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。地學元素三維符號表示研究地學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