流域地理景观的GIS数据三维可视化

第17卷第4期2002年8月

文章编号:1001 8166(2002)04 0497 06

地球科学进展

ADVANCEINEARTHSCIENCES

Vol.17 No.4Aug.,2002

流域地理景观的GIS数据三维可视化

袁艳斌1,2,张勇传1,王 乘1,袁晓辉1

(1.华中科技大学水电与数字化工程学院,湖北武汉430074;

2.中国地质大学资源学院,湖北 武汉 430074)

摘 要:应用以 GIS 为核心的空间信息技术,是开展 数字流域 工程建设自然和最佳的选择。结合 清江流域水文水情与洪水演进仿真系统 的具体研制,分析流域地理数据特点及传统GIS在 数字流域 建设中的优缺点,在应用传统GIS二维方式展示形式管理和预处理先期各类基础流域地理空间数据及其相应属性数据的基础上,为满足仿真系统系列三维可视化要求,建立面向流域空间实体对象的数据模型,定义流域地理空间对象数据结构,将流域地理常规的GIS数据以三维形式展示,在实际的系统开发过程中,取得较好的三维可视化效果,并可满足 数字清江 建设各阶段综合处理、分析、评价、决策以及可视化等方面的需求。

关 键 词:数字流域;GIS;面向对象数据模型;三维可视化;清江流域中图分类号:P208;TV122 文献标识码:A 地理信息系统(GIS)技术的发展,使得人们已经认知了GIS的巨大潜在作用,其应用领域正逐步扩大,对它的需求也随着专业领域的数字化要求而越来越高。正因为GIS是对地球空间数据进行采集、存储、检索、分析、建模和表示的计算机系统[1],所以它为 数字流域 [2]建设提供了在计算机辅助下对遥感、遥测、地理、水文、河网、交通等多源地表空间信息进行综合分析和解释的有力工具,是开展 数字流域 研究最自然的选择,特别是在数字流域建设中多源流域空间源数据的综合采集、管理及预处理初期阶段,主要是对原始二维数据的联机获取、分类及综合处理、一体化管理、检索及查询,GIS与其它DBMS、计算机辅助制图系统相比,存在显著的特点[3]。随着行业服务的社会化及计算机可视化技术的发展,GIS传统的二维方式展示形式已不能满足 数字流域 工程建设后期阶段综合处理、分析、评价、决策以及可视化等方面的需求,特别是对于那些非专业用户,应用传统GIS符号表示法形成的二维图件,不仅理解困难,而且难以被接受,其结果是

很难将运用GIS技术开发的应用系统加以推广,这

点已被广大GIS应用开发者所认识。目前,已有产品如用于Helava Leica数字摄影测量工作站的软件包Socet Set,能够让作业员在工作站上测量的同时,适时地将研究对象转换成三维模型;又如加拿大的Optech公司,利用激光技术,用飞行过程中获取的信息产生三维模型等。

1 流域地理数据源

作为 数字清江 工程建设基础内容的清江流域地理基础数据库,将大量依据历年来所测绘、测量及调查的数据,很大部分是通过遥感、遥测、地面测量(RS、GPS、DPS等)及调查所获取的基础地理空间数据及其相应的属性数据。数字地理环境的建立,所涉及的信息类型多,包括文字、数字、图形、图像,信息量大。各类数据都从不同的侧面真实反映了流域地理环境的客观性,具有强烈的空间性,这种空间性包括大量图形数据、图像数据等。获取的主要技术手段有遥感解译、航空测量、GPS接收、实地测绘

收稿日期:2001 05 28;修回日期:2001 08 29

*基金项目:清江开发总公司 十五 重点科技攻关项目资助

:(),,E

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等;数据来源有栅格地形图、遥感航测图像、前期各类比例尺地形、地貌、水文、土质及相关地质等图件。流域地理源数据所涉及到的数据类型有图形型数据、字符型数据、数值型数据、日期型数据4类[4],除此,流域地理环境的研究还涉及大量的图像数据。图形和图像型数据相辅相成,是建立流域地理景观的主要研究对象,所占比例最大,其中主要的图形数据是指对相应比例尺的地形底图进行数字化形成包含等高线信息的数字地图矢量数据(或直接采用遥感遥测影像进行立体相对,交互式提取地形等高线),以及用传统方法所绘制的各种成品图件,它们既非定量数据也非定性数据,但在一定条件下可以转化为定量数据(矢量化);而图像数据则是大量的遥感解译图片(TM、SPOT)和航拍照片等,它们既可以生成正射影像,快速通过立体相对提取地形等高线,为建立三维地形格架提供数据源,也可经计算机图像处理后作为地貌纹理,贴到三维地形曲面上,构成真实生动的流域地貌景观;数值型数据包括地形控制点、不同级别的各类边界参数、GPS接收数据、河道断面宽度、纵向河降比、枯水期水位等,是进行流域地理景观生成时必须具有的,而且有些流域地理空间数据的表示也必须通过这些数值型数据分析得到,如非纹理映射所需的特征控制点等,同时 数字流域 工程后期的分析、决策也是依据流域地理的数值型数据进行的;字符型数据主要包括城镇居民点、流域名及控制点的标注等,是一种辅助信息;日期型数据则是反映流域在不同时期及时间段的变化(如枯水期和洪水期等)。

特征划分成面实体(polygon)、线实体(polyline)、点(point),并在预处理的各个环节逐步输入计算机,形成各类基础数字地理底图等图层,即多个面实体

图层、线划图层及点数据库图层(点图层),除图像图层外,各图层均可以属性表的方式表示其图面要素的特征,不同图层按要求互相叠加,可以形成多种二维流域基础图件,如地形图、河网分布图、城镇居民点分布图、防洪及泄洪区分布图等。在此基础上,对不同图层进行解释、分析及叠合,开展综合研究工作,为三维流域地理景观的建立及模拟仿真提供基础数据源。这种应用型2DGIS展示形式可使数字流域建设的专业人员从资料收集到资料的管理更充分,内容表现的形式更丰富多样,利用程度更为广泛,并便于全流域的统一管理和社会服务。具体说,主要表现在下面几个方面:

(1)GIS不仅可以像传统的DBMS那样,在流域数字地理环境建设的基础数据库中管理数字和文字(属性信息),而且可以管理流域地理大量的空间信息(图形、图像);同时,GIS可提供多种空间分析的方法对多种不同的流域地理空间信息进行综合分析解释,解决流域各类实体之间的相互关系,分析在一定流域区段或区域发生的各种现象和过程,并提供快速一体化查询检索流域中空间和属性信息。

(2)方便实时的流域动态数据更新,随着科学技术的进步,一些新理论、新认识、新技术不断出现,原有流域相关资料必须进行修改补充,利用地理信息系统在计算机上可很容易地对已有资料从空间和属性两方面进行联机修改、增删、位移等项编辑,而不需要重新从头做起。在RS、GPS等支持下可提供实时动态更新。

(3)可拓展流域资料的二次开发利用,以原有各类流域资料为基础,按不同部分、不同用户要求可灵活地查询不同层次的内容。如流域数字地理底图的各个图层(河流、河网、行船河道、交通、行政区划界线、等高线、各种注记等),用户可根据自己的需要选择不同的图层,然后叠加自己的内容,如流域水文、环境、土地、林业、城市等,形成各种专题资料。

尽管数字流域中许多问题可以用地表二维图形来解决,但是针对地理景观及洪水运动的三维可视化有3DGIS支持提供综合分析流域三维问题的能力,是数字流域建设的最终需求。数字流域工程建设中的维数包括2D,2.5D,3D和4D[5],实际工作中,什么问题需要用三维问题来解决,存在一些模糊2 流域地理数据源2DGIS管理

现今流行的GIS数据结构及数据展示形式基本上属于2DGI …… 此处隐藏：10276字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……