三維地理信息符號(hào)化表達(dá)方法試驗(yàn)

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摘要：近年來(lái)，隨著智慧化城市的不斷發(fā)展，三維地理信息符號(hào)化成為信息平臺(tái)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(shí)也為智慧城市時(shí)空信息云平臺(tái)建設(shè)提供了更加強(qiáng)大的多維空間分析功能。三維地理信息實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)世界在空間和時(shí)間上的連續(xù)表達(dá)，有效地提升了數(shù)據(jù)的處理效率，同時(shí)也可以顯示出更多的空間關(guān)系，對(duì)智慧城市信息平臺(tái)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(hào)化；表達(dá)方法

針對(duì)智慧城市快速發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)三維地理信息符號(hào)化的表達(dá)方式展開(kāi)了更深入的研究。通過(guò)利用三維地理信息符號(hào)快速脫離場(chǎng)景的方法，與二維地理標(biāo)志法相比，可以有效地感知地形自身的高度。地學(xué)元素三維符號(hào)表示研究地學(xué)元素三維符號(hào)表示研究簡(jiǎn)單的模型很難表達(dá)真實(shí)世界，它不僅耗時(shí)長(zhǎng)、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(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的多維表達(dá)，支持實(shí)時(shí)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。可視地面物體的立體視覺(jué)，如綠化，建筑和地下管道。

1三維地理信息符號(hào)化的意義

本論文的理論意義在于，通過(guò)對(duì)三維標(biāo)志設(shè)計(jì)與制作的相關(guān)理論與方法的歸納，提出了三維標(biāo)志標(biāo)準(zhǔn)化的可能性，并提出了實(shí)現(xiàn)三維標(biāo)志化的方法，為三維標(biāo)志的設(shè)計(jì)與制作提供了借鑒。實(shí)踐性是以三維地理信息符號(hào)化的理論成果為基礎(chǔ)，建立一個(gè)比較全面、系統(tǒng)、詳細(xì)的三維地圖符號(hào)庫(kù)。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(hào)化

傳統(tǒng)的二維抽象將現(xiàn)實(shí)世界分成“段”，用屬性來(lái)表示三維(高)信息，降低了表達(dá)的復(fù)雜性和直觀性。長(zhǎng)期以來(lái)，二維符號(hào)的解讀雖能涵蓋宏觀及整個(gè)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(wèn)題。隨著我國(guó)對(duì)城市規(guī)劃要求不斷地提升。傳統(tǒng)的二維無(wú)法滿足當(dāng)前城市建設(shè)的需要，其中三維地理提升三維模擬場(chǎng)景，在資源、地質(zhì)、城市規(guī)劃等領(lǐng)域具有獨(dú)特的三維顯示、分析和操作功能，是一種多用途的地圖符號(hào)，也是一種地圖語(yǔ)言。本文提出了一種基于映射元素系統(tǒng)的三維城市場(chǎng)景再現(xiàn)方法，該方法能夠很好地再現(xiàn)三維城市場(chǎng)景。三維地理信息符號(hào)化在進(jìn)行研究主要分為4個(gè)方面。（1）三維符號(hào)的分類。有人把三維符號(hào)分成了點(diǎn)形、線、面、紋理等等。（2）研究了三維符號(hào)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的三維視覺(jué)變量。目前主要研究成果為：三維狀態(tài)符號(hào)動(dòng)態(tài)變化、交互操作等等。（3）三維符號(hào)設(shè)計(jì)原理。三維地理信息符號(hào)化具備形象與抽象相統(tǒng)一的原則；（4）三維符號(hào)設(shè)計(jì)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(duì)三維地理系符號(hào)化的研究較多，但對(duì)理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的研究仍然存在不規(guī)范的地方，導(dǎo)致三維地理信息符號(hào)化的研究仍需努力。

3三維符號(hào)分類

三維符號(hào)分類過(guò)程中，主要是結(jié)合三維符號(hào)自身的內(nèi)涵進(jìn)行分類，即地理功能符號(hào)和非地理功能符號(hào)。地理要素符號(hào)是用來(lái)表示地學(xué)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(diǎn)、線、面，三維符號(hào)又可分為點(diǎn)、線、面符號(hào)。非地理要素符號(hào)包含元素注解符號(hào)、統(tǒng)計(jì)符號(hào)、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(kuò)展了增加了工具材料，并將其表示為指示性符號(hào)。

3.1地理要素三維符號(hào)

地理要素三維符號(hào)在劃分過(guò)程中，可以通過(guò)《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(yàn)，把地理要素分成三類：空間分區(qū)；可利用符號(hào)表達(dá)式或用點(diǎn)、線、三維面符號(hào)、表中具體符號(hào)類型提取元素。點(diǎn)狀地理是最常見(jiàn)、最常用、最復(fù)雜的地理要素。立體符號(hào)表達(dá)是立體場(chǎng)景構(gòu)建的基礎(chǔ)和前提。三元點(diǎn)符號(hào)是由離散點(diǎn)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(duì)于城市場(chǎng)景，三維點(diǎn)與點(diǎn)的符號(hào)可以歸納為：建筑設(shè)防、交通、水系、植被、公共設(shè)施等點(diǎn)的符號(hào)。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(hào)在用來(lái)線狀地理要素符號(hào)化表現(xiàn)過(guò)程中，交通線路、河流常常采用三維符號(hào)進(jìn)行表達(dá)。其對(duì)應(yīng)的元素主要包括交通標(biāo)志、樹(shù)木、高速公路等符號(hào)。面狀地理要素主要是指空間連續(xù)分布的區(qū)域，符號(hào)表示是將地表、森林、綠地等地理學(xué)要素隨機(jī)分布于空間的三維可視化過(guò)程。根據(jù)標(biāo)志設(shè)計(jì)的不同，三維表面標(biāo)志可以分為幾何標(biāo)志和紋理標(biāo)志。

3.2非地理要素三維符號(hào)

“非區(qū)域”要素包括數(shù)學(xué)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(rèn)知效率。三維中非地理要素主要包括羅盤、地物標(biāo)注、統(tǒng)計(jì)符號(hào)和流向。指南針?lè)?hào)用于顯示三維空間中北極方向的圓形符號(hào)；要素注釋符號(hào)用于顯示文字和數(shù)字等要素位置和屬性的文字符號(hào)；統(tǒng)計(jì)符號(hào)根據(jù)具體統(tǒng)計(jì)規(guī)則計(jì)算，以支持空間分析和應(yīng)用；各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)用三維圖形或圖像標(biāo)注；方向符號(hào)是北極方向的符號(hào)。表示流、信息等的點(diǎn)或線符號(hào)。

4三維地理信息符號(hào)存在的問(wèn)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(guò)建模工具來(lái)補(bǔ)充的。同時(shí)，因?yàn)橛行┤S模型并沒(méi)有精確的地理坐標(biāo)，所以有必要這樣做：在場(chǎng)景設(shè)計(jì)中根據(jù)不同的需求配置不同的場(chǎng)景，這會(huì)導(dǎo)致大量的工作。三維地理信息符號(hào)要素在進(jìn)行分立中如果沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致三維空間系統(tǒng)不完善。我國(guó)在對(duì)三維空間標(biāo)志的研究比較系統(tǒng)，三維空間標(biāo)志設(shè)計(jì)理論分析較少。通過(guò)對(duì)三維地理信息符號(hào)化的研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)在該方面研究過(guò)程中仍然存在很多問(wèn)題，同時(shí)也是影響三維地理信息符號(hào)研究的重要內(nèi)容。三維地理信息符號(hào)化在當(dāng)今世界的研究、應(yīng)用、理論和實(shí)踐中的重要意義，引起了許多有關(guān)三維地理信息符號(hào)化的問(wèn)題。（1）沒(méi)有建立完整的地理要素描述體系。在進(jìn)行三維符號(hào)劃分過(guò)程中，一般都是按照元素的方式進(jìn)行劃分，其中對(duì)于城市景觀中地理元素的內(nèi)容并無(wú)系統(tǒng)的區(qū)分。其中已有的三維標(biāo)志并不能完全反映城市中的地理要素，也影響三維符號(hào)化信息的深入發(fā)展。（2）三維符號(hào)化方法單一。土地特征的選擇性符號(hào)化違背了三維可視化的基本要求，沒(méi)有充分考慮其地域性和實(shí)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?yàn)槿S系統(tǒng)還處于瀏覽階段，對(duì)其空間分析功能的研究還很不夠。

5三維符號(hào)化表達(dá)系統(tǒng)

5.1系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路是：接管一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，結(jié)合組件密封，將一系列包含在三維符號(hào)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(shí)現(xiàn)三維地理信息庫(kù)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(dá)引擎平臺(tái)，GIS可實(shí)現(xiàn)三維地理信息數(shù)據(jù)的符號(hào)生成、2D符號(hào)化(數(shù)據(jù)自動(dòng)生成3D模型)、3D空間分析(緩沖、可見(jiàn)度、距離、面積測(cè)量等)、三維地理信息基于符號(hào)引擎進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。在ActiveX中封裝動(dòng)態(tài)引擎庫(kù)檢查SGSYMBOLAX.OCX其他65289C“Kombi35”；使用一種語(yǔ)言，調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)接口，編寫一個(gè)實(shí)現(xiàn)三維系統(tǒng)符號(hào)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(dá)方法有線性功能符號(hào)化和表面符號(hào)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(biāo)，從路段兩端的ID、終點(diǎn)ID和街道寬度開(kāi)始，保存在頂點(diǎn)列表中，啟動(dòng)ID列表、結(jié)束ID列表和街道寬度列表；（2）讀取道路點(diǎn)圖層中頂點(diǎn)編號(hào)（即ID），并保存在ID列表中；

5.3場(chǎng)景操作及分析應(yīng)用

5.3.1場(chǎng)景編輯程序編輯模塊包含程序描述和工具。實(shí)現(xiàn)了窗口移動(dòng)，場(chǎng)景縮放，節(jié)點(diǎn)選擇，繪制漫游路徑，節(jié)點(diǎn)選擇工具組。在工具組中，使用路徑繪制工具捕捉基于鼠標(biāo)交互的關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)路徑插入(此處為文件)獲得路徑文件；節(jié)點(diǎn)選擇假設(shè)有網(wǎng)格效應(yīng)，通過(guò)鼠標(biāo)單擊在場(chǎng)景中選擇節(jié)點(diǎn)。

5.3.2空間分析在進(jìn)行三維地理信息符號(hào)化分析過(guò)程中，三維信息場(chǎng)景空間的分析是必不可少的，通過(guò)對(duì)空間進(jìn)行分析，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求，展開(kāi)空間測(cè)量要求。其中，三維符號(hào)系統(tǒng)的空間分析模塊是識(shí)別三維圖形的關(guān)鍵模塊。將地理標(biāo)志要素作為空間分析的主要對(duì)象，可以有效地證明三維標(biāo)志是一個(gè)“活”模型，同時(shí)也具備加工、分析靈活的特點(diǎn)。

6結(jié)論

綜上所述，智慧城市快速發(fā)展下，我國(guó)對(duì)三維地理信息符號(hào)化的表達(dá)方式展開(kāi)了更深入的研究。通過(guò)對(duì)三維地理信息符號(hào)化的研究，可以有效地提升建模應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化，提高數(shù)據(jù)管理的有效性，以更好地對(duì)未來(lái)城市在發(fā)展過(guò)程中的數(shù)量分析，提高場(chǎng)景批量生成，增加三維地理信息表達(dá)服務(wù)，并通過(guò)客戶端網(wǎng)絡(luò)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)符號(hào)共享。

作者：毛丹 單位：江蘇火禾信息技術(shù)有限公司