工程测量中如何有效应用三维GIS技术的研究

摘 要：随着计算机信息技术的不断发展，我国空间探索能力的不断提高，GIS作为一种新兴的空间定位技术，被广泛地应用到了工程测量中。以往，GIS系统都只是一种二维技术，但是随着应用的广泛性，GIS技术对三维空间的处理能力也在不断提高。本文首先阐述了三维GIS技术的含义，然后就三维GIS技术在工程中的实际应用，对如何有效应用该项技术提出了几点建设性的意见。

关键词：工程测量；应用；三维；GIS技术

中图分类号：P258

GIS作为一种地理信息系统，在采矿，地质勘察和石油开采等事业中被广泛地应用。GIS作为一种地理信息系统技术，在空间分析上具有自己独特的优势。这门技术的核心就是要在实地测量的基础上建立一个相对应的数据库。这种技术能对数据库进行有效地管理，还能实现数字化的制图。随着我国科学技术水平的不断提高，GIS技术也得以快速发展，为了提高工程测量的准确性，人们对GIS应用技术的要求也越来越高。目前这门技术已经从处理二维空间上升到处理三维空间了，衍生出了三维GIS技术。

1 正确理解三维GIS技术的含义

目前，对三维GIS的定义主要有三种看法。第一种看法是从工具箱的角度出发的，认为GIS就是多种工具的总和。这些工具包括从现实世界中收集数据的工具、进行信息转换的工具和进行数据处理的工具。第二种看法是从组织结构的角度出发的，持这种观念的学者将GIS看作一种组织结构，认为这种组织结构具有存储、搜索和显示地理数据的功能。这个组织结构中包含了数据库、专家学者、和提供经济支持等几部分的内容，这几个部分负责提出解决各种环境问题的对策，并给予相应的决策支持。第三种看法是从数据库的角度出发的，将GIS技术看作一种数据库系统，认为它的主要功能就是检索和处理数据库中的各种数据，可以回答各种各样的问题。这三种定义的出发点和侧重点虽然有很大区别，但是都能体现出三维GIS技术在建造模型和进行空间测量上的精确性。

三维GIS技术在地理空间的处理上拥有非常强大的数据库，通过对地理模型进行分析，能够给工程测量提供各种信息，为他们进行地理研究和做出决策提供参考。运用三维GIS技术时，操作人员会利用X、Y、Z三个坐标轴来对空间目标进行定位，这样呈现在使用者眼前的就是一种立体的地理空间信息。在采用三维GIS技术进行工程测量时，需要很多不同的组成部分共同来完成。这种技术最核心的部分就是三维空间的数据库，通过数据的输入、分析和输出，就可以得出工作人员所需要的信息，为合理地进行工程测量提供数据支持。毫不夸张地说，整个地球或者是部分区域内的资源使用情况都可以通过三维GIS技术反映出来，它就是对人类实际生活环境的一种记录。同时，三维GIS技术也是利用计算机程序和相关的数据建立起来的一种地理空间的模型。这种技术除了为管理者提供决策支持外，还能对空间内的特定目标进行分析和处理，具有很强的空间分析功能。

2 三维GIS技术在工程测量中的表现特点

2.1 具有空间上的可视性

三维GIS技术在工程测量的过程中，具有空间上的可视性，具体体现在以下两个方面。一是能够很清楚地看到空间物体的轮廓特征，二是能够直观地反映出物体的地理属性信息。从第一点的角度来说，因为三维GIS技术能够利用相关数据模拟出空间关系的模型，所以操作者能清楚地看到空间中各种物体的本来状态。同时，由于这种技术是根据实际物体的具体大小进行等比例缩放的，所以对现实物体的反映不会失真失实，能够清晰地反映出它们的原本特征。从第二点的角度来说，三维GIS技术可以实现空间物体具体分布的可视化，这是因为它能将物体的地理信息和空间属性结合起来。例如测量人员想要了解某一个特定区域内的地理情况、人口密度和资源使用，只需要通过测量图片中的距离就能计算出实际的距离，相关的负责人就会对施工方案有一个初步的构思和设计。这样就实现了地理属性信息的可视化。

2.2 具有很强的空间指向性

在工程测量的过程中，三维GIS技术除了能够实现空间信息的可视化之外，还具有很强的空间指向性，在对目标区域进行信息分析的同时，还能帮助操作人员找到具有潜在开发价值的区域。这是因为三维GIS技术能通过不同的比例反映出地域空间的整体信息和局部特征。在比例的转换中，系统对数据地处理就会不断地变化。这就和我们看全国地图和全省地图一样。在全国地图中，我们只能看到一些比较大的山川河流。在省内地图中就会反映出省内的主要交通干线，一些不太明显内的山川河流也会出现在地图中。如果更进一步放大，甚至还可以看到具体的一个城镇的地理环境信息。综上所述，三维GIS技术可以根据操作人员的主观意志来对空间信息进行处理，所以具有很强的空间指向性。

2.3 具有清晰的空间思维能力

三维GIS技术能对空间事物进行具体地描述，在数据处理中储存空间事物之间的位置关系，所以在对空间分析的过程中，就能显示出清晰的思维性。它的空间思维性主要表现为，在利用三维GIS技术对相关的数据进行分析和处理的过程中，能够得到非常直观的数据分析图。因为三维GIS技术也是各种工具的总和，所以每个工具利用本身的特性对数据进行分析时，都会得出不一样的结果，系统在对这些结果进行分析时，就会对它们进行综合归纳，得出一个可视化的空间结果。利用三维GIS技术的这种空间思维性，我们可以找到空间之间的内在关系和具体的空间分布情况以及发展趋势。这种空间思维性是三维GIS技术所独有的特点，其是他信息系统所不具备的。

3 在工程测量中应用三维GIS技术的前景和方法

3.1 在工程测量中应用三维GIS技术的前景分析

三维GIS技术具有精确程度高、工作效率高和操作方便的特点，能为工程测量提供精确的数据，将误差控制在最小的范围内。同时，工程测量中运用三维GIS技术是工程测量技术发展的主要方向。所以三维GIS技术在工程测量中的应用前景是非常广阔的。通过航空拍摄或者是卫星的摄影图像技术，三维GIS技术对我国的国土资源开发和城市的建设规划提供了很多宝贵的资料，绘制了很多大比例尺的地形图和工程图，为工程测量奠定了坚实的技术基础。另外，三维GIS技术能够避免环境恶劣条件的干扰，保证工作的高效率和高精确度。而且，随着近些年来掌上电脑技术的不断发展，使得三维GIS技术的操作不再局限在室内，使用更加便捷，加快了它在城市规划和工程测量中的应用速度。

3.2 在工程测量中应用三维GIS的方法

（1）为工程测量提供相关数据

三维GIS技术在进行工程的地理数据测量时，会在屏幕上显示出相关的地理数据，这是三维GIS技术应用的主要内容之一。在屏幕上出现相关的地理数据之前，测量人员要提前选好屏幕的视觉变量，确定恰当的图形色彩和具体尺寸，从而确保图片的分层、分区和要素显示。在具体的工程测量中，三维GIS技术会将数据符号作为数据显示的重要内容。通过工具和技术的更新，三维GIS技术对数据符号的处理功能将不断强化，在充分运用图例的基础上，可以将相关的地理信息非常直观地反映在屏幕上，通过屏幕，测量人员就能实现对地理空间的可视化。另外，测量人员还可以根据屏幕上的标记，更加方便、更加快捷地获取到电子地图的数据。要想在工程测量中有效地应用三维GIS技术，获取数据就是必不可少的一步。

（2）进行科学地计算

在工程测量中应用三维GIS技术需要对数据进行科学地计算。在工程测量中，三维GIS技术要对模型中的数据进行系统的管理，将各种信息进行等级和类别的划分，并且将这些数据根据不同的主题，用图表的形式反映出来。例如，在实际的工程测量中，测量人员如果需要对不同的颜色和纹路走向进行对比分析，那么就可以利用三维GIS技术展示出数据的分类图。如果测量人员想对色彩的饱和度进行分类，就可以利用三维GIS技术对相关的图形进行分类，让图形数据满足使用者的需求。

（3）充分利用它的可视化功能

三维GIS技术能够利用三维仿真地图来实现空间的可视化，并且这种技术是建立在仿真基础之上的。在工程测量中，利用三维GIS技术能够将空间信息用三维立体的图像表现出来，让测量人员如同身临其境。随着三维GIS技术可视化的发展，将之应用在工程测量中能够促进地理信息可视化的发展。而且，现在的可视化技术已经和多媒体等技术手段结合起来了，改变了地理信息只能以图表、文字和图形等形式进行传输的方式，实现了地理信息的空间表达。三维GIS技术和图形、文字、动画、声音等一系列的表现形式互相融合之后，会极大地促进地理信息的可视化的发展，为工程测量创造更为便利的条件。

（4）充分利用查询和检索功能

要在工程测量中充分发挥三维GIS的作用，需要充分利用它的查询和搜索功能，通过搜索相关的地理信息，对数据库中的相关内容进行查询，就能够直观地反映出测量人员需要的地理信息。在实现三维GIS技术搜索和查询功能的过程中，查询的结果会通过图形、文字、表格等形式反映出来。同时，充分利用三维GIS技术的搜索和查询功能，还能促使工程测量的信息查询技术更上一层楼。

（5）采集地图的动态数据

在传统的工程测量中，数据往往是以静态的方式呈现出来的。三维GIS技术在工程测量中的应用实现了数据的动态收集。之所以能够实现地图的动画采集，是因为该技术在三维空间中加入了时间轴，这样里面的内容就会随着时间的变化而变化，并利用动画的方式呈现出来。地图数据的动态采集，可以通过调节镜头的焦距、开窗的范围大小，镜头的移动、闪光的强度和亮度等方式来实现。在工程测量中应用三维GIS技术是对二维技术的一种有效补充，能为相关负责人提供决策支持。

4 结束语

三维GIS技术如何应用在工程测量中不仅是自身的一种突破，还是工程测量发展的必然趋势。在工程测量中，三维GIS技术能够实现对数据的搜集、分析，是目前比较常用的一种数字模型解析工具。现在，这种技术除了应用在工程测量中之外，还能用于环境监测、海洋导航和预防灾害等方面的工作中，随着三维GIS技术的广泛应用，对它的技术要求也越来越高，所以掌握该项技术的研发人员和使用者应该不断提高它的空间处理能力，为测量事业的发展做出自己的贡献。

参考文献：

[1]李木子.现代工程测量三维GIS技术若干问题的研究[J].黑龙江科技信息，2010（25）.

[2]王培植.现代GIS技术及其在工程测量中的应用探讨[J].才智，2012（02）.

[3]陈军.现代测绘技术在工程测量中的应用研究[J].中国新技术新产品，2012（10）.

[4]朱越飞.工程测量中应用的最新技术[J].魅力中国，2009（05）.

[5]许懿娜，闵世平，缪志修.三维GIS技术在断面测量中的应用[J].测绘科学，2013（20）.

[6]王丛光，赵凯.三维GIS技术及其在工程测量中的应用[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2009（12）.

[7]燕松.浅议现代GIS技术及其在工程测量中的应用[J].城市建筑，2013（09）.

[8]吴婷.三维GIS技术在工程测量中的应用[J].科技与企业，2013（22）.

[9]郭鑫.现代GIS技术及其在工程测量中的应用探讨[J].科技资讯，2012（23）.

作者简介：林朝飞（1975-），男，四川攀枝花人，讲师，硕士，毕业于武汉测绘科技大学，研究方向：工程测量，GPS，GIS。

作者单位：攀枝花学院交通与汽车学院，四川攀枝花 617000