GIS交通网络的室内3维网络模型
地理信息系统在城市规划中的可视化与3D模型构建技术
地理信息系统在城市规划中的可视化与3D模型构建技术随着城市发展的不断加速，城市规划也变得更加复杂和困难。
为了更好地理解和管理城市，地理信息系统（GIS）的应用变得越来越重要。
GIS可以将地理空间数据与属性数据结合起来，为城市规划者提供了一个强大的工具，帮助他们制定合理的城市设计和规划。
在城市规划中，可视化和三维模型构建技术是GIS的重要应用之一。
通过可视化技术，城市规划者可以将复杂的地理数据呈现为直观、易于理解的图像，帮助他们更好地了解城市的情况和问题。
而三维模型构建技术则可以将城市的不同要素以三维形式表现出来，使得规划者可以更好地理解城市的结构和关系。
在城市规划中，可视化技术主要有两个方面的应用。
首先是将地理数据转化为图像形式，以便规划者能够更直观地查看城市的信息。
通过GIS软件提供的功能，规划者可以将各种地理数据，如地形数据、建筑物数据、交通数据等，转化为直观的图像，帮助他们更好地理解城市的现状和特点。
例如，规划者可以将建筑物数据转化为立体图，以便更好地评估城市的密度和空间利用情况。
其次是将城市规划方案以图像形式呈现，以便规划者和其他相关人员能够更好地评估和沟通。
通过将城市规划的设计方案转化为图像形式，规划者可以更好地展示自己的设想，并与其他人员进行讨论和交流。
例如，规划者可以将一个新的建筑物项目以三维模型的形式展示出来，以便决策者和公众能够更直观地了解其外观和影响。
三维模型构建技术是可视化技术的重要组成部分。
通过三维模型，规划者可以更真实地模拟城市的景观和空间布局。
一方面，三维模型可以提供更直观的城市表达形式，使得规划者能够更好地理解城市的规模和结构。
例如，规划者可以通过三维模型呈现城市中的道路网络和建筑布局，以便更好地评估交通流量和人口密度。
另一方面，三维模型还可以帮助规划者更好地评估城市规划方案的可行性。
通过将不同的规划方案转化为三维模型，规划者可以更准确地评估其对城市景观和居民生活的影响。
交通地理信息系统02_空间数据基础
即欧氏平面
地理实体：分布于地球表面的人文和自然现象的总称 实体必须符合三个条件：
可被识别
重要（与问题有关） 可被描述（有特征）
3．要素模型
嵌入式空间：是指空间对象存在于“空间”之中。空间对象的定义取 决于嵌入式空间的结构。
常用的嵌入式空间类型： 欧式空间（距离、方位） 量度空间（距离） 拓扑空间（拓扑关系） 面向集合的空间（只采用一般的基于集合的关系）
4.地理空间及其表达
2、空间实体的表达（计算机） 矢量表达 在矢量数据结构中，地理实体的形状和位置是由一组坐标对所确定。矢 量数据结构对地理实体的描述类似于地图对地理信息的描述，一般也把 地理实体分为点、线、面、体等四种，每种实体有不同的编码方法。 栅格表达 在栅格数据结构中，整个地理空间被规则地分为一个个小块（通常为 正方形），地理实体的位置是由占据小块的横排与竖列的位置决定，小 块的位置则由其横排竖列的数码决定，每个地理实体的形态是由栅格或 网格中的一组点来构成。这种数据结构和遥感图象的数据相同，因而数
在各向同性与各向异性场中的旅行时间面
强空间正负自相关模式
2. 场模型
栅格数据模型
栅格数据模型是基 于连续铺盖的，它 是用二维铺盖或划 分覆盖整个连续空 间；铺盖可以分为 规则的和不规则的， 后者可当做拓扑多 边形处理
三角形、方格和六角形划分
栅格数据模型
3．要素模型
1. 基本概念
欧氏空间：带坐标的可测量点之间的距离和方向的空间模型 欧氏平面：把空间特性转换成实数的元组特性，而形成的二维模型
点集拓扑学是拓扑描述的数学基础
空间关系数据
主要是指点-点、点-线、点-面、线-线、线-面、面-面之间的相互
国内外主流的三维GIS软件
国内外主流的三维GIS软件我国GIS经过三十多年的发展，理论和技术日趋成熟，在传统二维GIS已不能满足应用需求的情况下，三维GIS应运而生，并成为GIS的重要发展方向之一。
上世纪八十年代末以来，空间信息三维可视化技术成为业界研究的热点并以惊人的速度迅速发展起来，首先是美国推出Google Earth、Skyline、World Wind、Virtual Earth、ArcGIS Explorer 等，我国也紧随推出了EV-Globe、GeoGlobe VRMap IMAGIS等软件与国外软件竞争本土市场。
三维GIS得到了各行业用户的认同，在城市规划、综合应急、军事仿真、虚拟旅游、智能交通、海洋资源管理、石油设施管理、无线通信基站选址、环保监测、地下管线等领域备受青睐。
目前，我国国产三维GIS 软件已占据了国内市场的半壁江山。
本文唱谈了十九个国内外主流的三维GIS软件，并对其基本特点、发展历程、应用等方面做了总结概述。
由于作者水平有限，不足之处恳请读者批评指正。
国外三维GIS软件：一重唱•美国谷歌公司：Google Earth--用户最多的三维地球软件介绍：Google Earth以三维地球的形式把大量卫星图片、航拍照片和模拟三维图像组织在一起，使用户从不同角度浏览地球。
Google Earth的数据来源于商业遥感卫星影像和航片，包括DigitalGlobe 公司的QuickBird，IKOONOS 及法国SPOTS特点：Google Earth凭借其强大的技术实力和经验，以其操作简单、用户体验超群的优势吸引了全球近十分之一的人口使用。
发展历程：Google于2004年10月收购了Keyhole公司，随之次年6月推出Google Earth系列软件。
产品形式：Google Earth客户端软件提供三个版本：个人免费版、Plus版、Pro版以及企业级解决方案，用于在企业内部部署Google Earth应用。
三维地理信息系统的构建方法和应用案例
三维地理信息系统的构建方法和应用案例引言：在当今科技高速发展的时代，地理信息系统（GIS）已经成为管理和分析地理数据的重要工具。
然而，传统的二维GIS无法全面展现地球表面的特征，为了更好地还原真实世界，三维地理信息系统（3D-GIS）逐渐兴起。
本文将探讨三维地理信息系统的构建方法以及一些应用案例。
一、三维地理信息系统的构建方法1. 数据采集与处理构建一个鲁棒且精确的3D-GIS系统的第一步就是数据的采集与处理。
首先，通过航空摄影、卫星遥感、激光雷达扫描等技术手段获得原始数据。
然后，对原始数据进行预处理，包括数据切割、去噪、配准等一系列操作。
最后，将预处理后的数据导入到3D-GIS平台中进行后续的建模和分析工作。
2. 建模与可视化3D-GIS的核心就是将地理数据在三维空间中进行建模与可视化。
建模可以采用多种方法，例如点云建模、三角网格建模、体素化建模等。
通过这些方法可以将地球表面的特征以三维模型的形式展现出来。
在建模的过程中，需要考虑地理数据的精确性、分辨率以及建模算法的效率等方面的问题。
建模完成后，可以通过可视化技术将模型呈现给用户，提供更直观的数据展示和分析界面。
3. 数据集成与分析3D-GIS系统不仅要能够处理地理数据，还要具备数据集成和分析的功能。
数据集成是指将多个数据源的信息整合到一个平台中，使用户可以在一个系统中获取到多种数据。
数据分析是指基于集成后的数据进行空间分析、网络分析、图表分析等操作，从中提取有用的信息。
为了使数据集成和分析变得更加高效，可以采用数据仓库和数据挖掘的技术手段。
二、三维地理信息系统的应用案例1. 城市规划与建设三维地理信息系统可以为城市规划和建设提供重要的支持。
通过三维模型的建立和可视化展示，规划者可以更全面地了解城市的地形、建筑分布、道路网格等信息，从而更好地制定规划方案。
同时，三维模型还可以进行仿真模拟，评估不同规划方案的可行性和影响，为决策者提供科学的依据。
基于GIS的三维可视化技术在数字轨道交通上的理论分析
基于GIS的三维可视化技术在数字轨道交通上的理论分析摘要：随着计算机软硬件的发展，目前，三维地理信息系统的建模和可视化成了当前国内外研究的一个前沿课题。
地理信息系统 GIS 是建立在地理图形基础上的信息管理系统。
随着城市化进程的加快，城市轨道交通已成为中国未来城市交通发展的主要方向之一。
也是 GIS 应用的一个新领域。
因此，“数字轨道交通”的研究己经成为当前的大趋势，并取得了一定的成绩。
轨道交通基础地理信息管理是“数字轨道交通”的重要组成部分，对其三维模型的可视化的研究具有十分重要的现实意义。
关键词：GIS 技术；数字轨道交通；三维可视化1.GIS 技术的简述随着 GIS 技术的发展，地图不再是单纯的纸质地图，而是在 GIS 环境下具有高度交互动态显示能力、集成了数据分析等技术的虚拟实验平台。
用户可以通过地图这一虚拟的可视化的实验平台对数据进行多方面的显示，分析乃至动态模拟，从而达到对现实世界的透彻理解。
2数字轨道交通的简介“数字轨道交通”是指在城市轨道交通规划、施工建设与运营管理维护中，充分地利用数字化信息处理技术和网络通讯技术等现代化技术，对轨道交通的各种信息源按照统一的规范关联地理信息，形成三维数字信息，构建一体化的数字集成平台和虚拟环境。
在这一平台和环境中，以功能强大的系统软件与数学模型对轨道交通规划、建设和运营管理中的各种方案进行模拟、分析和研究，并在可视化的条件下提供决策支持，增强决策的科学性和预见性。
“数字轨道交通”的建设就是以数字化为技术支撑、以信息化进行要素配置、以网络化作为运行模式的高效率轨道交通管理方式，提升城市轨道交通的整体信息化水平，有助于将轨道交通内部系统之间、内部与外部城市的各种数字信息资源加以整合利用。
城市轨道交通作为城市公共交通运输行业中的一个重要组成部分，又和其他行业有着千丝万缕的密切联系。
在“数字城市”的大背景环境下，城市轨道交通也必将更加紧密地融入到城市整个大系统中，“数字轨道交通”的实现就更具有现实性和紧迫感，是“数字城市”实现中的重要环节。
基于无线通信基站的室内三维定位模型
ｌ ≤ｌ 。
（ ２ ）
式（ １ ） 为和 式 （ ２ ） 分 别 为视 距 和非 视 距传 播 环 境 中， 不 考虑 Ｔ ＯＡ测 量 误 差 时 终 端 与 基 站 间 的距 离 ； 由 此可知 ， 终端 处于 以基 站为球 心测 量距 离 为半径 的球 内部 。 实际中 ， Ｔ Ｏ Ａ 存在 测 量 误差 ， 为保 证 测 量结 果 正 确， 本文对 Ｔ Ｏ Ａ进 行一定修 正。对 于通过 ｎ个基 站求 个终端位置的问题 ， 终端位置肯定位于这 ｉ ＇ １ 个 以基站 为球 心 ， 以测量距离 为半径 的球 的公共 区域 （ 终端 的可 多余 的。 行区域 ） 中。得到该 区域后 ， 即可结合 测量误差 ， 利用加 权最小二乘法从终端的可行 区域 中找 出最优 的位置 。 ２ ． ２ 终端位置计算模型 （ １ ） 测量时 间 Ｔ Ｏ Ａ的修正 。 实实 际中 ， 时 钟 不 同 步 引 起 的误 差 在 ２ ０ ０ ｎ ｓ内。 该误 差是 由 电子 器 件 的 工 艺 导致 的 ， 可使 测 量 时 间 Ｔ ｏ Ａ偏大或 偏 小 ， 具 不确 定 性 。本 文 引入 随机 因子 ， 对测量 时间 Ｔ ｏ Ａ进行修正 。
ｌ 研 究 背 景
的存在使 两 点 间有 多 条路 径 ， 则 叫非 视 距 传播 环 境 。
信号在基站 与终端 间传 播时 ， 为得 到沿 某条 路径 的距 离， 可将信号从终 端 发出到基 站接 收 的时 间（ Ｔ Ｏ Ａ） 与 传播速度相乘 。本 文假设基 站与终端 间距离越 远传播 中遇 障碍物 可能性 越大 ， 终 端高度在［ １ ， ２ ］ 之间 。 ２ ． １ 终 端 位 置 理 论 模 型
基 于 无 线通 信 基 站 的 室 内三 维 定 位 模 型
城市三维地理信息系统中三维模型的快速构建方法
城市三维地理信息系统中三维模型的快速构建方法1. 前言城市三维地理信息系统作为一种基于三维空间的地理信息系统，可以为城市规划、公共安全、旅游、交通等领域提供实时描述城市空间特征的解决方案。
其中，三维模型作为城市地图的核心内容，是城市三维地理信息系统的重要组成部分。
本文将介绍城市三维地理信息系统中三维模型的快速构建方法。
2. 常见的三维模型构建方法在城市三维地理信息系统中，三维模型构建方法主要有以下几种：•手工建模：使用三维建模软件（如Blender、3ds Max）手动创建三维模型，需要较长的时间和丰富的建模经验；•激光扫描：利用激光扫描仪扫描建筑、景观等物体，生成点云数据，再进行数据处理和三维建模，需要设备和技术投资成本较高；•摄影测量：通过拍摄建筑、景观等物体的照片，进行三维重建，需要较高的摄影技术和附加设备成本，同时对照片的光照、颜色等要求较高；•自动化建模：利用先进的三维建模软件（如CityEngine），通过规则定义、半自动化建模等方式生成三维模型，适用范围较窄，需要对源数据质量和建模算法有一定的要求。
3. 基于特征提取的三维模型快速构建方法在城市三维地理信息系统中，快速构建三维模型是一项迫切的需求，基于特征提取的三维模型快速构建方法可以有效地提高构建效率。
该方法主要包括以下步骤：3.1 数据采集采用先进的3D激光扫描仪、遥感卫星图像或无人机航拍图像等设备，获取城市空间的高精度三维数据，最终生成相应格式的点云、影像或矢量数据。
3.2 特征提取利用特征提取算法（如物体识别、轮廓线提取、纹理特征提取等），从采集到的数据中提取出建筑、树木、道路、水系等空间特征。
这些特征可以是单一的点、线、面等，也可以是复杂的模型构成要素。
3.3 特征匹配对采集到的数据进行三维配准，精确定位和匹配特征点或特征线段等空间要素，同时去除噪点和冗余数据。
3.4 模型重建利用特征提取和匹配结果，使用三维建模软件（如AutoCAD、SketchUp、Rhino等）进行快速建模，生成相应的三维模型。
3维公路GIS的设计与实现
模型数据主要依据公路设计文件。
１２ 空 间数 据 的预 处 理 ．
建立 ３维公路 ＧＳ常使用 的基础地理信 息空间数 Ｉ
据必 须 经过 预 处 理 才 能 满 足 建 立 ３维 虚 拟 现 实 数 字 模
限； 另一种是通过数据交换与共享来实现 ＧＳ与各种不 Ｉ
同公 路 Ｃ Ｄ的集 成 ， 种集 成方 式 相 对 独 立 ， 依 赖 于 Ａ 这 不 具 体 的公 路 Ｃ Ｄ软 件 系统 ， Ａ 因此 应用 较 广 Ｊ 。 本 文 采用第 二 种 方 式 ， Ｇ ｏｔ 系列 软 件 为 基 础 以 ｅＳａ ｒ
现 今的 ＧＳ还 离 不 开 Ｃ Ｄ数 据 的 支 持 ， 别 是 在 Ｉ Ａ 特
实体模型的建立 方面， 需要 Ｃ Ｄ强大的建模功能 给 还 Ａ
予支 持 ， 就 要 求 Ｇ Ｓ与 公路 Ｃ Ｄ进 行 某 种 方 式 的集 这 Ｉ Ａ 成 。 目前 ， Ｉ ＧＳ与公 路 Ｃ Ｄ集 成 的方 式 有 两 种 ： 种 是 Ａ 一 内嵌 式 的集 成 。即 直接 在 ３维 ＧＳ中进 行路 线 设计 ， Ｉ 由 于其 实现 的 难 度 较 大 ， 此 应 用 的 范 围 和 实 际效 果 有 因
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｓｐ ｐ ｒｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｔ ｅ ｔｃ ｎｃ ｌ ｏ ｎ ｅ ｌ ａ ｉｎ ｍｅｈ ｄ ｏ ａ Ｓ ｔｍａｎ ｙ ｉ ｔ ｕ ｅ ｈ ｎｅ ｒ ｔ ｎ ｏ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｉ ａ ｅ ｉ ｓ ｅ ｈ ｈ ｉａ ｗ ａ ｄ ｒ ａｉ ｔ ｔｏ ｆ Ｄ Ｒｏ ｄ ＧＩ ．Ｉ ｃ ｅ ｌ ｆ ｚ ｏ ３ ｉ ｌ ｎ ｒ ｃ ｄ ｔｅ ｉ ｔｇ ａｉ ｆ３ ｏ ｄ ｏ Ｄ Ｒ ａ Ｓ ｆ ｍ ｈ ｏｌｗｉｇ ａ ｐ ｃｓ ａａ ｐ ｏ ｅ ｓ ｇ，ｔ ｅ ｂ ｉ ｉｇ ｏ ｉｉ ｌｍｏ ｅ ，ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｄ ＧＩ ｒ ｔｅ ｆ ｌ ｎ ｓ ｅ ｔ ：ｄ ｔ ｒｃ ｓ ｉ ｏ ｏ ｎ ｈ ｕ ｌ ｎ ｆｄｇ ｔ ｄ ｌ ｎ Ｏ ｏ ． ｄ ａ Ｋｅ ｒ ｓ ｒ ａ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｄ ＧＩ ；ｖｒ ａ ｅ ｌ ｙ ｙ ｗｏ ｄ ：ｏ ｄ ｅ ｇｎ ｅ ｉ ；３ Ｓ ｉ ｕ ｌｒａ ｉ ｎ ｔ ｔ
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0引言
地 理 信 息 系 统 （GIS） 数 据 模 型 是地理实体的抽象表示。 数据模型 是通过数据手段对现实世界进行 的抽象，是用以提供信息表示和数 据操作的形式构架 [1]。 数据模型决 定了需要在数据库中表达的特征 及其如何描述它们之间的相互关 系， 定义了其在数据上的各种操 作。 交通地理信息系统已成为 GIS 技术最重要的应用领域之一[2]。 城 市交通网络数据模型分为两个主 要部分，一个是建筑物外部使用多 模式的交通网络，另一个是室内的 交通网络。 随着 GIS 在交通领域应 用的深入，建筑物外部交通网络模 型的研究已经相当成熟，但是国内 对于室内的交通网络数据模型的
学术研究
文 章 编 号 ：1672-1589（2012）02-0061-04
中 国 分 类 号 ： N945 . 12
文 献 标 识 码 ：A
基于 GIS 交通网络的室内 3 维网络模型研究
徐效波，吴华玲，郭先春，罗 艳
（东华理工大学 测绘工程学院，江西 抚州 344000）
摘 要：在 2 维交通网络逻辑数据模型基础上，讨论了概念化的楼层网络，进行了室内连通的 3 维网络模型的研究。 基于 ArcGIS 的交通网络模型建立了试验区的室内 3 维网络模型，并给 出分析结果，该方法为室内 3 维网络模型研究提供了技术支持。 关 键 词 ： 交 通 网 络 ；GIS ；3 维 网 络 模 型 ； 室 内
研究却很少见诸于文献。 许多与交通相关的应用，诸如
紧急调度、路径规划和疏散计划等 需要准确预测从应急设施到目的 地的时间。 在城区，尤其是在中央 商务区，有大量的人员在大楼内部 进行商业和相关的活动，目的地也 很可能发生在市区的某个高层建 筑的内部。 因此，要确定到达目的 地的最佳路线，不仅需要到建筑物 的入口，而且是到达室内的最佳途 径。 由于它是 3 维的，室内的交通 网络建模比较复杂。
高层室内的连通实质上是一 个 3 维连通的求解问题，当前成熟 的 2 维 GIS 交 通 网 络 研 究 为 3 维 连通研究提供了很好的基础。 本文 在 结 点 — ——弧 段 关 系 的 2 维 交 通 网络逻辑数据模型基础上，提出了 室内连通的 3 维网络模型。 基本思
学术研究
想是应用基于楼层的 2 维网络数 据模型，把建筑物的每个楼层作为 一个模式的 2 维子网络，楼梯和电 梯作为楼层之间，也就是多模式之 间的垂直连通，建立具有城市交通 网络路径分析功能的连通分析方 法。 最后，使用 GIS 软件 ArcGIS 提 供的网络数据模型建立了室内楼 层 3 维连通模型。
1 网络模型
当前，对城市交通网络数据模 型的研究主要有五种类型：传统的 结 点— — — 弧 段 模 型 、 静 态 分 段 技 术 下 的 结 点 — — — 弧 段 模 型 、 动 态 分 段 技 术 下 的 结 点— — — 弧 段 模 型 、 基 于 车道的数据模型和基于车道的 3 维数据模型[6]。 网络模型除具有一 般网络的弧段、结点间的抽象拓扑 关系之外，还具有 GIS 空间数据的 几何定位特征和地理属性特征（拓 扑关系是地理对象在空间位置上 的相互关系，如结点与线、线与面 之间的连接关系）。 结点— ——弧段 模型的基本要素主要有结点、弧 段、障碍点、障碍边、转向表，图 1 是网络示意图。
Research on 3D Network Model Inside the Building Based on the GIS Transportation Network
XU Xiao-bo, WU Hua-ling, GUO Xian-chun, LUO Yan (Faculty of Geomatics, East China Institute of Technology, Fuzhou 344000, China)
徐 效 波 （1983 - ） ， 男 ， 湖 北通山人，讲师，硕士，主要 从 事 GIS 研 究 和 教 学 。 项目基金： 江西省数字国土 重点实验室开放基金项目 （DLLJ 201108）资 助 ； 东 华 理工大学校长基金项目 （DHXK 1118）资助；江西省教 育厅青年科学基金项目 （GJJ 11146）资助 E-mail ：xuxiaobo123@
Ab st r a ct：Based on the logical data model in 2D traffic network, the conceptual floor network and the 3D connectivity network model inside the building are discussed. Based on ArcGIS transportation network model, the test area's 3D network model inside the building is established. The method provides technical support for studying 3D network model inside the building. K ey wor d s： transportation network; GIS; 3D network model; inside of building
为了支持城市公众出行信息 服务和交通管理等应用，需要研究 室内的 3 维交通网络数据模型和 相关技术，同时必须与建筑物外部 交通网络模型无缝融合。 目前，经 典 的 商 用 GIS 软 件 还 不 能 完 全 满
足这种需求[3~5]。 在 2 维 GIS 交通网 络研究中， 结点-弧段多模式交通 网络模型广泛应用。 结点-弧段模 型确定 2 维直角坐标系中点、线实 体的坐标。 一些矢量 GIS 数据模型 也允许存储实体的 Z 值。 然而，这 里的 Z 值，只是用来作为实体的属 性，而不是从坐标系中获得。 因此， 虽然这种矢量数据模型对于 3 维 实体可视化是很有用的，但是无法 确定 3 维实体的拓扑关系，如 3 维 连通性等。