場(chǎng)框架下的城市地下空間三維數(shù)據(jù)模型及相關(guān)算法研究.pdf

1、地下空間為人類工程活動(dòng)提供了主體環(huán)境，包含了大量工程相關(guān)信息，如何表現(xiàn)、挖掘這些信息隱含的地質(zhì)信息，構(gòu)建三維地下空間信息系統(tǒng)，是許多學(xué)者一直在關(guān)注的問題。本文以城市地下空間為研究對(duì)象，從人類工程活動(dòng)對(duì)地下空間影響角度出發(fā)，提出城市數(shù)字地下空間的基于地理認(rèn)知的空間場(chǎng)表達(dá)思想，并以此為框架，對(duì)其中的主要構(gòu)成對(duì)象：地質(zhì)體和地下構(gòu)筑物的三維數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、建模方法、基本分析算法等核心技術(shù)作了重點(diǎn)研究，主要工作如下： 1.本文首先對(duì)城

2、市地下空間進(jìn)行整體抽象，在指出地上空間與地下空間地理認(rèn)知不同的基礎(chǔ)上引入資源場(chǎng)、資源狀態(tài)函數(shù)g(D，f,t)、工程對(duì)象生存區(qū)三個(gè)概念，且將這些概念嵌入到數(shù)據(jù)模型中，實(shí)現(xiàn)引入專家知識(shí)和地理認(rèn)知，方便建模、分析以及空間關(guān)系的表達(dá)。 2.以第l點(diǎn)為框架，對(duì)地下空間中存在的兩類對(duì)象：工程對(duì)象和地質(zhì)對(duì)象進(jìn)行抽象，首先用統(tǒng)一建模語(yǔ)言描述資源場(chǎng)框架下現(xiàn)實(shí)地理世界與數(shù)字地理世界之間的聯(lián)系，以此為基礎(chǔ)提出考慮工程對(duì)象的混合數(shù)據(jù)模型，模型中采用TI

3、N面模型描述地質(zhì)對(duì)象，采用規(guī)則幾何圖元描述規(guī)則的工程對(duì)象，同時(shí)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中引入資源場(chǎng)函數(shù)g(o，f，t)描述該處資源狀態(tài)，從而使工程對(duì)象和地質(zhì)對(duì)象統(tǒng)一于一個(gè)數(shù)據(jù)模型。最后給出類結(jié)構(gòu)層次圖。 3.以第l、2點(diǎn)為基礎(chǔ)，本文對(duì)地質(zhì)對(duì)象中的地層(層序地層、浸入體地層、尖滅地層、透鏡體地層)和工程對(duì)象中的地下變電站的建模方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。針對(duì)面模型構(gòu)建方法存在的問題，提出“參考TIN”、“界面分片”思想和海量數(shù)據(jù)分塊處理思想，不需要人

4、工交互，自動(dòng)生成具有嚴(yán)格幾何關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系的多層地層曲面，同時(shí)大大提高了建模效率。最后用最近鄰插值思想，采用“鉆孔處尖滅”的做法對(duì)上面算法做了改進(jìn)，增強(qiáng)了方法對(duì)復(fù)雜地層的適應(yīng)能力。 4.模型建成后以基于輪廓線重構(gòu)模型算法和TIN與TIN相交算法為支撐，對(duì)模型進(jìn)行分析，并最終實(shí)現(xiàn)模型與FEM集成。 5．分析了城市三維地下空間信息系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)源、系統(tǒng)需求，以此為基礎(chǔ)采用三層架構(gòu)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。