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城市管网的三维建模与可视化技术研究

作　者: 姚志强
导　师: 徐青
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 摄影测量与遥感
关键词: 综合管网 Geodatabase模型 空间数据引擎 三维可视化 爆管分析 三维管网信息系统
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 163次
引　用: 2次
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内容摘要


伴随着城市经济发展水平的提高以及城市现代化建设的发展,三维管网地理信息系统已成为城市管网管理系统研究开发的新热点。三维管网数据模型、空间数据库的建立及数据检索方法是三维管网系统的基础,三维可视化及空间分析是3DGIS发展需要解决的技术难题。本文结合国家科技部国际合作项目,对综合管网系统的数据存储、索引与三维可视化算法进行了深入研究,主要工作与创新点包括:1、综合管网三维空间数据库及空间数据引擎的设计与实现。(1)以地下管网的空间分布特征为出发点,研究了地下管网的数据模型,借鉴Geodatabase数据库模型的思想,设计了三维管网的Shape几何存储结构,并初步形成了综合管网数据的三维空间数据库结构。(2)构建了三维管网的空间数据引擎。在该引擎中利用了数据库索引表提高了大数据量综合管网数据的实时调度速度;建立了管网数据集模型,实现了管网数据的有效管理;在数据层与可视化层实现了管网二维、三维显示的一体化。2、综合管网的三维可视化、空间分析功能的实现及其关键技术研究。(1)综合利用Com组件、GDAL开源库等技术实现了综合管网中各个要素的可视化建模与三维显示,并提出了一种基于GPU的管线衔接处的平滑处理,改善了管线要素的三维可视化效果;(2)将信息系统的数据存储与访问技术——Hash映射技术引入到三维可视化中,实现了三维综合管网复杂数据资源的高效管理;(3)综合应用背面剔除、视见体裁减、LOD等算法,保证了大数据量综合管网三维场景绘制的实时性;(4)采用空间几何分析方法,实现了管网要素的点选查询,并结合图论搜索算法和粒子系统实现了三维场景中的爆管分析功能及可视化显示。3、借鉴MVC模式的设计思想,开发了“三维综合管网地理信息系统”,并开始了初步应用。经算法集成,研发了一个功能较强,效果良好、性能稳定的三维管网地理信息系统——3DPipeGIS,利用南昌市某区域的地下综合管网数据进行了试验和初步应用,效果良好。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 引言  9
  1.2 研究背景  9-11
  1.3 国内外研究的现状  11-14
    1.3.1 二维地理信息平台中的管网系统  11-12
    1.3.2 三维管网系统的开发研究  12-14
  1.4 论文的主要研究内容和组织结构  14-16
    1.4.1 论文的主要研究内容  14-15
    1.4.2 论文的组织结构  15-16
第2章 管网数据模型及数据管理方式  16-28
  2.1 引言  16
  2.2 城市地下管网背景知识  16-19
    2.2.1 城市地下管网的分类  16-17
    2.2.2 地下管网的空间分布特征  17-18
    2.2.3 管网的空间拓扑关系  18-19
  2.3 地下管网数据模型  19-20
  2.4 空间数据库存储技术的进展  20-21
  2.5 Geodatabase数据模型  21-22
    2.5.1 Geodatabase简介  21-22
    2.5.2 Geodatabase数据模型的优点  22
  2.6 三维管网数据组织  22-26
    2.6.1 管网数据存储  22-25
    2.6.2 管网的Shape几何模型  25-26
    2.6.3 空间数据字段的结构  26
  2.7 本章小结  26-28
第3章 综合管网数据的调度与实现  28-37
  3.1 引言  28
  3.2 管网数据搜索引擎的设计  28-32
    3.2.1 空间索引的组成  29-30
    3.2.2 空间关系计算  30
    3.2.3 空间检索的原理  30-31
    3.2.4 Hash映射用于访问非空间表  31-32
  3.3 建立空间索引需要考虑的问题  32
    3.3.1 格网单元大小的选择  32
    3.3.2 显示范围的确定  32
  3.4 数据调度  32-36
    3.4.1 管网数据的数据集模型  32-33
    3.4.2 数据动态调度机制  33
    3.4.3 二维与三维联动方式  33-36
  3.5 本章小节  36-37
第4章 综合管网的三维可视化技术  37-60
  4.1 管网要素的三维建模及可视化  37-49
    4.1.1 基于Com技术的管点要素三维建模及可视化  37-40
    4.1.2 管线要素的三维建模  40-41
    4.1.3 基于GPU的管线衔接处的平滑处理  41-45
    4.1.4 三维可视化中的资源管理  45-49
  4.2 大范围场景三维绘制的加速算法  49-50
  4.3 LOD算法分析与实现  50-53
    4.3.1 LOD模型的相关研究  50-51
    4.3.2 管网三维可视化中的LOD实现  51-52
    4.3.3 实验结果与分析  52-53
  4.4 管网系统下的三维空间分析  53-58
    4.4.1 三维空间坐标的获取  53-54
    4.4.2 基于数学空间几何分析方法的管网对象查询  54-55
    4.4.3 爆管分析及其可视化显示  55-57
    4.4.4 实验结果显示  57-58
  4.5 地上地下的一体化显示  58-59
    4.5.1 三维地表的动态建模  58
    4.5.2 实验结果显示  58-59
  4.6 本章小节  59-60
第5章 三维综合管网系统的设计与实现  60-67
  5.1 系统设计  60-62
    5.1.1 基于MVC模式的系统总体设计  60-62
    5.1.2 系统网络结构及逻辑关系  62
  5.2 三维综合管网系统的实现  62-66
    5.2.1 软硬件环境  62-63
    5.2.2 部分实验及应用成果  63-66
  5.3 本章小结  66-67
第6章 总结与展望  67-69
参考文献  69-72
作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作  72-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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