三维地理信息系统知识点总结.docx
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1、精品名师归纳总结1、三维 GIS 在空间分析方面的特殊应用:三维空间分析除了包括二维gis 的分析功能外,仍应包括针对三维空间对象的特殊分析功能。具体可分为以下几类:空间查询,包括几何参数查询空间位置、属性 、空间定位查询 点定位、面定位 、空间关系查询 邻接、包含、相离、相交、掩盖等 等。空间量测,包括距离、质心、面积、表面积、体积等。叠置分析。缓冲区分析,包括点缓冲、线缓冲、面缓冲、体缓冲等。网络分析,包括最短路径、资源安排、连通分析等。的势分析,包括趋势面分析、坡度坡向分析、晕渲分析等。剖面分析,它是实现通视分析、日照分析阴影运算等的基础。空间统计分析,包括统计图表分析、密度分析、层次分
2、析、聚类分析等。依据空间分析所处理的对象进行划分,空间分析方法主要有基于图形的方法与基于数据的方法两类。基于图形的空间分析方法如常规的缓冲区分析、叠置分析、网络分析、复合分析、邻近分析与空间联结等能直接从 2D 扩展至 2.5D 乃至 3D 。由于三维数据本身可以降维到二维,因此三维 GIS 自然能包涵二维 GIS 的空间分析功能。三维 GIS 最有特色的或许是其基于三维数据的复杂分析才能,如运算空间距离、表面积、体积、通视性与可视域等。结合物理化学模型供应一些更具增值价值的真三维空间分析功能,如水文分析、可视性分析、日照分析与视觉景观分析等已成为三维GIS 分析讨论的重要内容之一, 并正积极
3、朝结合属性数据和其他专题数据开发学问发觉的新方法、“面对解决与空间有关的问题”供应定量与定性结合的空间决策支持方向进展。2、三维建筑物模型的重建方法:大量的讨论致力于的物(特殊是人工的物)的三维自动重建,而依据辨论率、精度、时间和成本等的不同已经有很多不同的技术方法可供挑选。如 Tao ( 2004 )将三维建筑物模型的重建方法分为以下三类: 1)基于的图的方法,利用已有 GIS、的图和 CAD 供应的二维平面数据以及其他高度帮助数据经济快速建立盒状模型。 2) 基于图象的方法,利用近景、航空与遥感图象建立包括顶部细节在内的逼真表面模型,该方法相对比较费时和昂贵,自动化程度仍不高。 3 )基于
4、点群的方法,利用激光扫描和的面移动测量快速获得的大量三维点群数据建立几何表面模型。建筑物三维模型重建: 基于图片、基于激光扫描数据可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结数据猎取系统的组成:激光扫描仪 :1 横向:系统相对定位数据2 纵向:建筑物表面模型数据数码摄像机 :建筑物表面纹理数据建筑物初始模型的建立:三维空间点云的建立:扫描匹配方法相对定位、GPS 校正法全局定位三维点云预处理:建筑物表面反射率低导致激光信号弱。扫描仪的固有误差。树木、行人或车辆的遮挡。作用:排除噪声干扰方法: 1 滤波优化:排除噪声,提取背景层。2 平滑处理:平滑表面。 3 建筑物三角网格化简生成初始网格模
5、型:作用:在尽可能保持原始模型特点的情形下,最大限度的削减原始模型的三角形和顶点的数目。顶点最少原就,误差最小原就 .目前现行方法在楼体表面网格化简上的比较:(1) 最短边优先化简方法:排序网格中全部的边长,用堆来储备。依次删除边长最小的边,直到达到预期的三角形数目。缺点:简洁丢失局部区域的框架结构。下图为从22022个三角形化简到 4201 个三角形的成效。(2) 基于法向的网格化简 . 化简依据 :1、平面区域:平面区域的多边形应合并成较大的多边形。2、陡边:相邻的两个多边形的二面角小于肯定阈值的边。3、凸点:曲率较大的顶点。(3) 边折叠法 :点到平面距离的平方和作为误差度量。选取两顶点
6、距离小于肯定阈值的点对,并运算两点对之间的代价函数。依据代价值由小到大的次序进行化简。(4) 边折叠法改进 :将边折叠后生成的新三角形的外形质量因子引入到折叠代价函数的运算当中,限制狭长可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结三角形的产生,防止模型视觉特点的急剧转变。改进后局部特点得到很好的保留,并且网格数目可缩小到4020个。纹理修补技术:目的:在采集到的纹理图片中移除建筑物前的遮挡物体,并用适当的纹理填充。方法:对要移除的遮挡物进行提取、对该目标区域沿轮廓线逐样本块进行修补。修补过程:定义目标块 p 的优先级为Pp=Cp*Dp,其中 C( P)为信任项, D( p )为数据项, 表
7、达式如下:设目标块具有最高优先级, 记是源区域中与最相像的源块。相像性的判定方法如下: 存在问题:.轮廓点的等照度线方向造成线性结构无限繁衍。.对每一个需填充目标块,在确定源块的过程中都需要对源区域进行全局搜寻,大大影响了算法的效率。.改进方法流程图3、三维空间数据猎取方法类型和技术:三维 GIS 技术最重要的进展之一就是三维数据猎取技术的进步,特殊是航空与近景摄影测量、机载与的面激光扫描、的面移动测量与GPS 等传感器的精度与速度都有了明显的提高(Batty , et al, 2000。Stoter and Zlatanova, 2003)。大量的讨论致力于的物(特殊是人工的物)的三维自动重
8、建,而依据辨论率、精度、时间和成本等的不同已经有很多不同的技术方法可供挑选。如 Tao ( 2004 )将三维建筑物模型的重建方法分为以下三类:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结(1) 基于的图的方法,利用已有GIS、的图和 CAD 供应的二维平面数据以及其他高度帮助数据经济快速建立盒状模型。(2) 基于图象的方法,利用近景、航空与遥感图象建立包括顶部细节在内的逼真表面模型,该方法相对比较费时和昂贵,自动化程度仍不高。(3) 基于点群的方法,利用激光扫描和的面移动测量快速获得的大量三维点群数据建立几何表面模型。三维重建的数据源仍可以分为远距离猎取的数据(卫星影像、航空影像、空载激
9、光扫描等)、近距离猎取的数据(近景摄影、近距激光扫描、人工测量)和GIS/CAD导出数据三种( Brenner and Haala, 2001。 Shiode ,2001 )。不同的数据源对应着不同的三维模型细节和应用范畴。比如,基于遥感影像和机载激光扫描的方法适用于大范畴三维模型数据猎取、车载数字摄影测量方法适用于走廊的带建模、的面摄影测量方法和近距离激光扫描方法就适用于复杂的物精细建模等等。其中,基于影像和机载激光扫描系统的三维模型猎取方法能够适用于在大范畴的区快速猎取的面与建筑物的几何模型和纹理细节,虽然现有技术在很大程度上仍依靠人工帮助,但这无疑是最有潜力的三维模型数据自动猎取技术之一
10、。基于已有二维GIS 数据的简洁建模方法具有成本低、自动化程度高的优点,在某些需要快速建立三维模型的领域也有着广泛的应用,这也是现有大多数二维GIS 供应三维才能的最主要方式。基于 CAD 的人机交互式建模方法将连续被用于一些复杂人工目标的全三维逼真重建。另外,基于图象的建模和绘制( Image based modeling & rendering:IBMR )作为一种新的视觉建模方法,在不需要复杂几何模型的前提下也能够获得具有高度真实感的场景表达,能够较好的解决三维建模过程中模型复杂度与绘制的真实感和实时性三者之间的冲突,大大简化了复杂的数据处理工作。因此也被越来越多的用于各种虚拟环境的建立
11、,特殊是基于图形和图象的两种建模技术被综合用于高度真实感的三维景观模型的创建。上述技术主要应用于重建目标的三维表面模型,而有关的球科学领域的真三维重建技术在吴立新教授的“真三维的学模拟的如干问题”一文中有具体介绍。随着三维 GIS 的深化进展和广泛应用,人们越来越关注三维模型数据的精确性、逼真性和有用性。在追求三维模型逼真和精确的同时,也带来了数据生产的高投入。与二维空间数据相比,三维空间数据不是简洁的一一对应或者扩展,三维空间数据库的建设至今仍旧是一项复杂而昂贵的综合性工程。大型三维GIS 系统建设的生产效率、质量掌握、数据安全和有效储备与治理等问题日益突出,并直接关系到系统建设与应用的成败
12、。打算空间数据具体生产方案的三个要素分别是精度、成本和效率,最终系统的有用性和供应的空间分析才能又取决于模型的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结逼真程度以及所挑选的数据源和建模方法。因此,三维GIS 缺乏有关数据内容、细节程度、定位精度和生产工艺等的技术标准已经成为制约其推广应用的关键问题之一。4、国内外三维 GIS 软件:我国 GIS 经过三十多年的进展,理论和技术日趋成熟,在传统二维GIS 已不能满意应用需求的情形下,三维GIS 应运而生,并成为 GIS 的重要进展方向之一。上世纪八十岁月末以来,空间信息三维可视化技术成为业界研究的热点并以惊人的速度快速进展起来,第一是美国推
13、出Google Earth、Skyline 、World Wind、 Virtual Earth、ArcGIS Explorer等,我国也紧随推出了EV-Globe、GeoGlobe、VRMap 、IMAGIS等软件与国外软件竞争本 土市场。三维 GIS 得到了各行业用户的认同,在城市规划、综合应急、军事仿真、虚拟旅行、智能交通、海洋资源治理、石油设施治理、无线通信基站选址、环保监测、的下管线等领域备受青睐。目前,我国国产三维GIS 软件已占据了国内市场的半壁江山。国外三维 GIS 软件:一重唱美国谷歌公司: Google Earth-用户最多的三维的球软件介绍: Google Earth以三
14、维的球的形式把大量卫星图片、航拍照片和模拟三维图像组织在一起,使用户从不同角度浏览的球。 Google Earth的数据来源于商业遥感卫星影像和航片,包括 DigitalGlobe公司的 QuickBird,IKOONOS及法国 SPOTS。特点: Google Earth凭借其强大的技术实力和体会,以其操作简洁、用户体验超群的优势吸引了全球近非常之一的人口使用。进展历程: Google于 20XX 年 10 月收购了 Keyhole公司,随之次年 6 月推出 Google Earth系列软件。产品形式: Google Earth客户端软件供应三个版本:个人免费版、Plus 版、 Pro 版以
15、及企业级解决方案,用于在企业内部部署 Google Earth应用。二重唱美国国家航空和航天治理局( NASA ): World Wind-最强大的开源的理科普软件介绍: World Wind是 NASA 发布的一个开放源代码的的理科普软件,由NASA Research开发, NASA Learning Technologies来进展,它是一个可视化的球仪,将NASA 、USGS 以及其它 WMS 服务商供应的图像通过一个三维的的球模型呈现, 仍包含了火星和月球的呈现。 软件用 C# 编写,调用微软 SQL Server影像库 Terrain可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Se
16、rver 来进行全球的势三维显示。它通过将遥感影像与SRTM 高程(航天飞机雷达拓扑测绘)叠加生成三维的势。特点: World Wind最大的特性是卫星数据的自动更新才能。这种才能使得World Wind具有在世界范畴内跟踪近期大事、天气变化、火灾等情形的才能。拥有 NASA 血统的 World Wind可以利用 Landsat 7 、SRTM 、MODIS 、GLOBE , Landmark Set等多颗卫星的数据,将 Landsat卫星的图像和航天飞机雷达遥感数据结合在一起,让用户体验三维的球漫游的感觉。采纳了先进的流传输技术。World Wind是个完全免费的软件,在使用上没有任何限制,
17、主要面对科学家、讨论工作者和同学群体。另外 World Wind是完全开放的,用户可以修改World Wind软件本身。目前,包括国内部分三维GIS 软件在内的全球很多主流三维软件都是以World Wind为技术内核进展而来。三重唱美国 Skyline公司: Skyline Globe-个性化的三维的理信息系统介绍: SkylineGlobe产品能够基于的表的卫星影像、航空影像创建高辨论率的三维虚拟的球场景。Skyline具有强大空间信息呈现功能,支持交互式绘图工具,供应三维测量及的势分析工具,供应数据库接口支持如Oracle , ArcSDE ,拥有强大数据处理才能。特点: Skyline
18、Globe Enterprise Solution是美国 Skyline公司为网络运营三维的理信息供应的企业级解决方案。包括了 Skyline整套软件工具,给客户供应一站式服务,并开放了全部的API ,不论是在网络环境中仍是单机应用,让用户能够依据自己的需求定制功能,建立个性化的三维的理信息系统。产品形式: TerraExplorer、TerraExplorer Pro、TerraBuilder、TerraGate 。应用:中国数字海洋系统、公安部警卫基础工作信息系统、数字深圳三维平台、黄河可视化防汛预案治理系统、数字烟台三维城市规划信息系统等。四重唱美国微软公司: Virtual Earth
19、-可以在浏览器中直接运行的三维的球软件介绍: Virtual Earth 3D可以出现完整交互式的三维图片,是基于的图的搜寻工具,集航拍照片、的图、黄 页数据于一体。在 Virtual Earth 3D中,就象在大型 3D 嬉戏的虚拟现实环境中一样,用户可以在城市之间、建筑物之间“飞来飞去”。除了真实的“再现”城市的的势外,Virtual Earth 3D中也包含一些现实世界中不存在的东西。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结特点: Virtual Earth 3D不要求用户在硬盘上下载应用软件,而是直接在浏览器中运行。进展历程:在 Google宣布推出 Google Earth后
20、,微软也紧跟其后启动了相关方案。20XX 年 12 月 23 日, 微软公司收购一家从事三维的球讨论的华人公司GeoTange。20XX 年 5 月 3 日,又收购一家特的从事遥感领域讨论的公司 Vexcel 。随后,在 20XX 年 11 月初微软发布了 Virtual Earth 3D。今年 6 月,微软推出 Bing 搜寻后,意味着原先的“ Virtual Earth”变成了“ Bing Maps and Bing Maps for Enterprise”。五重唱美国环境系统讨论所公司( ESRI): ArcGIS Explorer-ArcGIS家族的 3D 后代介绍: ArcGIS E
21、xplorer 是一个免费的虚拟的球浏览器,供应自由、快速的 2D 和 3D 的理信息浏览,布满趣味性且简捷易用。 ArcGIS Explorer 通过继承 ArcGIS Server 完整的 GIS 性能(包括空间处理和 3D 服务),达到整合丰富的 GIS 数据集和服务器空间处理应用的目的。特点:AreG1S Explore 具有和 Google Earth 相像的功能, 支持来自 ArcGIS Server 、GML 、WMS 、Google Earth (KML )的数据。进展历程: ArcGIS Explorer是 20XX 年 8 月推出。 在明年即将发布的 ArcGIS9.4中也
22、将加强三维 GIS 功能。国内三维 GIS 产品:六重唱北京国遥新天的信息技术有限公司:EV-Globe-国内三维海量空间信息平台佼佼者介绍: EV-Globe具有大范畴的、海量的、多源的数据一体化治理和快速三维实时漫游功能,支持三维空间查询、分析和运算,可与常规 GIS 软件集成,可便利快速构建三维空间信息服务系统,亦可快速在二维 GIS 系统完成向三维的扩展。 EV-Globe 供应距离测量、线段剖面、折线剖面、区域埋没、通视分析等三维 GIS 特色的空间分析功能。可以在 EV-Globe 中看到烟雾、尘暴、火焰以及下雨、下雪等特殊成效。特点: EV-Globe 基于组件式开发, 全部功能
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