三維gis的空間分析與查詢技術(shù)

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1、三維GIS的空間分析與查詢技術(shù)摘要：完備和形式化的空間關(guān)系描述與表達(dá)是設(shè)計空間查詢語言的關(guān)鍵，是實現(xiàn)有效空間查詢的前提，同時也是空間分析的基礎(chǔ)。本文介紹了利用opengl中的拾取與反饋機(jī)制，來進(jìn)行三維空間對象的查詢以及三維地形環(huán)境中的地形分析。abstract:thecompleteandformaldescriptionofspatialrelationandexpressionofspatialquerylanguageisdesignedthekey,istoachieveeffectivespatialque

2、ryofthepremise,butalsothefoundationofspatialanalysis.thispaperdescribestheuseofopenglpickupandfeedbacksystem,toqueryandspatialobjectsin3dterrainenvironmentterrainanalysis.關(guān)鍵字：三維gis,空間分析,空間查詢keywords:three-dimensionalgis,spatialanalysis,spatialquery中圖分類號：s611文獻(xiàn)標(biāo)

3、識碼：a文章編號：引言三維gis作為gis的一個重要發(fā)展方向，從八十年代末以來，一直就是研究熱點，其研究范圍涉及數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)、計算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實等多門學(xué)科領(lǐng)域。相對于二維gis而言，通過三維gis具有巨大的應(yīng)用價值，但目前并沒有得到廣泛應(yīng)用。由于三維gis在實際應(yīng)用中的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過二維gis，當(dāng)前尚不具備建立通用三維gis平臺的條件。人們的研究重點開始轉(zhuǎn)向一些較小的應(yīng)用領(lǐng)域，如地質(zhì)、礦山、城市等。1三維空間分析三維空間分析除了包括二維gis的分析功能外，還應(yīng)包括針對三維空間對象的特殊分析功能。具體可分為

4、以下幾類：空間查詢，包括幾何參數(shù)查詢(空間位置、屬性)、空間定位查詢(點定位、面定位)、空間關(guān)系查詢(鄰接、包含、相離、相交、覆蓋等)等；空間量測，包括距離、質(zhì)心、面積、表面積、體積等；疊置分析；緩沖區(qū)分析，包括點緩沖、線緩沖、面緩沖、體緩沖等；網(wǎng)絡(luò)分析，包括最短路徑、資源分配、連通分析等；地形分析，包括趨勢面分析、坡度坡向分析、暈渲分析等；剖面分析，它是實現(xiàn)通視分析、日照分析陰影計算等的基礎(chǔ)；空間統(tǒng)計分析，包括統(tǒng)計圖表分析、密度分析、層次分析、聚類分析等。2三維空間查詢技術(shù)對于三維空間對象查詢技術(shù)，有很多不同的方法

5、。有的采用計算三維空間對象的包圍盒，然后判斷點是否在包圍盒內(nèi)來獲取選中對象;有的采用計算三維空間對象在二維屏幕上的投影，然后進(jìn)行二維空間的選中判斷來獲取選中對象。本文利用opengl中的拾取與反饋機(jī)制，來進(jìn)行三維空間對象的查詢。2.1地物空間信息的查詢地形空間信息查詢主要是指位置查詢、距離量算、面積計算、體積計算、填挖方計算、兩點可視性判斷及可視域判斷等。其基本流程如圖2-1所示。圖2-1空間點位查詢流程圖其余的查詢都是利用獲取的空間點坐標(biāo)．通過一定計算原理計算出所需的信息。如距離的量算采用公式l=（2-1）在計算任

6、意多邊形的面積時。先將其分為幾個小三角形，然后累積。小三角形面積計算先采用以下公式計算三個邊長s=（2-2）然后計算面積a=（2-3）其中，p=?？梢暸袛嗤ㄟ^計算觀察點與目標(biāo)點連線與水平面的夾角、觀察平面與地形模型相交的最高點與水平面夾角的大小進(jìn)行判斷。2.2地物空間信息查詢由于地物的數(shù)據(jù)組織引入了實體模型概念，每個實體對象都有對應(yīng)的唯一標(biāo)識符id，一旦獲得了對象的id。接下來就可以獲得對應(yīng)實體的全部信息。三維場景中空間一屬性數(shù)據(jù)的查詢實現(xiàn)流程如圖2-2所示：圖2-2空間向?qū)傩詳?shù)據(jù)查詢的流程圖三維場景中屬性一空間數(shù)據(jù)

7、的查詢，屬性一空間數(shù)據(jù)的查詢功能實現(xiàn)，是通過輸入實體類型或?qū)嶓w名稱進(jìn)行查詢。(如圖2-3所示)輸入實體→實體表中查詢id值→空間數(shù)據(jù)文件搜→查詢結(jié)果顯示↑構(gòu)造sql查詢語句圖2-3屬性向空間數(shù)據(jù)查詢的流程圖3三維地形分析從地形分析的復(fù)雜性角度，可以將地形分析分為兩類:一類是基本地形因子的計算:另一類是復(fù)雜的地形分析，包括通視分析、地形特征提取、水系特征提取、水文分析、道路分析等。這些地形分析的內(nèi)容與地形模型是緊密相關(guān)的。不同結(jié)構(gòu)的地形模型對應(yīng)的地形分析方法也不同，如基于規(guī)則格網(wǎng)的地形分析與基于tin的地形分析，以及基

8、于等高線的地形分析在算法與處理上都不相同。3.1坡度和坡向的計算擬和曲面法一般采用二次曲面，即33的窗口(如圖3-1)。每個窗口中心為一個高程點。圖3-133的窗口計算點的坡度和坡向點e的坡度/坡向的計算公式如下:坡度的計算公式:slope=tan(3-1)坡向計算公式:aspect=(3-2)式中，slope為坡度aspect為坡向，slop