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隧道三维自动建模与可视化的研究

作　者: 贺俊斌
导　师: 胡荣明
学　校: 西安科技大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 空间模型 地理信息系统 ArcGIS Engine 三维自动建模 Multipatch
分类号: U452
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


隧道三维自动建模和可视化的研究主要是探讨采用ArcGIS中的Multipatch数据结构实现对三维隧道的自动建模。Multipatch数据结构建立的三维数据模型是一种矢量数据模型，但是这种数据结构建立的三维模型，不能进行编辑，因此采用这种方法建立数据模型必须一次性完成，包括隧道间的连接和拐弯处的平滑处理。本文主要研究工作主要包括一下几点：(1)数据的预处理主要是从大量的原始数据中提取三维自动建模所必须的数据，主要包括隧道的中心线数据和中线点数据，并对中线数据和中线点数据在ArcGIS中转换成Shp格式的数据，存储于mdb中，利于数据的管理。(2)三维空间数据模型的建立，其主要的任务是建立三维空间数据模型，真实反映隧道间的空间位置关系，充分展现隧道内的内部特征。文中采用Multipatch数据模型，针对此种模型，建立点数据和线数据的空间拓扑关系(线-弧-点)。(3)隧道三维自动建模算法主要是利用缓冲区分析的原理实现对隧道边界线生成，而隧道线是由多个弧段组成，一系列的节点和结点又组成了弧段。利用断面节点插入的方法实现隧道边界所生成的必须点要素，通过多面片(Multipatch)数据模型，实现对隧道三维表面模型的自动建立。(4)模型的平滑处理是指在隧道的拐弯处和隧道间的交叉处采用增加步长的方法，实现对隧道拐弯和交叉口的平滑拼接。使得三维模型更加形象、直观，并能够直接反映出隧道的空间位置，这样的结果对于地下隧道掘进和工程实施具有重要的指导作用。本文最后利用C#语言在ArcGIS Engine的平台下进行二次开发，充分利用ArcGISEngine提供的基本的GIS功能和丰富的接口，编程实现缓冲区分析和断面节点插入方法，为隧道三维自动建模实现提供坚实的基础，通过利用ArcScene实现隧道三维模型的可视化。隧道三维自动建模和可视化系统能够实现对隧道数据管理的科学化、信息化，为隧道工程提供最高的服务，即提供决策服务。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
1 绪论  7-13
  1.1 研究背景、目的及意义  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-11
    1.2.1 三维建模技术的国内外研究现状  8
    1.2.2 隧道建模的国内研究现状  8-9
    1.2.3 可视化的国内外研究现状  9-11
  1.3 研究内容  11
  1.4 论文的组织结构  11-13
2 空间数据模型  13-21
  2.1 空间数据模型  13-15
    2.1.1 空间数据模型的概念  13
    2.1.2 空间数据模型的作用  13-15
    2.1.3 三维空间数据模型的选择原则  15
  2.2 三维空间数据模型  15-18
    2.2.1 三维空间数据模型的研究意义  15-16
    2.2.2 三维空间数据模型的分类  16-18
  2.3 MULTIPATH 数据模型及常用模型  18-20
  2.4 本章小结  20-21
3 数据预处理与数据模型建立  21-31
  3.1 源数据  21
  3.2 隧道的三维数据模型  21-23
    3.2.1 隧道网络的基本元素  21-22
    3.2.2 隧道的三维矢量数据特点  22
    3.2.4 隧道的拓扑关系  22-23
  3.3 适合隧道的数据结构  23-25
  3.4 数据预处理  25-30
    3.4.1 隧道中心线数据提取  25-28
    3.4.2 隧道断面数据生成  28-30
  3.5 本章小结  30-31
4 缓冲区分析实现隧道相交处的平滑处理  31-46
  4.1 缓冲区分析生成隧道边界线  31-38
    4.1.1 缓冲区主要的矢量生成算法介绍  31-34
    4.1.2 缓冲区半径旋转算法  34-37
    4.1.3 缓冲区分析生成隧道边界线的算法实现  37-38
  4.2 隧道相交处的平滑处理  38-45
    4.2.1 隧道相交的描述  38-39
    4.2.2 隧道拼接与平滑处理常用的方法  39
    4.2.3 隧道相交处平滑处理方法  39-45
  4.3 本章小结  45-46
5 隧道三维自动建模与可视化实现  46-57
  5.1 三维自动建模的算法实现  46-52
    5.1.1 建模算法的研究  46-47
    5.1.2 隧道三维建模步骤及流程  47-49
    5.1.3 隧道三维建模实现  49-51
    5.1.4 隧道三维自动建模系统效果图  51-52
  5.2 三维隧道模型可视化实现  52-56
    5.2.1 可视化定义  52-53
    5.2.2 可视化的基本原理及处理过程  53-54
    5.2.3 基于 ArcScene 的三维可视化实现  54-56
  5.3 本章小结  56-57
6 结论  57-59
  6.1 结论  57
  6.2 不足之处  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-63
攻硕期间取得的研究成果  63

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 隧道工程 > 勘测、设计与计算
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