3DGIS的空间尺度

3DGIS的空间尺度


发布日期: 2016-10-24 更新日期: 2016-12-26 编辑:xuzhiping 浏览次数: 4566

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摘要: GIS应用于很多领域,基本上与空间数据有关的领域均可以找到GIS的应用,其所表达对象的空间比例尺度可以从1:500连续变化到1:1000000甚至更小或更大,即在这样一个比例尺度范围内均可以找到GIS数据模型所表达对象的实际含义,但对于3DGIS,情形则会有所...

GIS应用于很多领域,基本上与空间数据有关的领域均可以找到GIS的应用,其所表达对象的空间比例尺度可以从1:500连续变化到1:1000000甚至更小或更大,即在这样一个比例尺度范围内均可以找到GIS数据模型所表达对象的实际含义,但对于3DGIS,情形则会有所不同,我们从空间尺度方面分析这一问题。

现有GIS基本建立在点、线、面为主的矢量数据模型之上,其中点构成线,线构成面,且对于其中每个要素,在任意尺度的平面空间:

点要素P(x,y,e)可以表达任一具有空间点位置的个体对象,也可以表达占有二维空间位置的对象,如从街灯、路口、车站到整个城市;

线要素L(P1,P2,P3,...)可以表达任一占有一维或二维空间的对象,如从管线、道路、到河流;

面要素S(L1,L2,L3,...)可以表达任一占有二维空司的对象,从个体位置到小区域乃至于大范围,如从房屋、广场、城市、到整个国家地域。

因而GIS的点线面模型可表达平面任意尺度的对象,能应用于很多空间领域。

而对于3DGIS而言,空间扩展到了第三维,无论矢量模型还是栅格模型均需要引入体元,如大多数研究者均引入了体元:Molenaar(1990)提出的3DFDS模型中的体要素,PiloukM,etal,(1994),OosteromPV(1993),ChenX,Y,etal,(1995)提出的四面体格网模型中的四面体,LiRX(1994)提出的CSG与格网结合模型中的CSG。

我们抛开对某类体要素的单纯讨论,将体要素看作由点、线、面要素或三类要素的组合表达,写成V(尺(P,L,S)),显然在理论上体要素可以表达欧氏空间中具有任意维度和尺度的对象,然而体要素所能表达的实际意义却受应用环境的限制,例如:

城市环境:城市环境中的主要对象是人造物体(包括建构筑物、桥梁道路等),其第三维空间尺度(即高度)大多介于一定的范围,比如lm到100m。使用1:10000的比例尺表达一个长宽高各为100m的建筑物时,该建筑物仅为lcmXlcmxlcm大小,这种尺寸已经与平面表达相差无几,而对于极大多数城市建筑物言,早已失去了利用三维表达的意义;不仅如此,城市三维对象中第三维信息的意义会随比例尺的变化而变化,如在1:1000比例尺下表达一个阳台是有意义的,但在1:10000比例尺下,详细地表达整个楼房已经失去了意义,因此对于城市环境而言3DGIS的空间建模应该限于大比例尺范围,如1:10000以内。

大气与海洋环境:与城市环境恰恰相反,在这两个环境中,由于一般在宏观尺度上获取信息,人造对象的尺度基本失去了意义,其表达的信息往往在小比例尺(如1:100000以上)情形中才有意义,如温度、湿度分布,云团的移动和洋流漂移等。同时,由于这类环境中介质的分布具有连续性,很难如城市环境一样按个体进行建模,因此在这类环境中3DGIS的建模不仅限于小比例尺范围,而且与城市环境截然不同,不能以个体作为建模的基础。

矿山、地质、地震与石油环境:在这类环境中既有人造对象,也有自然宏观对象,但通过考察我们发现,这些环境中一般有两类情形,一类与资源开采相关,信息的采集与提取仅限于大比例尺范1,且有较高的精度要求;另一类属于地球科学的宏观研究,如地质构造、地震监测等等,其信息的采集往栏限于宏观尺度,与大气与海洋环境类似。目前在3DGIS的研究中,人们针对的主要是与资源开采相关的研究,因此在这类环境中,3DGIS建模主要限于大比例尺范围,同时与城市、大气和海洋环境又存在较大的差异。

由前面分析可以看出,3DGIS建模不仅在不同环境下存在着较大的差异,而且不同的环境有不同的空间尺度需求:在城市环境3DGIS适于大比例尺情形;在大气与海洋环境3DGIS却适于小比例尺情形;而在矿山、地质、地震与石油环境3DGIS目前主要适于大比例尺情形,但也对小比例尺情形有需求,因此很难在数据建模中找到一类体要素.满足各类不同环境中表达任意空间尺度下的各类不同的对象。对于体要素V(尺(P,L,S))在不同的空间比例尺L下应有不同的含义:

当L> 100000:表达大气、海洋环境的任一空间对象;

当L< 100000:表达城市、地质、矿山等环境的任一空间对象。

综上所述,对于不同的应用环境,不同的空间尺度,3DGIS应具有不同的数据模型,且数据模型表达具有很大差异的对象。因此更进一步地说明,3DGIS通用建模不仅非常困难,而且也没有多少实际意义,而应该是有所针对,面向专业领域发展,即三维地理信息系统建立的意义主要在专业应用领域。

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