三维地形图和地图符号

. 三维地图模型重建的意义在于，它可以将传统的二维数字地图表达形式转变为直观的三维形式，从而使人们可以在不离开家的情况下获得真实，准确的视觉信息，并对其进行补充. 通过属性查询等手段可以帮助人们在城市规划，市政管理，公共交通，环境保护，土地管理，资源调查，区域发展规划，灾难预测与预防，公共安全，火灾等领域进行决策和分析等应用保护和工程勘察.

目前，中国已经建立了一系列带比例尺的数字地图，但其中大多数是二维数字地图. 三维地图很少见. 三维地图直观易读. 作战部队对三维地图的需求尤为迫切. 通常，三维地形图必须从不同的数据源，不同的商业软件生成并通过不同的方面进行处理. 生产效率非常慢. 如何开发适合我军特点的软件并快速生成三维地图也是我们的现代化建设. 紧急的大型项目，在3D模拟建模中解决的第一个问题是3D地图符号问题. 已解决的3D地图符号. 它可以自动，准确，快速和经济地使用常规的二维数据生成方法，并重建适合自己的三维地图模型. 根据目前的情况，有必要建立一个可以充分利用这些现有平面数据进行自动建模的平台. 为此，需要解决几个关键问题: 如何有效地组织数据，如何绘制3D地图符号以及如何对3D符号的准确性进行质量控制.

1.2研究背景

应该说，对3D地图符号的理论和方法的研究是使用计算机进行地图模拟建模的主要和关键条件，也是快速生成3D地图的有效方法. 1.2.1地图符号学的发展需求

任何信息系统本质上都是一个信息传输过程. 地图是用于传递空间认知信息的工具. 使用地图的最终目的是以最快和最详细的方式将客观世界的现实传递给接收者. 有三个过程会影响此传输过程. 制图师具有三个因素: 实际识别arcscene中的三维符号，符号化和符号翻译. 其中，符号扮演着继承的角色. 由于客观现实是一个三维世界，因此有时无法精确表示二维平面图形. 随着计算机三维技术的发展，制图人员更加客观地在地图上表达了三维世界，这使得地图符号学从二维发展到了三维. 这是制图学的另一项改进. 1.2.2地理信息系统的需求

1960年代出现了地理信息系统（GIS）. 经过近40年的发展，特别是近年来计算机技术，网络技术和通信技术的飞速发展，互联网的普及，信息产业革命的到来极大地推动了GIS的发展. 地理信息系统（Geogarphic Informational Sysetm）是一门新兴的学科（Aornoff1989，

）整合了地球科学，空间科学，环境科学，地球信息学和制图学方面的最新成果.

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Burrough 1986，Goodehild 1983，Li Deren 1995）. 它使用计算机作为收集，存储，管理，分析和描述地球全部或部分地表空间（包括大气）和地理分布数据的空间信息系统的手段（Parker1988，Goodehild 1991，Robert 1992，Li Deren 1995，1997）. 随着计算机技术，宽带网络技术，通信技术，技术，虚拟现实技术，遥感技术，全球空间定位技术（Global Positioin System）等相关技术的飞速发展，二维地图已无法更好地表达. 三维地理信息，地理信息系统的应用也得到了扩展.

在地理信息中arcscene中的三维符号，为了快速表达，查询和分析空间地理信息，需要功能强大的空间数据库管理系统引擎. 由于3D模型的结构复杂且记录太长，因此目前很难管理空间. 因此，系统现在几乎不支持3D模型数据结构. 用直接管理三维空间是困难的. 当前，在三维GSI中更常用符号化三维地理信息，以文件方式记录三维符号模型空间数据，负责符号属性管理. 1.2.3数字地球的需求

1998年初，美国副总统阿尔·戈尔（Al Gore）在开放地理信息系统协会的年会上提出了“数字地球”愿景. 世界上各方的热情，尤其是科学技术界的热情，掀起了对数字地球的研究热潮.

声明指出: “从科学的角度来看，数字地球易于理解，是对社会的呼唤；从本质上讲，数字地球要求地球上的所有信息都被数字化. ”数字地球的核心是根据统一的地理空间坐标在三维地球上整理地图，社会经济数据和人类信息，以形成一个多分辨率，多类型，多时间的三维地球数据集，提供有效，方便，直观的检索和显示方式.

客观世界充满了各种形式，客观物体和空间信息很奇怪. 作为数字地球，有必要在地球上准确表达多种类型的三维地球数据. 随意表达它是不现实的. 任何计算机网络将无法承受很多年. 有必要对地理空间信息进行分类和汇总，并将空间对象整合为三维符号. 然后进行分类表达，以实现数字地球.

1.3 3D符号的研究现状

1.3.1三维符号理论研究

对3D GSL的研究很多，但对3D符号理论的研究还相对不清楚. 在中国，主要有“ 3D地图符号的理论和方法研究”. 提出地图符号是用于表示地图上的物理对象和现象的特定图形符号，并且基于基于与客观事物具有引用关系的物理对象（图形，图像）的一致关系. 它具有两个基本功能. 首先，它可以指示目标的类型和数量.

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质量特征；其次，可以确定物体的空间位置和现象分布. 因此，三维地图符号是一种图形符号，用于描述三维条件下地面上的物体和现象. 它具有地图符号的所有功能和基本功能.

武汉大学的陈向阳没有在“ 3D专题地图图形符号设计方法研究”中精确定义3D符号. 本文主要研究传统专题地图中主题特征的表示，然后根据地图符号设计的方法，对地图符号的构成要素进行归纳总结3D专题地图的特征，提出3D专题地图中深度表示的方法. 符号的图形变量，并讨论在主题地图上使用3D符号的优势.

1.3.2 3D建模工具的研究

关于二维符号和成熟应用程序的综合研究. 由于计算机3D技术的困难，生成3D符号需要许多算法和许多辅助工具. 算法和表达式中总是存在缺陷. 因此，许多建模软件不使用自动符号建模或自动构造. 很少使用霉菌.

三维建模软件和相关软件继续出现. 目前，比较常见的建模软件包括国外的，3DMAX，MutliGen等. 在中国也出现了类似的产品，例如Lingtu的VRMPa和S＆P的AGSI.

AutoCAD致力于模型的精度和机械完整性. 它生成的数据是当前的行业标准，具有准确的材料定义和大量的属性数据. AutoCAD图形的目的是通过模拟复杂的数据设计规则来生成工程图，该规则已广泛应用于工业设计和制造业. 3DMAX和MulitGen具有强大的交互式建模功能，可以创建非常精细的模型. 目前，3DMAX主要用于. 由于3ds文件的互换格式可以有效地描述大多数3D模型，因此许多商业软件已经支持此格式，并且某些软件将3DMAX模型用作其主要数据源. 但是，3DMAX模型没有属性信息，也不支持自动建模，也无法处理地图信息. MutliGne建模主要用于视觉仿真. 对于复杂的对象（例如建筑物的屋顶），可以选择丰富的模型库. 它制作的模型可以根据需要实时简化，并且可以以有效的结构组织任意多边形数据，还可以节省视觉模拟的控制元素. 它的缺点是建模周期长且成本高. VRMPa的主要目的是重现三维景观，重点是场景的实时漫游速度和模拟效果，但是建模方法相对简单. 当前，只能生成一些立方体形状的模型. 更复杂的模型必须由3DMAX和AutoCAD生产. 模型编辑功能. MIAGSI可以自动构建相对简单的模型，还具有一些编辑功能，可以制作更复杂的模型，并且建筑物的屋顶模型超过100种. 这些当前的建模软件具有自己的优势，但是它们对符号自动建模没有很好的支持[1].

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1.4主要研究内容

基于3D地图的良好发展前景和较高的应用价值，本课题在前人的基础上研究了以下几个方面:

（1）认识3D地图符号的概念和特征，并根据它们进行分类. （2）基于三维地图的制作，分析了其在测量过程中的要求，并提出了可行的建议.

（3）一些常见的3D地图符号是基于AutoCAD创建的. （4）使用创建的3D地图符号绘制交通大学的3D地形图.

（5）使用ArcScene进行简单的3D显示并查询已制作的3D地图.

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第2章三维空间数据采集方法

大地测量和工程测量技术既可以获取地表的2D坐标数据，也可以获取地表的3D空间数据. 它是获取地面3D空间数据的重要手段. 现代测量技术的发展为人们提供了更多，更方便，更快的方法来获取底部3D空间数据，例如GPS测量，摄影测量，激光扫描，SAR \ InSAR技术等. [2].

2.1大地测量与工程测量技术

大地测量与工程测量技术是空间定位的基本手段之一. 到目前为止，这也是人们快速发展的一种手段和方法. 不能用其他任何方式代替. 使用大地测量和工程测量技术，人们可以根据需要获取地标点的2D坐标数据（x，y）和表面点的3D坐标数据（x，y，z）.

在早期，人们使用三角剖分作为三角剖分的基础. 在1950年代，光电测距仪的出现和快速发展导致大地测量和工程测量技术逐渐向边网，边网和全站仪发展. 3D实时和自动导航方向转换；自1970年代以来不断增长的电子经纬仪工业测量系统和全站仪工业测量系统，也是现代大地测量和工程测量技术的重要组成部分.

（1）经纬仪和水平仪

早在1276年，中国元朝的天文学家和地球科学家郭守敬就研制出了李云仪，其结构和功能与经纬仪非常相似. 在望远镜发明之后不久，法国于1667年首次在全圆分度器上安装了望远镜以进行角度测量，从而形成了现代光学经纬仪的原型. 1783年，英国人生产了直径90厘米，重量91公斤的游标经纬仪. 1792年，政府下令Drumbo和Mack对从邓克尔到马塞洛纳的子午线弧长进行精确测量，历时6年，这是现代测量的开始; 1821年，德国测量师伯特利（Bethel）首次将三角剖分方法用于浅色侧发； 1826年，德国学者高斯发表了条件三角剖分调整理论. 1846年，德国卡尔蔡司光学仪器厂成立，并开始生产游标经纬仪和液位计. 将近50年后的1904年，该工厂生产了世界上第一个玻璃读取经纬仪，经纬仪，大地测量学和工程学. 测量精度已提高到一个新的水平，它也为提高大地测量锁和工程勘测的定位精度提供了有效的工具. 在随后的几十年中，液位计和经纬仪分别从手动水平和手动记录发展到自动水平和电子记录.

（2）全站仪

瑞典于1947年生产出世界上第一台电磁测距仪. 这是测绘技术史上的一次伟大革命，解决了测量界数百年来一直在努力的跨越峡谷和河流的精确测量. 距离问题为现代大地测量提供了有效的工具和方法. 测距仪诞生后不久，它变得更加精致，小型化和自我传承.

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