[发明专利]一种用于空间分析的地下构筑物三维数字化模型构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种信息技术应用领域，尤指一种可用于空间分析的地下构筑物三维数字化模型的构建方法。 

背景技术

地下构筑物三维数字化模型是三维空间数据模型的一种。 

三维空间数据模型是为了再现、模拟空间物体，以便对其进行空间分析、计算而提出、建立的。上世纪七八十年代以来，三维空间数据模型的研究工作集中在以八叉树为代表的三维栅格数据模型，以及在CAD系统中广泛应用的实体结构几何(CSG)模型和边界表示(B-Rep)模型等。近年来，矢量数据模型和多种数据模型的集成及混合以及基于这些模型的处理和分析算法成为研究热点。综合国内外针对三维空间数据模型的研究，三维空间数据模型可划分为四大类，即三维体元模型、三维面元模型、混合数据模型和集成数据模型。根据具体实现方法的不同，每个大类下又有若干具有代表性的数据模型。

三维面元模型主要是采用面元对空间对象的表面进行连续或非连续几何描述和特征刻划，不研究空间对象的内部特征；体元模型则采用体元对空间对象的内部空间进行无缝、完整的空间剖分，不仅描述空间对象的表面几何，还研究空间对象的内部特征。混合数据模型则是采用两种或两种以上的矢量模型或体元模型同时对同一空间对象进行几何描述和建模，达到模型之间取长补短、分别满足不同应用需求的目的。集成数据模型则是采用两种或两种以上的不同模型分别对系统中不同的空间对象进行几何描述和三维建模，分别建立的3D模型集成起来即形成对系统的完整三维表示。 

尽管有很多数据模型的构建方式，但在实际应用中，未曾有人对地下构筑物进行过基于空间分析的实际建模。并且从实际应用效果来看，三维体元模型比较适合于空间操作与空间分析，但数据量大、运算速度慢；三维面元模型数据量小，便于数据显示和数据更新，但难以组织起有效的空间分析。由于三维几何和拓扑的复杂性，很难用一个统一的数据模型对多变的三维空间信息进行完整有效的描述。 

三维空间数据模型是对三维空间世界的抽象，是三维空间数据库设计的基础。从实际地理空间世界到计算机虚拟现实环境世界，空间数据模型可以分为多个层次。粗略地讲，空间数据模型可以划分成两个层次：第一层次是空间数据抽象模型或者空间数据概念模型，其目的在于提取地理空间世界的主要特征，不考虑其在计算机中的具体实现；第二层次是空间数据组织模型，它是空间数据概念模型在计算机中的具体实现。本发明以下所设计的都是上述第一层次的模型。 

一个能够满足地下空间规划、管理应用要求的地下构筑物数字化模型，应该同时满足三个方面的要求： 

1)能够表达地下构筑物不可见的外部表面； 

2)能够表达可见到的内部表面； 

3)能够满足地下空间检索和分析运算的需要。 

而现有的模型大多只能同时满足其中的一至两项要求。 

发明内容

为了克服上述不足之处，本发明的主要目的旨在提供一种地下构筑物三维数字化模型及其建模方法，即提出并设计了一种适应地下空间分析的地下构筑物三维表达模型，并提出了建立三维模型的方法，通过对系统中不同的空间对象进行几何描述和三维建模，分别将建立的3D模型集成起来，形成对系统的完整三维表示，使之再现、模拟空间物体的一种用于空间分析的地下构筑物三维数字化模型构建方法。 

本发明要解决的技术问题是：主要解决地下构筑物三维模型的设计和建立问题，要根据地下空间规划、管理应用要求对空间表现进行分析，同时表达内外部物体的地下构筑物三维数字化模型等有关技术问题。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于空间分 析的地下构筑物三维数字化模型构建方法，该方法用地下构筑物三维空间数据模型，对地下构筑物的实体进行模型构建，用地下构筑物三维表达模型，对各类位于地下的构筑物，以及地面构筑物的地下延伸部分的基本实体进行三维数字化模型构建，再现模拟空间物体，通过模型描述对象、三维面、体、模型分层、基本层模型、连通层模型、扩展层模型、连通面、辅接面和模型的层间关系，来完成模型整体设计，其中：基本层模型中的外体模块与连通层模型中的内体模块的信号之间为一对一属性或一对多属性连接，连通层模型中的内体模块与扩展层模型中的构件模块的信号之间为一对零属性或一对多属性连接；该模型建立的具体工作步骤是： 

步骤1.三维数字化的步骤为： 

1).数字化外体：以三维面为图形单元，绘出地下构筑物的外部轮廓，标识以外体(74)为单位的特征编号；以三维直线绘出每个桩基的中心线，形成桩基数据；