三维gis的空间分析与查询技术

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1、三维GIS的空间分析与查询技术摘要：完备和形式化的空间关系描述与表达是设计空间查询语言的关键，是实现有效空间查询的前提，同时也是空间分析的基础。本文介绍了利用opengl中的拾取与反馈机制，来进行三维空间对象的查询以及三维地形环境中的地形分析。abstract:thecompleteandformaldescriptionofspatialrelationandexpressionofspatialquerylanguageisdesignedthekey,istoachieveeffectivespatialque

2、ryofthepremise,butalsothefoundationofspatialanalysis.thispaperdescribestheuseofopenglpickupandfeedbacksystem,toqueryandspatialobjectsin3dterrainenvironmentterrainanalysis.关键字：三维gis,空间分析,空间查询keywords:three-dimensionalgis,spatialanalysis,spatialquery中图分类号：s611文献标

3、识码：a文章编号：引言三维gis作为gis的一个重要发展方向，从八十年代末以来，一直就是研究热点，其研究范围涉及数据库、地理信息系统、计算机图形学、虚拟现实等多门学科领域。相对于二维gis而言，通过三维gis具有巨大的应用价值，但目前并没有得到广泛应用。由于三维gis在实际应用中的复杂性远远超过二维gis，当前尚不具备建立通用三维gis平台的条件。人们的研究重点开始转向一些较小的应用领域，如地质、矿山、城市等。1三维空间分析三维空间分析除了包括二维gis的分析功能外，还应包括针对三维空间对象的特殊分析功能。具体可分为

4、以下几类：空间查询，包括几何参数查询(空间位置、属性)、空间定位查询(点定位、面定位)、空间关系查询(邻接、包含、相离、相交、覆盖等)等；空间量测，包括距离、质心、面积、表面积、体积等；叠置分析；缓冲区分析，包括点缓冲、线缓冲、面缓冲、体缓冲等；网络分析，包括最短路径、资源分配、连通分析等；地形分析，包括趋势面分析、坡度坡向分析、晕渲分析等；剖面分析，它是实现通视分析、日照分析阴影计算等的基础；空间统计分析，包括统计图表分析、密度分析、层次分析、聚类分析等。2三维空间查询技术对于三维空间对象查询技术，有很多不同的方法

5、。有的采用计算三维空间对象的包围盒，然后判断点是否在包围盒内来获取选中对象;有的采用计算三维空间对象在二维屏幕上的投影，然后进行二维空间的选中判断来获取选中对象。本文利用opengl中的拾取与反馈机制，来进行三维空间对象的查询。2.1地物空间信息的查询地形空间信息查询主要是指位置查询、距离量算、面积计算、体积计算、填挖方计算、两点可视性判断及可视域判断等。其基本流程如图2-1所示。图2-1空间点位查询流程图其余的查询都是利用获取的空间点坐标．通过一定计算原理计算出所需的信息。如距离的量算采用公式l=（2-1）在计算任

6、意多边形的面积时。先将其分为几个小三角形，然后累积。小三角形面积计算先采用以下公式计算三个边长s=（2-2）然后计算面积a=（2-3）其中，p=。可视判断通过计算观察点与目标点连线与水平面的夹角、观察平面与地形模型相交的最高点与水平面夹角的大小进行判断。2.2地物空间信息查询由于地物的数据组织引入了实体模型概念，每个实体对象都有对应的唯一标识符id，一旦获得了对象的id。接下来就可以获得对应实体的全部信息。三维场景中空间一属性数据的查询实现流程如图2-2所示：图2-2空间向属性数据查询的流程图三维场景中属性一空间数据

7、的查询，属性一空间数据的查询功能实现，是通过输入实体类型或实体名称进行查询。(如图2-3所示)输入实体→实体表中查询id值→空间数据文件搜→查询结果显示↑构造sql查询语句图2-3属性向空间数据查询的流程图3三维地形分析从地形分析的复杂性角度，可以将地形分析分为两类:一类是基本地形因子的计算:另一类是复杂的地形分析，包括通视分析、地形特征提取、水系特征提取、水文分析、道路分析等。这些地形分析的内容与地形模型是紧密相关的。不同结构的地形模型对应的地形分析方法也不同，如基于规则格网的地形分析与基于tin的地形分析，以及基

8、于等高线的地形分析在算法与处理上都不相同。3.1坡度和坡向的计算拟和曲面法一般采用二次曲面，即33的窗口(如图3-1)。每个窗口中心为一个高程点。图3-133的窗口计算点的坡度和坡向点e的坡度/坡向的计算公式如下:坡度的计算公式:slope=tan(3-1)坡向计算公式:aspect=(3-2)式中，slope为坡度aspect为坡向，slop