三維地理信息符號化表達方法試驗

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摘要：近年來，隨著智慧化城市的不斷發(fā)展，三維地理信息符號化成為信息平臺發(fā)展的重要內(nèi)容。三維地理信息系統(tǒng)具有最基本的二維地理信息數(shù)據(jù)處理功能，并能顯示各種空間關(guān)系，同時也為智慧城市時空信息云平臺建設(shè)提供了更加強大的多維空間分析功能。三維地理信息實現(xiàn)了現(xiàn)實世界在空間和時間上的連續(xù)表達，有效地提升了數(shù)據(jù)的處理效率，同時也可以顯示出更多的空間關(guān)系，對智慧城市信息平臺的創(chuàng)建有著重要的基礎(chǔ)保障。

關(guān)鍵詞：三維；地理信息符號化；表達方法

針對智慧城市快速發(fā)展的趨勢，對三維地理信息符號化的表達方式展開了更深入的研究。通過利用三維地理信息符號快速脫離場景的方法，與二維地理標志法相比，可以有效地感知地形自身的高度。地學(xué)元素三維符號表示研究地學(xué)元素三維符號表示研究簡單的模型很難表達真實世界，它不僅耗時長、數(shù)據(jù)量大，而且考慮了地理因素、制卡要求和已有的地理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)場景的多維表達，支持實時的三維空間分析，并可廣泛應(yīng)用于城市景觀，比如土壤、河流、道路等?？梢暤孛嫖矬w的立體視覺，如綠化，建筑和地下管道。

1三維地理信息符號化的意義

本論文的理論意義在于，通過對三維標志設(shè)計與制作的相關(guān)理論與方法的歸納，提出了三維標志標準化的可能性，并提出了實現(xiàn)三維標志化的方法，為三維標志的設(shè)計與制作提供了借鑒。實踐性是以三維地理信息符號化的理論成果為基礎(chǔ)，建立一個比較全面、系統(tǒng)、詳細的三維地圖符號庫。基于該模型，可以快速、交互式地建立統(tǒng)一的三維地理信息系統(tǒng)。

2三維地理信息符號化

傳統(tǒng)的二維抽象將現(xiàn)實世界分成“段”，用屬性來表示三維(高)信息，降低了表達的復(fù)雜性和直觀性。長期以來，二維符號的解讀雖能涵蓋宏觀及整個研究領(lǐng)域，但在城市規(guī)劃、市政管理及應(yīng)急處置等方面仍存在諸多問題。隨著我國對城市規(guī)劃要求不斷地提升。傳統(tǒng)的二維無法滿足當前城市建設(shè)的需要，其中三維地理提升三維模擬場景，在資源、地質(zhì)、城市規(guī)劃等領(lǐng)域具有獨特的三維顯示、分析和操作功能，是一種多用途的地圖符號，也是一種地圖語言。本文提出了一種基于映射元素系統(tǒng)的三維城市場景再現(xiàn)方法，該方法能夠很好地再現(xiàn)三維城市場景。三維地理信息符號化在進行研究主要分為4個方面。（1）三維符號的分類。有人把三維符號分成了點形、線、面、紋理等等。（2）研究了三維符號設(shè)計基礎(chǔ)的三維視覺變量。目前主要研究成果為：三維狀態(tài)符號動態(tài)變化、交互操作等等。（3）三維符號設(shè)計原理。三維地理信息符號化具備形象與抽象相統(tǒng)一的原則；（4）三維符號設(shè)計基本方法。本文介紹了一種基于三維繪制引擎的建模方法。盡管對三維地理系符號化的研究較多，但對理論和實驗結(jié)果的研究仍然存在不規(guī)范的地方，導(dǎo)致三維地理信息符號化的研究仍需努力。

3三維符號分類

三維符號分類過程中，主要是結(jié)合三維符號自身的內(nèi)涵進行分類，即地理功能符號和非地理功能符號。地理要素符號是用來表示地學(xué)特征的形式、位置、大小、分布、轉(zhuǎn)化等圖像的總稱。相應(yīng)的空間分布可分為點、線、面，三維符號又可分為點、線、面符號。非地理要素符號包含元素注解符號、統(tǒng)計符號、指南針以及與文本有關(guān)的其他指示性內(nèi)容，為便于閱讀，3D擴展了增加了工具材料，并將其表示為指示性符號。

3.1地理要素三維符號

地理要素三維符號在劃分過程中，可以通過《基礎(chǔ)地理信息要素分類編碼》和《三維地理模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，將三維地理要素劃分為要素、交通、水系、植被以及管道間、底土和其他公共基礎(chǔ)設(shè)施。根據(jù)數(shù)字城市的發(fā)展經(jīng)驗，把地理要素分成三類：空間分區(qū)；可利用符號表達式或用點、線、三維面符號、表中具體符號類型提取元素。點狀地理是最常見、最常用、最復(fù)雜的地理要素。立體符號表達是立體場景構(gòu)建的基礎(chǔ)和前提。三元點符號是由離散點分布的地理要素構(gòu)成，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化，形成不同的地理要素。對于城市場景，三維點與點的符號可以歸納為：建筑設(shè)防、交通、水系、植被、公共設(shè)施等點的符號。線狀地理要素是具有線狀連續(xù)分布的地理要素。三維符號在用來線狀地理要素符號化表現(xiàn)過程中，交通線路、河流常常采用三維符號進行表達。其對應(yīng)的元素主要包括交通標志、樹木、高速公路等符號。面狀地理要素主要是指空間連續(xù)分布的區(qū)域，符號表示是將地表、森林、綠地等地理學(xué)要素隨機分布于空間的三維可視化過程。根據(jù)標志設(shè)計的不同，三維表面標志可以分為幾何標志和紋理標志。

3.2非地理要素三維符號

“非區(qū)域”要素包括數(shù)學(xué)要素和裝飾要素，“非區(qū)域”要素是指具有象征功能的要素類型，能滿足用戶需求，方便用戶使用，提高認知效率。三維中非地理要素主要包括羅盤、地物標注、統(tǒng)計符號和流向。指南針符號用于顯示三維空間中北極方向的圓形符號；要素注釋符號用于顯示文字和數(shù)字等要素位置和屬性的文字符號；統(tǒng)計符號根據(jù)具體統(tǒng)計規(guī)則計算，以支持空間分析和應(yīng)用；各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)用三維圖形或圖像標注；方向符號是北極方向的符號。表示流、信息等的點或線符號。

4三維地理信息符號存在的問題

已有的三維城市模型容量大，模型質(zhì)量參差不齊，大多數(shù)是通過建模工具來補充的。同時，因為有些三維模型并沒有精確的地理坐標，所以有必要這樣做：在場景設(shè)計中根據(jù)不同的需求配置不同的場景，這會導(dǎo)致大量的工作。三維地理信息符號要素在進行分立中如果沒有統(tǒng)一的標準，會導(dǎo)致三維空間系統(tǒng)不完善。我國在對三維空間標志的研究比較系統(tǒng)，三維空間標志設(shè)計理論分析較少。通過對三維地理信息符號化的研究發(fā)現(xiàn)，我國在該方面研究過程中仍然存在很多問題，同時也是影響三維地理信息符號研究的重要內(nèi)容。三維地理信息符號化在當今世界的研究、應(yīng)用、理論和實踐中的重要意義，引起了許多有關(guān)三維地理信息符號化的問題。（1）沒有建立完整的地理要素描述體系。在進行三維符號劃分過程中，一般都是按照元素的方式進行劃分，其中對于城市景觀中地理元素的內(nèi)容并無系統(tǒng)的區(qū)分。其中已有的三維標志并不能完全反映城市中的地理要素，也影響三維符號化信息的深入發(fā)展。（2）三維符號化方法單一。土地特征的選擇性符號化違背了三維可視化的基本要求，沒有充分考慮其地域性和實用性。（3）三維空間分析算法較少。最重要的應(yīng)用功能是空間分析。因為三維系統(tǒng)還處于瀏覽階段，對其空間分析功能的研究還很不夠。

5三維符號化表達系統(tǒng)

5.1系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)的總體設(shè)計思路是：接管一個獨立的系統(tǒng)，結(jié)合組件密封，將一系列包含在三維符號中的功能模塊組合為控制器，最終構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)，以實現(xiàn)三維地理信息庫的構(gòu)造、三維空間分析等多種常用功能。作為三維地理信息表達引擎平臺，GIS可實現(xiàn)三維地理信息數(shù)據(jù)的符號生成、2D符號化(數(shù)據(jù)自動生成3D模型)、3D空間分析(緩沖、可見度、距離、面積測量等)、三維地理信息基于符號引擎進行二次開發(fā)。在ActiveX中封裝動態(tài)引擎庫檢查SGSYMBOLAX.OCX其他65289C“Kombi35”；使用一種語言，調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)接口，編寫一個實現(xiàn)三維系統(tǒng)符號表示的系統(tǒng)接口。

5.2二三維一體化

二三維一體化的綜合表達方法有線性功能符號化和表面符號化2種。（1）讀取道路路線層中各路段的記錄，獲取三維空間坐標，從路段兩端的ID、終點ID和街道寬度開始，保存在頂點列表中，啟動ID列表、結(jié)束ID列表和街道寬度列表；（2）讀取道路點圖層中頂點編號（即ID），并保存在ID列表中；

5.3場景操作及分析應(yīng)用

5.3.1場景編輯程序編輯模塊包含程序描述和工具。實現(xiàn)了窗口移動，場景縮放，節(jié)點選擇，繪制漫游路徑，節(jié)點選擇工具組。在工具組中，使用路徑繪制工具捕捉基于鼠標交互的關(guān)鍵點，通過路徑插入(此處為文件)獲得路徑文件；節(jié)點選擇假設(shè)有網(wǎng)格效應(yīng)，通過鼠標單擊在場景中選擇節(jié)點。

5.3.2空間分析在進行三維地理信息符號化分析過程中，三維信息場景空間的分析是必不可少的，通過對空間進行分析，可以根據(jù)實際應(yīng)用要求，展開空間測量要求。其中，三維符號系統(tǒng)的空間分析模塊是識別三維圖形的關(guān)鍵模塊。將地理標志要素作為空間分析的主要對象，可以有效地證明三維標志是一個“活”模型，同時也具備加工、分析靈活的特點。

6結(jié)論

綜上所述，智慧城市快速發(fā)展下，我國對三維地理信息符號化的表達方式展開了更深入的研究。通過對三維地理信息符號化的研究，可以有效地提升建模應(yīng)用標準化，提高數(shù)據(jù)管理的有效性，以更好地對未來城市在發(fā)展過程中的數(shù)量分析，提高場景批量生成，增加三維地理信息表達服務(wù)，并通過客戶端網(wǎng)絡(luò)調(diào)用，實現(xiàn)符號共享。

作者：毛丹 單位：江蘇火禾信息技術(shù)有限公司