地 观察 使 用 。根 据 工 程 进 度 ， 每
半月 或 一个月 联测 一次 。 （ ） 载变 化期 间 ： 建 筑物 每 增加 两层 ， 测 一 ２荷 ① 观
观测 点 的布设 是沉 降 观测 的基础 ， 据《 筑变 形 根 建 测 量 规程 》的技 术 要 求 来 布设 基 准 点 和 沉 降观 测 点 。
图 ２ 边框 数 据层 和 点数 据层
（ ） 开 Ａｃ ｐ ［ ｏｌ］ Ａ ｄＸ 一［ ａ ］ ２打 ｒＭａ ， Ｔ ｏ 一［ ｄ Ｙ］ Ｄ ｔ 一 ｓ ａ ［ ａａＥ ｐｒＤ ｔ］生 成沉 降监 测点 。 Ｄ ｔ ｘｏｔ ａ ， ａ （ ） 行 ［ Ｄ Ａ ａ ｓ］ Ｉｔｐｌ ｅｔ ａｔ ］ ３ 运 ３ ｎｌ ｔ 一［ｎｅ ｏ ｔ ｏｒｓ ｒ 一 ｙ ｒ ａ ｅ
成 都来 福 士广场 为 例 ， Ｇ Ｓ软件 为平 台 ， 过 对监 测 以 Ｉ 通
城市空间三维地图及其在智慧城市中的应用分析
城市空间三维地图及其在智慧城市中的应用分析摘要：智慧地球的提出加速了数字城市的发展建设，如何快速、准确地获取具有高真实感的城市三维模型已成为重要的研究方向。
三维地图与传统二维地图相比，能够更直观地对地理空间进行展示、更强大多维度空间分析功能等优点。
本文首先对城市空间三维地图进行系统梳理，进而探讨三维地图与智慧城市结合的必要性，最后讨论了三维模型在城市规划管理中的应用。
关键词：城市空间三维地图；智慧城市；规划管理引言随着计算机技术及传感器的不断发展，城市的数字化表达由二维逐渐过渡到三维，城市发展和建设逐渐趋于规模化和立体化。
与二维数据相比，三维数据具有信息量丰富、感官真实等优势，使得动态交互的方式成为可能，在城市规划建设、应急管理等方面意义重大，如何建立高效、准确的城市数字三维模型是一个重要的研究方向。
当前，新型智慧城市建设还未全面深入开展，虽然我国智慧城市试点数量位居全球首位，但无论是特大型的一线城市还是中小型城市，开放、共享的城市信息模型数据仍未全面形成，直接的三维数据获取渠道尚未开放，且数据共享程度不高。
多数城市的智慧化应用平台研发迫切需要城市三维模型数据支撑。
1城市空间三维地图关键技术城市空间三维地图相较于传统二维地图，对象的表达空间从二维平面转变到三维世界，能够将地形地物的几何特征和纹理细节精细且逼真地展现出来，展示效果更具有真实感，且尤其重视人机交互响应时的图像渲染质量、低延迟和实时特征。
本文所采用的城市三维GIS场景快速构建方法技术路线共分为5个步骤：（1）建筑底面轮廓数据获取。
建筑底面轮廓数据即建筑物正射投影到地面所形成的边界矢量数据，且该数据属性需记录对应建筑的高度值或楼层数。
建筑底面轮廓数据的获取途径大体上可分为以下3类：从城市全要素地形图直接提取建筑要素；以高分辨率遥感影像或航片为数据源，通过影像自动分类解译，辅以数据后处理获得；向正规渠道的图商采购或借助网络数据抓取手段获取（抓取手段获取的数据可靠性低，可用于实验，实际项目不宜采用）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第36卷第2期2011年2月武汉大学学报·信息科学版Geo matics and Informa tion Science of W uhan U niver sity V ol .36N o .2Feb .2011收稿日期:2010-12-15。
项目来源:国家863计划重点资助项目(2008AA121600);国家973计划资助项目(2010CB731801);国家自然科学基金资助项目(41001222);武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室开放研究基金资助项目((10)重点项目)。
文章编号:1671-8860(2011)02-0127-06文献标志码:A一种高效的三维GIS 数据库引擎设计与实现朱 庆1 李晓明1 张叶廷1 刘 刚2(1 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,武汉市珞喻路129号,430079)(2 中国地质大学(武汉)计算机学院,武汉市鲁磨路388号,430074)摘 要:针对大规模三维城市建模与数据库协同应用,设计实现了一种高效的三维GIS 数据库引擎,支持基于O racle 11g 的多模式数据库管理;提出了顾及语义的三维空间数据库模型,为地上下室内外三维空间数据的一体化组织管理奠定了基础。
介绍了该引擎涉及的多层次三维空间索引、多级缓存、多线程调度以及异步通信传输等关键技术,并用武汉市三维城市模型数据进行了试验分析,验证了该引擎的有效性和可靠性。
关键词:三维G IS ;数据库引擎;一体化数据库管理;试验可视化应用中图法分类号:P208 随着大范围三维城市模型的普及应用,地上下室内外三维空间数据的一体化管理、多用户协同操作、网络共享、数据的安全等需求日益迫切。
而现在大多采用的文件系统管理方式要么将大范围三维空间数据分成多个规划单元分别管理,很难满足一体化管理和无缝漫游的要求;要么采用松散的大文件管理方式,难以保证数据的安全性和高效性,因而采用大型关系数据库管理系统一体化管理三维空间数据已逐渐成为必然的选择[1,2]。
地上下室内外三维空间数据的一体化管理亟需真三维的空间数据模型,而已有的三维空间数据模型大都局限在特定的专业领域,如地质模型、矿山模型、地表景观模型等,其通用性和扩展性不强[3],难以满足地上下室内外三维空间信息的语义表达、动态更新与一致性维护以及综合分析的需要。
OGC 标准CityGM L 1.0针对城市地表目标的统一表示,提出了一种抽象层次的语义信息模型[4],但仍缺乏三维地质和地下设施的语义表达。
虽然主流的商业关系数据库管理系统都已扩展了空间数据的管理,如Oracle Spatial 、DB2S patial Ex tender 、SQ L Se rv er Expre ss 等[5],但只有Oracle Spatial 11g 直接支持简单三维数据类型的表达[6],如基于CityGM L 模式,利用OracleSpatial 管理了柏林三维城市模型的几何数据[7],但Oracle Spatial 仅支持简单的3D 几何,无法直接满足具有三维曲线或曲面等复杂三维空间实体的表达[6]。
现有的商业GIS 平台的空间数据库引擎,如ArcSDE 、Supe rM ap SDX +等[8],能有效支持二维空间数据在Oracle SQL Se rve r 等关系数据库管理系统中的存储与管理,并开始逐渐扩展了三维空间数据的管理,但是大都难以满足地上与地下、室内与室外三维空间数据的一体化管理,尤其是对三维空间数据丰富的语义信息都未完整地表达。
因此,针对大范围多细节层次地上与地下三维空间数据高效的一体化组织管理的重大需求,本文介绍了一种高效的三维GIS 数据库引擎的设计与实现。
1 顾及语义的三维空间数据库模型1.1 概念模型针对地上、地下和室内外三维空间实体的基本特点,首先从概念上建立其统一表达的通用三维空间数据模型。
如图1所示,地上下三维空间武汉大学学报·信息科学版2011年2月实体集成表示的统一数据模型通过几何层、多尺度表达层和专题语义层三个层次进行完整的表达。
在几何层,通过点、线、面、体等基本元素实现地上下三维空间实体几何表达的统一;在多尺度表达层,通过LOD 对象实现地上下三维空间对象的多尺度表达;在专题语义层,对建筑物模型、道路网络模型、地质体模型等专题进行面向专题语义的扩展。
其中,在DEM 表面层次上确保合理的空间划分与区域识别;在地上下立体层次,解决地理实体在二维抽象表示中产生的地上下交叠问题,满足三维立体空间层面的实体精确表达与分析需求;基于语义层次关系进一步详细描述相关实体的三维内部结构或组成关系。
为了实现地上下三维空间实体几何表达的统一,提出了三维空间实体统一表达的几何对象模型,如图2所示。
该模型首先定义了三维几何统一表达的基类CGeome try ,并直接派生三维几何基类C3DGeom etry ,派生了点(C3DPoint )、线(C3DCurve )、面(C3DSurface )、体(C3DVolume )4种基本空间元素,实现了整个三维空间的抽象表达,每个基本几何元素都可以泛化为具体的几何类型表达,各类几何元素又可以组合成复杂对象,并引入组对象(C3DG roup )来表达混合类型的复杂几何对象。
通过几何基类CGeometry与图1 一体化的三维空间数据模型Fig .1 An Integ rative 3D Spatial D ata Model图2 统一表示的三维几何模型F ig .2 U nified Representation of 3DG eometrical M o del128 第36卷第2期朱 庆等:一种高效的三维G IS 数据库引擎设计与实现语义类(Semantic )和拓扑类(T opo logy )之间建立的映射关系,实现了三维空间实体语义拓扑关系的统一表达。
1.2 数据库模型基于上述概念模型,建立了地上下三维空间数据一体化管理的数据库模型,如图3所示,三维GIS 数据库由一个或多个工程组成,每个工程由多个数据集组成,包括地形数据集、三维模型数据集、三维语义拓扑数据集等,每个三维模型数据集和地形数据集的数据都必须具有相同的空间参考。
地形数据集由DEM 数据集和DOM 数据集组合而成,DEM 数据集和DOM 数据集采用金字塔分层+均匀分块的技术管理多分辨的数字高程模型数据和数字正射影像数据,分别由多个DEM 金字塔层数据集和多个DOM 金字塔层数据集组成,并建立了明确的对应关系。
三维模型数据集管理地上下室内外的三维空间实体数据,由具有相同空间参考的三维要素类以及对象类和关联类组成;三维要素类是具有相同属性结构的同类三维空间实体的集合;而对象类是没有空间特征、具有相同行为和属性的对象集合,三维要素类与对象类通过关联类建立关系。
三维空间实体由具有多细节层次(LOD )的三维几何模型及其属性数据组成,并通过LOD 描述结构统一管理每个细节层次几何模型的包围盒、重要性因子、可见范围等信息。
三维几何模型与共享模型数据、材质数据以及纹理数据之间通过ID 号建立关联关系。
三维语义拓扑集管理三维要素类之间以及三维空间实体之间的语义拓扑关系,包括位于、部分-组成、连通等,如通过“位于”和“部分-组成”语义关系表达建筑的内部逻辑构成以及建筑内外空间和实体的“所属关系”,通过建筑内部空间之间明确的连通关系建立建筑内部的三维网络,能够支持室内外一体化寻径等复杂空间决策应用。
地上下三维空间数据的一体化数据库模型具有如下特点:①支持大规模的地上下室内外各种类型三维空间数据在关系数据库中的一体化管理;②采用面向对象技术,通过具有行为和特征的三维要素类,使三维空间实体的表达更面向实际的应用;③支持复杂的语义关系管理,可以完整地表达三维要素类之间以及三维空间实体之间的语义拓扑关系;④基于关系数据库的优势,采用工作流机制和长事务机制支持多用户并发处理。
图3 顾及语义的三维空间数据库模型Fig .3 A 3D Spatial Database M odel Conce rned with Semantics2 多层分布式架构的三维GIS 数据库引擎设计 为了在大型关系数据库中高效地管理和调度大规模的三维空间数据,设计了一个高效的三维GIS 数据库引擎,该引擎是三维GIS 平台与关系数据库数据交互的连接通道,能高效地存储、索引和访问在关系数据库中的三维空间数据,并解决关系数据库管理系统的多样性和复杂性。
三维GIS 数据库引擎采用多层分布式的客户/服务器体系架构,如图4所示。
在客户端层,数据库统一访问接口是三维空间数据建库和访问等操作的唯一通道,通过客户端调度管理模块实现数据请求在客户端的快速获取数据,并进行索引检索、缓存查找等操作,通过客户端通信模块与服务器建立129武汉大学学报·信息科学版2011年2月网络连接;在应用服务层,采用异步通信机制的服务器通信模块并发处理多客户端发送的数据请求,通过服务器调度管理模块将这些请求转换成多线程可以执行的调度任务,通过多线程调度模块在服务器缓存与三维空间数据库中快速获取数据;在数据库存储层,通过基于地上下一体化的三维空间数据库模型实现了大规模地上下三维空间数据在大型关系数据库管理系统中的高效组织与存储。
采用多层分布式架构的三维GIS 数据库引擎在安全性、可维护性、可伸缩性、开放性上具有明显的优势,可以支持流行的关系数据库管理系统,并针对不同数据库管理系统的特性进行有针对性的性能优化。
首先,本文基于Oracle 11g 数据库管理系统搭建了三维GIS 数据库引擎的原型,利用Oracle 11g 的新特性,以充分发挥数据库管理的性能,包括新的LOB 架构———Securefiles BLOB 、增强的分区功能以及结果集缓存等[9],并支持基于Oracle RAC (真正应用集群)的高可用的并行数据库管理环境。
为了满足不同的应用需求,三维GIS 数据库引擎支持基于O racle 11g 的多模式管理,直接访问模式可以通过三维GIS 数据库引擎客户端直接与数据库建立链接,不需要通过应用服务层,具有操作方便的特点;应用服务器访问模式需要通过三维GIS 数据库引擎的应用服务器与数据库建立链接,对多用户并发的快速处理更有优势。
图4 三维G IS 数据库引擎多层分布式体系结构Fig .4 M ulti -level Distributed A rchitectur e of3D G IS Database Engine为了满足三维实时可视化和高性能分析等的需求,三维GIS 数据库引擎面临的关键技术问题有高效的数据库结构、三维空间索引和多用户并发访问等。