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地理信息的三维表达理论与技术的研究

唐红涛  
【摘要】: 本文在借鉴二维数字地形图和数字高程模型优点的基础上,提出了较为完整的三维数字地形图概念(three dimensions digital topographic map简称3D DTM)。它把地形和地物都看成三维空间对象,用三维离散点表示地物和地貌的空间位置和立体形状。三维数字地形图具有如下特征:①它既能反映制图区域内地球自然表面的高低起伏,又能反映其上地物立体形状。②它是用三维离散点表示地形或地貌以及地物空间立体形态的矢量地图,在反映地物的平面位置或大小与竖直方向的高程或高度(所谓高度就是地面上空一点沿铅垂线到地面的距离)时,都是按1:1或同一比例尺表示的。③它在反映空间地理信息时都是比较精确、细致和详细的,用比例尺(或空间分辨率)的概念表示就是大比例尺(或高分辨率)的,如1:500(或0.05米)、1:1000(或0.1米)和1:2000(或0.2米),且通常都是小区域的。④它只能是数字或电子形式的,不能是纸质的。三维数字地形图是基于抽象符号的三维空间数据显示和可视化表达,它对客观世界的表达更完整准确,它以立体造型技术向用户展现地理空间现象,可以全面准确的反映地理实体的空间特性,不仅能够表达空间对象间的平面关系,而且能描述和表达地面的高程和地物的高度,极大地提高了数字地图的空间表现能力和量测水平,从而提高了地图的空间认知能力和空间分析能力。所以,我们可以将其应用于许多工程项目当中去,尤其在复杂地形里更会体现其应有的价值,它包括查询任意特征点的平面坐标和高程即三维坐标,测量或查询任意两个特征点之间的倾斜距离、水平距离、高差、坡度、水平方位角和空间方位角;计算或查询电线、公路、铁路、灌渠等线状地物的空间长度等三维量测;以及空间两点的通视分析,灯光照射范围分析等三维分析。这给各种工程规划和设计带来了许多方便,而且其效果是立竿见影的。另外,以三维数字地形图为基础制作各类三维影像地图或进行三维空间数据的可视化,可以使它们更加逼真、更加准确。就像二维数字地图是二维GIS的基础一样,三维数字地图也是三维GIS的基础。因此,三维数字地图是三维空间数据显示和管理技术——虚拟现实技术和三维GIS的数据基础和技术基础,研究三维数字地图将有力地推动虚拟现实技术和三维GIS的发展。本文仅对三维数字地形图的概念及其核心理论和技术体系进行了初步的研究,还需要对其作进一步的研究,并研究三维数字地形图的数据采集、图形处理、数据管理、制图综合和三维显示等问题,期望在对以上问题进行深入研究的基础上,研究设计出一套三维数字地形图地物表达的理论方法和符号系统。


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