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《同济大学》 2006年
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场框架下的城市地下空间三维数据模型及相关算法研究

张芳  
【摘要】:地下空间为人类工程活动提供了主体环境,包含了大量工程相关信息,如何表现、挖掘这些信息隐含的地质信息,构建三维地下空间信息系统,是许多学者一直在关注的问题。本文以城市地下空间为研究对象,从人类工程活动对地下空间影响角度出发,提出城市数字地下空间的基于地理认知的空间场表达思想,并以此为框架,对其中的主要构成对象:地质体和地下构筑物的三维数据模型和数据结构、建模方法、基本分析算法等核心技术作了重点研究,主要工作如下: 1.本文首先对城市地下空间进行整体抽象,在指出地上空间与地下空间地理认知不同的基础上引入资源场、资源状态函数g(o,f,t)、工程对象生存区三个概念,且将这些概念嵌入到数据模型中,实现引入专家知识和地理认知,方便建模、分析以及空间关系的表达。 2.以第1点为框架,对地下空间中存在的两类对象:工程对象和地质对象进行抽象,首先用统一建模语言描述资源场框架下现实地理世界与数字地理世界之间的联系,以此为基础提出考虑工程对象的混合数据模型,模型中采用TIN面模型描述地质对象,采用规则几何图元描述规则的工程对象,同时在数据结构中引入资源场函数g(o,f,t)描述该处资源状态,从而使工程对象和地质对象统一于一个数据模型。最后给出类结构层次图。 3.以第1、2点为基础,本文对地质对象中的地层(层序地层、浸入体地层、尖灭地层、透镜体地层)和工程对象中的地下变电站的建模方法进行了设计和实现。针对面模型构建方法存在的问题,提出“参考TIN”、“界面分片”思想和海量数据分块处理思想,不需要人工交互,自动生成具有严格几何关系和拓扑关系的多层地层曲面,同时大大提高了建模效率。最后用最近邻插值思想,采用“钻孔处尖灭”的做法对上面算法做了改进,增强了方法对复杂地层的适应能力。 4.模型建成后以基于轮廓线重构模型算法和TIN与TIN相交算法为支撑,对模型进行分析,并最终实现模型与FEM集成。 5.分析了城市三维地下空间信息系统的系统设计目标、系统数据源、系统需求,以此为基础采用三层架构对系统进行了总体设计。 6.开发了具有一定功能的实验系统,该系统是以Windows作为软件开发平
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