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3DGIS软件在地形分析中的应用_基于Te_省略_ExplorerPro开发地形

3DGIS 软件在地形分析中的应用

———基于TerraExplorer Pro 开发地形分析模块初探

浙江省测绘大队

高崇民

[摘要]本文阐述地形分析的概念以及如何进行数字地形分析后应用到实际工作中去,并以TerraExplorerPro作为进行数字地形

分析的系统平台进行了二次开发,使之更直观、形象地表达地形分析的成果。在本文中主要介绍基于TerraExplorerPro开发数字地形分析中典型应用之一———土石方计算功能实现。[关键词]地形分析TerraExplorerPro二次开发土石方计算x

xDy

z=f(x,y)

bxn-1xiξixi-1x1aOy

y=f(x)

0、前言

地形分析并不是一个新概念,人们在地形图上进行距离、方位、面积、体积的量算,利用地形图进行挖填方计算,路线选线、水库库容和淹没面积等都是人们利用地形图进行地形分析的实例。随着现代科学技术的发展,尤其是地理信息系统(GIS)在地图制作行业中的广泛应用,地形图开始以数字的形式存入计算机中,计算机通过以数字的形式描述地面点的空间坐标和地形属性代码来表示地形地貌,改变了人们常见的直观的如等高线法、地貌晕演法、分层设色法等地形图形式。人们将一定范围的地形表面以数字化的形式表达,并且其地形属性为地面高程时,即为数字高程模型(DigitalEleVationModelDEM),数字高程模型是新一代的地形图,是构建3DGIS的基础数据之一,也是进行各种地学分析的基础数据,DEM作为地形地貌数字化表达方式,其优点是不言而喻的,但它缺乏纸质地图的一览性和直观性,以往人们借助于视觉感受及简单的量测工具,如三角板等,就可以获得地形图上的地形起伏,坡面朝向等知识,但未经三维显示处理的DEM是无论如何也达不到以往的效果的。如何既能形象地展示真实地形地貌,又能以数字化的形式表现,这是当前地图学中的一个热点问题,本文通过对TerraEx-plorerpro的二次开发探讨,尝试在TerraExplorerpro基础上直观、形象地展示真实地理环境,进行数字地形分析实践。因为大部分的地形分析都是针对DEM数据进行的,因此本文主要介绍数字地形分析中典型应用之一———土石方计算功能实现。

1、TerraExplorerro二次开发简介TerraExplorerPro是一个强大的、易于使用的交互式3D环境工具,可以将结合大量的航片、卫星影像、地理地表信息、数字高程模型、以及矢量数据创建的大量三维地表数据集导入到三维浏览器中的功能。同时可进行实时的3D地形浏览以及利用外部数据源等功能。而且可以采用各种开发平台如VB/VC、.NET、Delphi作为基础开发平台,结合Ter-raExplorerPro提供的COM组件完成了对系统功能的定制以及深层次的二次开发。正因为具有这些优点,经过适当地开发就可以作为地形分析的3DGIS平台。

2、土石方计算原理

土石方计算的实质就是基于数字高程模型的体积计算,具体方法就是将自然地形DEM与规划地形DEM叠置起来求其差值,规划地形DEM可以是任何形式的曲面,但通常情况下为平面,如图1所示:

图1

VD=

ba

乙dxd(x)

c(x)

乙[f(x,y)-g(x,y)dy]

(1)

式中,f(x,y)为自然地形面,g(x,y)为设计规划平面。

根据二重积分的计算可知,即可以将二重积分化为先对x,后对y的二次积分,也可以先对y,后对x的二次积分,即实际工作中的取断面方向不同而采取的体积算法,即纵横断面法,这是道路规划开发等土方

工程中常采用的方法,实质是以一系列截面截割地形表面,并求取截面

面积,相邻截面之间的体积为截面积的平均值与等分间隔之积,总土方为所有相邻截面之间的土方之和。即为下式所示:

V(xi,xi+1)=g×S(xi+1)2

(2)

式中,V为相邻截面之间的体积,g为截面间隔,S为截面积,xi,xi+1意义见图2。

由此可知现在求取截面面积是关键。在DEM上求截面面积,可以采用数学中的求定积分方法,根据定积分定义此时的截面就是一个曲边梯形,如何求取曲边梯形的面积呢?如图2所示:

图2

同样我们将曲边梯形等分成n个窄曲边梯形,在每个窄曲边梯形上任取一点,以[xi]为底,f()为高的窄矩形近似替代第i个窄曲线梯形(i=1,2,…n),这样就得到n个窄矩形面积之和作为所求曲边梯形面积。而f()可根据地形起伏情况,在一定精度要求范围内设定一个阈值,从DEM上提取。通过以上数学分析可知,在DEM上计算土石方体积,主要在于获得给定点的高程,这样利用TerraExplorerPro本身的编程接口”IRender5”提供的两个方法就可以获取高程。

图3

3、利用TerraExplorerPro的接口实现土石方计算功能在TerraExplorerPro中的接口”IRender5”提供了两个方法:

1、HRESULTWorldToScreen([in]doubleWorldX,[in]doubleWorld-Height,[in]doubleWorldY,[out]VARIANT*doubleScreenX,[out]VARI-ANT*doubleScreenY,[in]intMode,[out]VARIANT*boolInScreen,[out,retval]long*pVal)其中参数:

WorldX———相应屏幕坐标对应的地形点X坐标。WorldHeight———相应屏幕坐标对应的地形高度值。WorldY———相应屏幕坐标对应的地形点Y坐标。doubleScreenX———地形点的坐标相映射的屏幕X坐标。doubleScreenY———地形点的坐标相映射的屏幕Y坐标。

276——

接面向个人,由个人凭限额簿到所在供应站随时领

取,供应站同时负责协助生产单位对这部分物资定额管理。

这样既可避免送料过于零散不利于专业总库配送物资的矛盾,又可以有效地保证现场使用。

5、推进式物资配送模式的送货作业

送货作业是利用配送车辆把用户调拨单的物品从总仓库配送中心,送到用户手中的过程。送货通常是一种短距离、小批量、高频率的运输形式。它以服务为目标,以尽可能满足矿区各单位需求为宗旨。从配送的时间来看,配送的有效距离最好在50公里半径以内,国内配送中

心、

物流中心,其配送经济里程大约在30公里以内。一是划分基本送货区域。首先将矿区各单位所在地的具体位置做系统地统计,进行区域上的整体划分,再将每一个矿区各单位规定在不同的基本送货区域中,作为配送货决策地基本参考。二是车辆配载。由于配送货物品种、特性各异,为提高送货效率,确保货物质量,必须对特性差异大的货物进行分类。在接到器材调拨单后,首先将货物按特性进行分类,以分别采取不同的送货方式和运输工具,如散装货物、精密配件、大宗材料、箱装货物、钢材、化学危险品等,按不同的类别进行配载;其次,配送货物也有轻重缓急之分,必须初步确定哪些货物可配同一辆车,哪些货物不能配同一辆车,以做好车辆的初步配载工作。三是暂定送货的先后顺序。在考虑其它影响因素,做出确定的送货方案前,应先根据矿区各单位器材调拨单的送货时间将送货的先后次序做大致的预定,为后面车辆积载做好准备工作。四是车辆安排。车辆安排要解决的是安排什么类型、吨位的配送车辆进行最后的送货。在安排之前,必须掌握好现有的车辆状况,哪些车辆可以安排、哪些车辆符合安排条件,即这些车辆的容量和额定载重量是否满足要求,其次,安排车辆之前,还必须分析器材调拨单上的货物信息,如,体积、重量、数量、对装卸的特别要求等。综合考虑多方面的影响因素后,再做出最科学的车辆安排。五是选择送货路线。知道了每辆车配送的具体地点后,如何以最快的速度完成对这些货物的配送,即如何选择配送距离短、配送时间短、配送成本低的线路,需要根据矿区各单位的具体位置,沿途的交通状况

等做出优先选择和判断。六是定最终送货顺序。做好车辆安排及选择好最佳的配送路线后,依据各车配送的先后顺序,即可确定矿区各单位的

最终送货顺序。

七是完成车辆积载。原则上知道了矿区各单位的配送顺序后,只要按“后送先装”的顺序装车即可。但有时为了有效地利用空间,可能还要考虑货物的性质(怕振、怕压、怕撞、怕潮)、形状、重量、体积等因素再做具体决定。

在实行推进式物资配送过程中,物资供应部门应树立全方位为一线服务的思想,明确直接对采掘需求负责这一新的职责界限,保证工作质量;专业总库要建立一支专业配送队伍,负责按需要配货和按时送料到作业现场;建立24小时供料制度,并遵循以下原则:正常用料隔日送,急需用料当日送,事故、抢修用料随时送;设立合理送料点。根据送料安全、运输工具能通行、用料集中等原则,由物资部门与内部生产需料单位共同协商,设立合理送料点。

煤炭企业供应物流系统实施推进配送模式是在现行的市场经济条件下,应现代企业管理的要求而建立的新型物流管理模式。它与现有的领料式系统相比,优越性主要表现在:利用计算机管理手段,提高了工作效率;压缩编制,提高了劳动生产率;降低库存,加速了物料周转,降低了物资成本,提高了物流质量。物流管理是一项复杂的系统工程,随着时代的发展,不断加强物流管理水平是企业管理永恒的主题,煤矿物资配送系统的优化,有利于降低吨煤成本,提高煤炭生产效率,融化“物流成本冰山”,提高煤矿行业竞争力,提高煤炭生产企业的经济效益和社会效益。

参考文献[1]陈荣秋,马士华.生产与动作管理[M].高等教育出版社.2004.[2]李文霞.煤炭企业物资供应新理念探讨[J].辽宁经济,2007(3).[3]刘德成.谈煤矿企业物资管理[J].煤矿现代化,2008(5).[4]王丹.煤矿企业内部物流管理的问题与对策[J].华北科技学院学报,2006(1).

(上接第275页)Mode参数如下:

o0———

可视点检验。o1———可视点检验(考虑其它对象和所有的地形要素)。

boolInScreen———给出的坐标系如果落在3D窗口中,则返回

True。

pVal———一旦本方法调用被返回,pVAl包含的布尔值用来说

明是否被给的坐标在3D窗口中可视。

2、HRESULTScreenToWorld([in]longScreenX,[in]longScreenY,[in,out]VARIANT*longObjectType,[out]VARIANT*doubleWorldX,[out]VARIANT*doubleWorldHeight,[out]VARIANT*doubleWorldY,[out]VARIANT*bstrObjectID)。其中参数:

ScreenX———

相应地形点的屏幕X坐标。ScreenY———相应地形点的屏幕Y坐标。longObjectType———对象类型,可使用如下组合:oOBJ_TYPE_TERRAIN=0oOBJ_TYPE_3DOBJECT=1oOBJ_TYPE_LABEL=2oOBJ_TYPE_PRIMITIVE=4oOBJ_TYPE_ANIM=8oOBJ_TYPE_BUILDING=16oOBJ_TYPE_SKY=32

doubleWorldX——

—地形点的X坐标。doubleWorldHeight———地形点高程。doubleWorldY———地形点的Y坐标。bstrObjectID———返回所选对象的id号。

通过灵活运用这两个方法就可以获取到三维场景中我们想要得到的任意点高程,如我们已知屏幕中三维场景上的某一点的屏幕坐标X、Y,想要获取它的实际高程值则同以下代码即可获得

objIRender5.ScreenToWorld(X,Y,reftype,outx,outh,outy,outobjId);…

其中x,y,h就是点的实际三维坐标。

在确定了获取高程内插阈值后,就可以得到截面线上的等间隔的

二维坐标x、

y,要想获取对应点高程则首先使用HRESULTWorldTo-Screen(…)得到屏幕坐标doubleScreenX,doubleScreenY。再使用HRE-SULTScreenToWorld(…)得到对应点高程。这样就得到了想要的高程值,将高程值代入上面的土方体积计算公式中即可得到土方量。

图4

4、结束语

通过对TerraExplorerPro三维浏览器内置的各种接口的二次开发可以非常方便直观地进行数字地形分析。数字地形分析是基于DEM的,而TerraExplorerPro对DEM的三维可视化管理方面是很强大的,既可以高度逼真地再现地形地貌,进行DEM的可视化分析,同时又可以在一定的算法基础上对地形属性给予定量表达。因此选择TerraEx-plorerPro作为地形分析的工作是非常适宜的,它不仅仅局限于简单的可视化分析和演示而且可以进行更深入的定量分析,本文的土石方计算就是数字地形分析中的一个较为深入的定量表达实例,希望为同行起到抛砖引玉的作用。

参考文献[1]周启鸣,刘学军.数字地形分析[M].北京:科学出版社,2006:P24.[2]同济大学数学教研室主编.高等数学第四版.北京:高等教育出版社,1996:P274

[3]SKYLINETerraExplorerPro

技术白皮书277——

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