浙江三维可视化开发_2.5D-GIS开发公司

2.2GIS三维空间数据模型

2.2.1空间数据模型分类

三维数据结构同二维一样也存在栅格和矢量两种形式。栅格结构使用空间索引系统，将地理实体的三维空间分成细小单元（体元）。三维矢量数据结构表示方法有很多，将实体抽象为点、线、面、体，由面构成体。其中运用最为普遍的是具有拓扑关系得三维边界表示法和八叉树表示法。根据三维空间模型对地学空间目标的集合特性的描述是以表面描述方式还是以空间剖分方式，可以分为体元模型和面元模型。

（1）体元模型

常用的体模型是将三维空间对象视为体单元的集合。体单元是简单的三维基本单元，如立方体、球、圆柱体等。将三维空间对象视为这些基本对象经过一些基本操作(如交、并、差等)后的组合体。体模型数据结构包括三维栅格结构、八叉树结构、结构实体几何模型和四面体格网模型[23]。对于建筑物，本文不关注其中的拓扑结构，仅对其整体和外部形状感兴趣，综合考虑到建筑物的形状特点、3D建模的精度要求，如果用Octree建模则难以保证精度，用TEN建模则会增加许多无意义的数据，因此CSG是进行建筑物建模的一个较好选择，本文重点讲述结构实体几何模型（CSG）。结构实体几何模型（CSG）类似于机械制造方法，最早由Voelcker和Requicha提出，是将简单的几何形体（如球、圆柱、圆锥等体素）通过正则运算（交、并、差）来构造复杂的3D目标。一个复杂目标可以描述为一棵CSG树，这棵树的终端结点为基本体素（如立方体、圆柱、圆锥），而中间结点(枝节点)为正则集合运算的结点。

CSG树以根节点作为查询和操作的基本单元，它对应一个三维空间目标。一个复杂的空间形体，可以由一些比较简单，规则的空间形体经过布尔运算而得到。

CSG模型的优点是：方法简单，适合对复杂目标采用分治算法；具有唯一性和明确性；没有冗余信息，必要时可以在目标和体素上附加有关属性。其缺点是：一个3D空间目标的CSG是不唯一的，且不描述点、边、环、面的拓扑关系。

（2）面元模型

面模型数据结构主要包括规则格网模型Grid、不规则三角网TIN和边界表示模型B-Rep。

规则格网模型Grid用一组大小相同的网格描述地形表面。它能充分表现高程的细节变化，拓扑关系简单，算法容易实现，空间操作及存储方便。但占用的存储空间较大，不规则的地面特征与规则的数据表示之间可能不协调，在地形平坦的地方存在大量的数据冗余。

不规则三角网（TIN）是由分散的地形点按照一定的规则构成的一系列不相交的三角形，三角面的形状和大小取决于不规则分布的观测点的密度和位置。TIN实现三维地形的显示过程就是确定哪三个点构成一个最佳三角形，并使每个离散点都成为三角形的顶点。TIN的优点是存储效率高，数据结构简单，与不规则的地面特征和谐一致，可以表示细微特征或叠加任意形状的区域边界。当表面粗糙或变化剧烈时，TIN能包含大量的数据点，而当表面相对单一时，在同样大小的区域，TIN只需少量的数据点。TIN比Grid复杂，它不仅要存储每个点的属性数据，还要存储其平面坐标、节点连接的拓扑关系，难以与矢量和栅格数据结构进行联合分析。

边界表示模型（B-Rep）是以物体边界为基础来描述几何形状，一般采用矢量法表达三维目标，与二维GIS所采用的矢量结构在原理上一致。每个物体均由有限个面构成，每个面由有限条边围成，而每条边由构成边的顶点表示。在边界表示法中，空间实体的几何信息和拓扑信息是分开存储的，其数据结构可以用体表、面表、弧表、边表、顶点表等五个层次来描述，因此在进行坐标变换时，仅需改变空间点的坐标，空间实体间的拓扑关系可以保持不变。B-Rep模型强调3D空间目标的外部细节，通过3D目标属性表、面-体关系表、边-点-面关系表和点坐标表来详细记录构成3D空间目标的所有几何信息和拓扑信息。其优点为：几何信息与拓扑信息分开存储，完整清晰；便于基于面、边的空间查询与计算；易于与2D图形、3D线框模型、有限元网格剖分及3D曲面造型接口。其缺点是：数据量大，数据关系复杂；对3D空间目标的整体描述能力差，不能反映目标的构造过程；不能记录目标组成元素的原始特征。

 3DGIS

3DGIS是三维GIS的简称，是一个解决空间数据的存储、表现、查看、管理、量算和分析等一系列问题、具有良好的可扩展性及可伸缩性的三维地理信息系统。能实现实时反射、实时折射、动态阴影等高品质、逼真的实时渲染3D图像。

在城市管线管理中能根据现有的相关图形和属性数据，使现状与规划相结合，快速真实再现城市管网三维场景。可利用3DGIS平台方便对城市管线三维场景进行各种操作，并能实现管线属性信息快速查询、管线场景的漫游、任意给定线路的三维飞行、图形及动画输出、数据的更新与维护等。

3数据资源建设

3. 1数据资源建设内容

（1）数据标准规范建设，包括:制定北京热力管线地理信息数据标准规范。

（2）基础地理数据库建设，包括:北京市政务版电子地图数据、北京市基础地形图数据和影像数据整合、处理、入库;北京市政务版电子地图数据、北京市基础地形图数据和影像数据的配图设计与服务发布。

（3）热力管线数据加工及数据库建设，包括:依据集团公司现有的热力管线资料进行加工处理，开展管线资料整理、属性挂接、数据加工及质量检查工作，经过细致严谨复核工作无误后，形成成果数据，生成热力管线GIS数据，建立热力管线GIS数据库，并制作热力管线符号库。

（4）综合管线数据库建设，包括:依据集团公司现有的资料，加工热力管线周边的综合管线数据。

（5）热力管线三维建模，包括:建立热力管线及附属设施三维模型数据库，并依据热力管线GIS数据建立热力管线三维模型数据。主要包括管点模型(包括各类特征、附属物)、管线模型(包括管线、管沟和管廊)和建(构)筑物模型(包括小室、沉淀池等)。

3. 2数据标准规范建设

为了统一北京市热力集团热力地下管线地理信息数据建库的内容与方法，保证与北京市地下管线数据建库标准统一，特制定本标准。

地下管线建库数据来源为验收合格的地下管线基础信息数据。包括供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业、地下管廊等各类管线及其附属物的空间和属性数据，以及地下管线工程元数据。

地下管线数据库内容的几何精度、属性、逻辑一致性、完整性应符合相应要求。

地下管线数据应按管线大类分为点、线、设施面、辅助线和注记等不同类型。地下管线数据图层宜按照“管线大类+数据类型”的组合方式命名。以热力管线为例，具体分层、层名及颜色