数字城市三维城市规划信息系统的实现——以"数字潍坊"为例

建设数字城市需要解决若干关键技术问题,如海量空间数据管理技术、大规模三维场景可视化技术、基于三维数据分析与运算核心等多项技术。为此,文中以美国Skyline公司的Terra Suite系列软件产品中的TerraExplorer Pro作为三维地理信息制作与建模平台,综合运用三维模型构建技术,建立"数字潍坊"三维城市规划信息系统。     

顾及空间分布特征的点云数据快速可视化方法

文中提出了一种顾及空间分布特征的点云数据快速可视化方法。首先根据点云数据的空间分布特征构建自适应八叉树结构。其次,利用基于视点的动态调度算法,实现不同细节层次点云数据的快速调度。最后,设计了一种面向网络传输的三维点云瓦片存储模型,实现网络环境下点云数据的快速解析。试验结果表明,该方法能够有效提高网络环境下点云数据的可视化效率。     

塔山煤矿三维安全生产调度管理平台的设计及应用

基于三维地理信息系统平台,塔山煤矿设计建成了三维安全生产调度管理平台,通过数字化、自动化、动态可视化等高科技监测手段实现全矿生产环节的动态实时监测。该平台在三维模拟场景的基础上集成了生产调度指挥中心用于生产调度、安全调度、应急指挥等功能所需求的各类数据,通过对海量数据的有效筛选,调度人员可以有效处理生产安全各类问题,创新了企业生产管理流程。     

透明化矿山管控平台的设计与关键技术

在分析国内外研究现状的基础上,提出了透明化矿山的概念和核心内容以及构建透明化矿山需要遵循的5个原则,并基于空间信息技术的最新发展,阐述了包括三维引擎层、智能煤矿平台层和生产操作层的透明化矿山系统构建的体系架构,并针对煤矿井上下空间对象的建模规范、多源时空数据的存储与集成、高精度地质体模型的构建和动态修正、海量数据三维可视化、机电设备模型构建与仿真以及自动化远程可视化控制等关键技术问题提出了解决方案,为矿山的透明化远程管控提供参考。部分技术已在阳泉煤业（集团）有限责任公司得到实际应用。     

基于大数据技术的云端城市地质三维可视化框架

为了解决大型城市地质三维模型可视化面临的数据容量巨大、模型处理时间长、三维渲染慢、客户端对硬件依赖过高等问题,本文提出了一种基于Spark大数据技术搭建的云端城市地质三维可视化平台,包括数据存储层、数据调度层、云端渲染层、终端可视化层。对城市地质使用的地学大数据采用“纵向分层、横向分块”策略进行自动划分,在三维模型计算及三维可视化过程中,采用Spark Streaming+GPU的快速并行计算和任务调度,可高效地自动完成三维模型的分布式渲染、集中融合和可视化展示。在“地质云”中使用5台高性能云主机构建了城市地质三维可视化平台原型,采用雄安新区的地质、钻孔、高精度网格、倾斜摄影等约410GB的数据进行实验。经在线验证,无三维引擎的客户端访问云端的城市地质三维可视化计算平台,每秒可渲染并返回30帧三维图像,人机实时交互流畅,形成的这种新型“终端发请求、云端三维算”模式将对虚拟化城市地质走向实际应用起到重要的推动作用。     

城市地下空间三维地质建模的研究及实现

为有效推进城市地下空间信息化管理,利用三维地质建模系统建立多维度、多属性城市地下空间三维实体模型是当前亟待研究的问题。通过信阳市浉河区城市地下空间三维模型项目,探索利用现有的工程勘察资料,并基于Quanty View三维地质建模系统,建立三维城市地质模型,并对地下空间开发利用进行资源评价。模型实现了对地质数据的整合、建库和管理,以期实现地质信息与成果的数字化、三维可视化和充分共享,为城市规划、建设、安全运行和高效管理服务。     

一种电力大数据三维可视化管理方法研究

针对二维图表的数据表现方式不能适用于电力大数据的分析与展现,提出一种三维可视化的电力大数据管理模型。该模型将大数据挖掘与三维可视化技术有机集成,采用并行BP神经网络技术实现电力大数据的高效挖掘,利用基于属性约简的三维渲染算法提高电力三维场景绘制的实时性。通过试验表明,该数据可视化管理方法实现了电力大数据的高效挖掘和三维模型的实时渲染。     

基于GIS云服务的云南省国土空间大数据可视化系统建设研究

国土资源空间数据随着业务发展和技术进步,已成为海量、多源、多维、动态更新的的国土空间大数据,对这些复杂的空间数据进行分析和可视化也带来了新的挑战。传统空间数据可视化通常提供了部分基本的二维、三维可视化功能,但对于大规模的复杂国土空间数据,其在分析能力和可视化洞察能力方面存在诸多的不足。为此,文章基于云计算和大数据技术,介绍了云南国土空间大数据可视化系统,在现有GIS可视化技术基础上,将传统GIS服务云化,提出了一套国土空间大数据可视化应用框架,从国土空间大数据接入、一体化管理、可视化建模、可视化展现等关键技术进行了实现,为大规模国土空间大数据可视化提供了一种一体化的、高性能的解决方案。     

矿山钻孔数据三维地层建模与可视化

三维地层建模与可视化是三维地理信息系统（Geological Information System,GIS）在地学中的重要应用,能够直观展现各类复杂的地质信息,对于实际地质分析大有帮助。为此,提出了一种基于引入四面体格网（Tetrahedral Network,TEN）的广义三棱柱（Generalized Tri-prism,GTP）模型的三维地层模型构建方法。该方法使用钻孔数据进行三维地层建模,首先以钻孔孔口数据生成地表面不规则三角网（Triangulated Irregular Network,TIN）,然后根据地层空间分布顺序,将TIN中的三角形逐个沿钻孔向下扩展生成GTP体元模型,建立三维地层模型并对其进行四面体剖分,最后使用可视化工具包（Visualization Toolkit,VTK）开发出三维地层可视化系统,实现了地层模型的三维显示及属性查询,距离、角度量测与剖切等空间分析功能。某矿山钻孔数据试验结果表明：基于引入TEN的GTP模型有助于解决空间实体剖切问题,将VTK应用于实现三维地层可视化是可行的,在可视化性能与空间分析操作等方面均有着良好的效果,对于提高矿山地质分析、地质建模与可视化效率有一定的参考价值。     

基于数字孪生技术的煤矿掘进机自动截割方法研究

为了解决目前掘进工作面设备自动化控制存在的缺乏可视化人机交互控制、缺乏掘进工作面数字孪生动态建模、缺乏巷道模型与掘进机定位导航系统融合的问题,提出一种基于三维数字孪生技术的煤矿掘进机自动截割方法;该方法利用三维数字孪生技术的巷道模型生成截割模板,实现掘进机对预设截割断面的自动化截割,可达到人工远距离、可视化控制掘进机安全自动作业的目的。介绍了数字化巷道和掘进机模型的构建方法以及数据驱动逻辑,并对掘进机自动截割控制方法进行了详细阐述。结果表明,该方法避免了粉尘等对掘进机自动化截割的影响,降低了人员现场作业风险和劳动强度,解决了掘进机远程截割精确度低、巷道断面成型质量差等问题。     

基于三维可视化模型的矿床储量动态管理方法

针对地下金属矿山的特点,从促进地下采矿技术的可视化和数字化出发,在分析矿床复杂介质体特征的基础上,提出了地质数据的存储和管理方式,阐述了基于三维可视化模型的矿床储量动态管理模型与方法。     

基于数码影像的建筑屋顶建模方法

数字三维模型更接近人们的日常生活空间,且比二维图形包含更丰富的信息。所以,人们很早就对三维可视化进行了研究,而建筑物三维模型重建更是成为研究热点。文中根据数字近景摄影测量的基本原理与方法,对数码相机进行标定,在此基础上通过Photo Modeler Scanner软件获得屋顶的纹理模型和三维模型。     

基于径向基函数曲面的矿体隐式自动三维建模方法

矿体三维建模与可视化是矿山信息化与数字矿山的核心内容。目前国内外矿业软件普遍采用基于序列剖面或中段平面矿体边界多边形连接的显式矿体建模方法,建模过程需要大量人工交互且数据更新后模型重建困难。引入径向基隐函数,提出一种基于隐式曲面的矿体自动建模方法。该方法无需手工圈定矿体边界,直接基于钻孔化验数据进行空间插值,自动构建矿体三维模型曲面,并能针对夹石体自动单独建模;作为建模参数,边界品位重新设定后可自动更新重建矿体三维模型。针对某矿山数据进行了不同边界品位的矿体自动建模实验,与显式方法建模结果对比表明,基于径向基函数隐式曲面的矿体建模方法自动化程度高、模型光滑且无拓扑错误,可为国内数字矿山与地学三维软件的研发提供新方案。     

数字煤矿——中国煤矿信息化的必然选择

基于数字煤矿的概念,总结了其功能内涵,进而提出了数字煤矿的体系结构;重点阐述了数字煤矿的六大关键技术：数据字典技术、数据采集技术、分布式空间数据库和网络GIS技术、知识发现技术、三维可视化和VR技术、动态模拟和人工智能技术;针对数字煤矿在我国的实施情况,提出数字煤矿实施工作中应注意的五个问题。     

大规模三维地形可视化关键技术研究

对三维可视化技术的海量数据进行分析研究,简化了对管理数据模型进行划分的方法,提出了新流式数据处理方法,极大提高地形数据的调度效率.同时指出利用LOD模型和小波理论进行地形简化是十分有效的,最后使用纹理像素值代替分层设色法中各顶点高程指定的颜色值的纹理映射技术提高了地形模型的真实感.     

基于蓝光GIS的矿山可视化生产调度系统

本文介绍了采用C/S+B/S模式开发的矿山可视化生产调度系统的技术和应用情况。只需在二维采掘工程平面图中录入工作面的静态和动态信息,即可自动计算产量、自动填绘二维图形、生成三维模型,同时计算结果自动更新相关数据库,并结合各种调度基础数据及其数据关系自动生成调度报表。本文论述了对生产调度图形的管理,以及生产调度数据的处理、统计和分析应用,实时掌握生产动态和生产趋势,实现生产信息可视化调度和分析,为决策者提供了完备的生产调度信息和准确高效的分析手段。     

综合地质信息服务平台的研究及应用

如何高效地从海量地质大数据中挖掘提取出有用的知识,是当前研究的核心,主要难点体现在数据高效管理、大数据深度分析和大数据快速可视化。为此,文章论述了综合地质信息服务平台的研究的主要内容,包括前期各类数据资源的收集、标准化,三维模型的构建,数据的集成与应用,初步实现地质成果多维、地下—地上、地质—地理、时空—属性大数据的一体化存储、管理、调度、辅助决策。综合地质信息服务平台的建设是对传统的地质工作成果进行梳理和升级改造,能够为智慧城市建设和保障城市安全提供可靠、高效、便捷的地质数据技术支撑。     

基于钻孔数据三维地质体的数据结构的描述

针对数字矿区和岩土工程中基于钻孔数据和剖面数据建模问题,提出了一种适合描述基于钻孔数据三维地质体的数据结构。并在Visual C++6.0编程环境下,借助于OpenGL图形库,实现了复杂地质体建模及可视化。通过实验数据验证,该数据结构不但在很大程度上提高了建模效率和实现数据的动态更新,而且提供了三维的空间交互、查询和分析功能。为我国矿山三维地质建模及可视化软件中数据结构的设计提供了参考,促进了我国矿山信息化的建设。     

数字高程模型与等高线的三维一体化快速生成

介绍了三维虚拟环境中的数字高程模型与等高线一体化快速生成表达方法。首先讨论了基于移动拟合和移动加权平均两种算法快速生成数字高程模型的实现过程,提出在样点奇异区采用移动加权平均法替代移动拟合法插值可大大提高插值效率。论述了在三维可视化环境下数字高程模型与等高线一体化显示的原理和方法,重点对“三角面串序列法”进行了论述,并给出了其在流域治理规划应用中的实例。     

矿山三维实体类型及建模方法

矿山三维GIS是数字矿山重要的支撑技术,而矿山三维实体的分类和建模是矿山三维可视化与管理的基础。首先对矿山三维实体进行了分类,并根据矿山三维实体在生产过程中赋存状态,将其分为静态实体集和动态实体集;接着,提出扩展的表面模型实现静态实体集的建模,使用体元模型实现动态实体集建模;然后,描述了两类实体集的在三维空间中整合管理与显示的方法;最后,以湖南某金属矿山为例,验证了所提方法的可行性。