第三讲 电子地图数据模型

第27卷　第4期2007年12月西安科技大学学报J O U R N A L O FX I′A NU N I V E R S I T YO F S C I E N C EA N DT E C H N O L O G YV o l.27　N o.4D e c.2007 文章编号:1672-9315(2007)04-0612-05基于D E M电子地图的三维量算模型＊彭方思1,2(1.中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;2.山东省国土资源厅,山东济南250014)摘要:针对普通电子地图中很难对地图要素进行三维量测的问题,提出了基于D E M的电子地图的概念。

它实现了三维的D E M和二维的电子地图的垂直集成。

两者优势互补,不仅极大地提高了电子地图的空间表现能力和量算水平,还大大地扩展了对D E M的应用潜力。

探讨了用格网D E M与电子地图的集成方法,重点探讨了在基于格网D E M的电子地图上进行三维量算的数学模型。

关键词:D E M;电子地图;量算模型;格网中图分类号:P283.1 文献标识码:A3Dm e a s u r e m o d e l s o f e l e c t r o n i c m a p s b a s e do nD E MP E N GF a n g-s i1,2(1.S c h o o l o f R e s o u r c e a n dS a f e t yE n g i n e e r i n g,C h i n aU n i v e r s i t y o f M i n e a n d T e c h n o l o g y(B e i j i n g),B e i j i n g100083,C h i n a;2.S h a n d o n g P r o v i n c i a l B u r e a u o f L a n d﹠R e s o u r c e s,J i n a n250014,C h i n a)A b s t r a c t:A i ma t p r o b l e mo f d i f f i c u l t t o3Dm e a s u r e m a p s e l e m e n t s i n o r d i n a r i l y e l e c t r o n i c m a p s,i d e ao f e l e c t r o n i c m a p s b a s e d o n D E M i s b r o u g h t f o r w a r d.T h e m a p s m a k e3DD E Ma n d2De l e c t r o n i c m a p s t o v e r t i c a l l yi n t e g r a t e,a n dt o t a k e a d v a n t a g eo f e a c ho t h e r,a n dt o a d v a n c es p a t i a l r e p r e s e n t i n g m a p m e a s u r e a b i l i t y o f e l e c t r o n i c m a p s,a n d t o s t r e n g t h e n a p p l i c a t i o n p o t e n t i a l o f D E M.M e t h o d o f v e r t i c a l l yi n t e g r a t i n g g r i dD E M a n de l e c t r o n i cm a p s i s r e s e a r c h e d,a n d3D m e a s u r em o d e l s o f e l e c t r o n i cm a p sb a s e d o n g r i d D E Mi s s t u d i e d.K e y w o r d s:D E M;e l e c t r o n i c m a p s;m a p m e a s u r e;g r i d0　引　言在地图上量算地图要素的坐标、角度、长度、距离、面积、体积、高度、坡度、密度、梯度和强度等,是地图使用中常常需要的。

高速公路智能驾驶电子地图道路数据模型及表达一、道路场景高速公路的进入和退出通过互通式立交及对应的匝道来实现。

连接高速、主干道及高速连接路之间的匝道允许变速行驶。

在全封闭道路上，上行和下行一般会被交通护栏或树木隔离带等中央分隔带分开，高速道路场景见图1。

图 1 高速公路场景图中国的高速公路一般有道路起始点和结束点标志，高速道路起止点标识见图2。

图 2 高速公路起止点标识二、道路数据模型道路数据模型见图3。

道路关联关系 折线几何道路其它属性功能等级 匝道类型 属性车道编码 车道数量道路类型 道路方向图 3 道路数据模型三、道路属性 （一）道路方向道路方向分为以下三类：a)正向：表示道路通行方向与数字化方向一致；b)逆向：表示道路通行方向与数字化方向相反；c)双向：表示道路通行方向与数字化方向无关。

（二）道路类型道路类型分为以下三类：d)高速公路；e)城市高速/城市快速路；f)普通道路。

（三）车道数量车道数量应为包含常规车道、应急车道、路肩等所有车道的总车道数。

（四）车道编码车道编码应按照通行方向从左向右编码。

（五）匝道类型匝道类型包含以下类型：g)高速道路连接匝道；h)高速入口匝道；i)高速出口匝道。

（六）功能等级功能等级分为5 个等级：j)等级1；k)等级2；l)等级3；m)等级4；n)等级5。

（七）其它属性其它属性可包括上下行分离属性、隧道属性等。

上下行分类属性如下：o)是；p)否；q)未调查。

隧道场景下，高速道路应表达隧道属性信息。

（八）道路几何高速道路几何表达位置为沿通行方向左侧第一车道的右侧车道标线处，几何形状的表达方式为折线或曲线，几何表达位置见图4中黄线所示。

图 4 高速道路几何表达位置四、道路与其他要素关联关系道路应与导航地图建立关联关系。

五、道路表结构存储道路属性信息见表 1。

存储道路节点信息见表3。

从所有候选码中选定一个用来区别同一实体集中的不同实体，称作主码。

一个实体集中任意两个实体在主码上的取值不能相同。

联系(Relationship)：实体之间的相互关联。

联系的种类实体之间的联系的数量，即一个实体通过一个联系集能与另一实体集相关联的实体的数目。

结构数据模型结构数据模型的三要素：数据结构数据操作数据的约束条件1.数据结构描述系统的静态特性，即组成数据库的对象类型。

包括：数据本身：数据之间的联系在数据库系统中一般按数据结构的类型来命名数据模型。

2.数据操作▪数据模型要定义操作含义、操作符号、操作规则，以及实现操作的语言。

.数据的约束条件数据的约束条件是完整性规则的集合，规定数据库状态及状态变化所应满足的条件，以保证数据的正确、有效、相容。

三、结构数据模型示例层次模型网状模型关系模型1.层次模型▪用树结构表示实体之间联系的模型叫层次模型。

▪树由节点和连线组成，节点代表实体型，连线表示两实体型间的一对多联系。

▪优点：▪结构简单，易于实现。

▪缺点：▪支持的联系种类太少，只支持二元一对多联系。

▪数据操纵不方便，子结点的存取只能通过父结点来进行。

IBM的IMS数据库，1969年研制成功▪2.网状模型是一个满足下列条件的有向图：可以有一个以上的节点无父节点。

至少有一个节点有多于一个的父节点（排除树结构）。

表达的联系种类丰富。

结构复杂。

关系中数据项之间存在两种依赖关系：函数依赖和多值依赖。

▪范式范式是对关系的不同数据依赖程度的要求。

通过模式分解将一个低级范式转换为若干个高级范式的过程称作规范化（概念的纯粹化）。

通常我们按属性间情况来区分关系规范化的程度为：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、修正的第三范式（BCNF）、第四范式（4NF）。

范式之间的关系如下图所示：一、RDBMS的局限表达能力有限RDB的基本结构是二维表，是一种平面结构，无法表达嵌套的信息结构。

在CAD等系统中，嵌套大量存在，如机器由很多部件构成，每个部件又由多个零件构成。

《导航电子地图》课程标准1 课程概述1.1 课程名称课程名称∶《导航电子地图》1.2 学时与适用对象课程共计理论课时48学时。

本标准适用于测绘地理信息技术相关专业。

1.3 课程定位导航电子地图是测绘工程技术专业群的专业课。

课程引入《地理信息技术基本术语》、《电子地图制作规程》、《地理信息兴趣点分类与编码》、《导航电子地图图形符号》、《导航电子地图框架数据交换格式》、《手机地图产品数据规范》、《车载导航电子地图数据质量规范》、《导航电子地图安全处理技术基本要求》、《地理信息公共服务平台电子地图数据规范》等标准。

通过本课程的学习，使学生能够进行电子地图制作与分析、三维建模与分析、导航电子地图设计与开发等等工作。

本课程预修课程为《地形测量》、《数字测图》、《计算机制图（CAD）》、《地理信息系统应用》、《控制测量与GNSS》等，修完本门课程后，学生科进行电子地图制作与分析、三维建模与分析、导航电子地图设计与开发等生产方面的工作。

2 工作任务与课程目标2.1工作任务与职业能力本课程是以工作过程为导向，以能力为目标，以学生为主体，以素质为基础，以项目为载体，以任务驱动的理论和实践一体化的课程。

通过不同项目工作任务的训练，培养掌握电子地图制作、分析，导航电子地图相关理论知识，具备地理信息数据采集、电子地图制作、电子地图分析能力，能够进行外业导航地理数据采集、内业导航地理信息制作，从事组织管理、项目实施、内外作业等工作的高素质技术技能人才。

2.2 课程目标通过学习本课程，可以加深对导航电子地图基础知识的理解，电子地图制作与分析、导航电子地图制作的生产流程、工序及过程，从基础到应用，从理论到实践组织课程教学。

按照岗位职业能力要求，筛选知识点和技能点，突出培养学生的职业岗位能力，预计达到以下具体目标：知识目标：1.掌握电子地图的基本概念；2.掌握电子地图的空间数据模型；3.掌握电子地图的可视化处理；4.掌握三维电子的基本知识；5.掌握电子地图的分析方法；6.掌握导航电子地图的基本知识，导航原理宇导航系统的构成；7.掌握导航电子地图数据及数据结构。

三维电子地图三维电子地图讲稿一、三维电子地图的背景随着计算机图形学、数据库应用的深入,电子地图和GIS得到了快速的发展,并己大量投入到实际运用中。

其主要应用领域一直是空间数据的二维可视化。

同时人们越来越多地要求从真三维空间来处理问题。

在八十年代末期,随着计算机三维建模技术的出现和发展,许多研究者开始了三维地形、地物等自然场景的表现,并延伸出针对地图的三维可视化研究。

而地图的三维虚拟表达是一个以科学可视化与虚拟现实理论、地图符号与色彩理论以及信息传输、空间认知、地图感受等为理论基础,涉及三维可视化与虚拟现实技术、数字制图技术、地理信息技术、多媒体技术等多学科和技术的研究领域。

从应用的角度研究三维电子地图模型,对于增强地图表现力、提高广大地图用户的识图用图水平有很大作用,因此地图走向三维可视化是其发展的方向和必然趋势,同时地图的三维表达也是地图虚拟现实可视化的前提。

三维地图和虚拟现实地图己经成为地图学的一个新的研究领域,它们的研究也将促进地图学理论和技术的进一步发展二、三维电子地图的现状和存在问题三维电子地图经过十余年的发展,在许多方面取得了丰富的成果,在一些领域逐渐开始得到应用。

但是,三维地图也面临着一些技术挑战,许多关键技术没有得到很好的解决。

列入,如何自动重构三维地理数据源,如何实现海量数据的可视化等。

而且由于三维地理数据具有海量的数据和复杂的数据关系,而目前的数据库系统并不支持三维空间数据的管理,因此,需要在扩展目前的数据库系统的基础上,解决空间数据的管理和空间查询等关键问题。

当前研究和开发三维地图的思路可归纳为:(1)由二维向三维可视化领域扩展,包括由平面图转化为三维图形,典型的例子是对卫片通过专门仪器描绘出等高线或者获得DEM技术非常成熟,其数据格式通用性很强,可以描述大范围内的地图地形;(2)直接采集三维数据,三维电子地图设计与实现构建三维图形,包括建立三维仿真、虚拟现实(VR)等,多数属于专有数据,偏向于小范围内的细节展示,不适合于大范围的城市概貌的表现;(3)近两年,随着网络技术的飞速发展,电子地图的研究和应用也开始转向Internt网络,例如利用工nternet网络在WEB上发布和出版二维航片、公路交通图和三维地形数据,为用户提供空间数据浏览和简单的查询功能,具有应用范围广泛、应用平台无关性、操作简便等特点。