場框架下的城市地下空間三維數據模型及相關算法研究.pdf

1、地下空間為人類工程活動提供了主體環(huán)境，包含了大量工程相關信息，如何表現、挖掘這些信息隱含的地質信息，構建三維地下空間信息系統(tǒng)，是許多學者一直在關注的問題。本文以城市地下空間為研究對象，從人類工程活動對地下空間影響角度出發(fā)，提出城市數字地下空間的基于地理認知的空間場表達思想，并以此為框架，對其中的主要構成對象：地質體和地下構筑物的三維數據模型和數據結構、建模方法、基本分析算法等核心技術作了重點研究，主要工作如下： 1.本文首先對城

2、市地下空間進行整體抽象，在指出地上空間與地下空間地理認知不同的基礎上引入資源場、資源狀態(tài)函數g(D，f,t)、工程對象生存區(qū)三個概念，且將這些概念嵌入到數據模型中，實現引入專家知識和地理認知，方便建模、分析以及空間關系的表達。 2.以第l點為框架，對地下空間中存在的兩類對象：工程對象和地質對象進行抽象，首先用統(tǒng)一建模語言描述資源場框架下現實地理世界與數字地理世界之間的聯(lián)系，以此為基礎提出考慮工程對象的混合數據模型，模型中采用TI

3、N面模型描述地質對象，采用規(guī)則幾何圖元描述規(guī)則的工程對象，同時在數據結構中引入資源場函數g(o，f，t)描述該處資源狀態(tài)，從而使工程對象和地質對象統(tǒng)一于一個數據模型。最后給出類結構層次圖。 3.以第l、2點為基礎，本文對地質對象中的地層(層序地層、浸入體地層、尖滅地層、透鏡體地層)和工程對象中的地下變電站的建模方法進行了設計和實現。針對面模型構建方法存在的問題，提出“參考TIN”、“界面分片”思想和海量數據分塊處理思想，不需要人

4、工交互，自動生成具有嚴格幾何關系和拓撲關系的多層地層曲面，同時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”的做法對上面算法做了改進，增強了方法對復雜地層的適應能力。 4.模型建成后以基于輪廓線重構模型算法和TIN與TIN相交算法為支撐，對模型進行分析，并最終實現模型與FEM集成。 5．分析了城市三維地下空間信息系統(tǒng)的系統(tǒng)設計目標、系統(tǒng)數據源、系統(tǒng)需求，以此為基礎采用三層架構對系統(tǒng)進行了總體設計。