基于三维GIS的实例研究

【摘 要】随着信息技术的高速发展，以及人们对虚拟三维空间可视化的需求，三维GIS技术的应用越来越广泛，并且随着三维实景地图项目的不断开展，三维GIS技术已经越来越深入到人们的生活。本文首先介绍了GIS（地理信息系统）以及三维GIS技术，然后讲述了关于三维GIS在实际中的应用，例如Google earth实景地图、“数字地球”、 新疆三维可视化公路地理信息系统、新疆油田三维GIS技术开采等。最后，本文讲述了一个基于三维GIS的实例—新疆三维可视化公路GIS，并对其进行了进一步的研究分析，主要是研究了其核心技术、三维可视化系统地理信息系统在公路管理中的应用以及三维可视化系统地理信息系统。

【关键词】三维GIS；新疆油田项目；实例研究

随着现代勘测技术在地形图绘制中的应用，并且由于计算机信息技术的快速发展，地理信息系统（Geographic Information System）开始被人们认识，并且得到了快速发展。由于GIS具有地理定位功能、地理信息采集分析储存输出功能、动态预测以及空间分析功能等，所以其在地理探究、地理项目决策中起到了重要作用。随着3D（三维）技术的不断发展和应用，人们将三维技术与GIS技术相结合，就是三维GIS技术，该技术整合了三维技术和IS技术的优点，其使用起来更方面更直观，得到了广泛认可。

1、三维GIS（地理信息系统）

GIS即地理信息系统，综合了地图学与地理学，属于信息系统范畴，主要包括数据、硬件、过程、软件以及人员等部分。基于三维空间的GIS即三维GIS，三维GIS广泛应用采矿、石油、地质、交通以及航空等领域中，目前，三维GIS开发利用的思路主要分为两个大类：一类是从可视化理念出发，另一类是从数据库理念出发。而三维GIS新的发展方向是综合空间管理理念与可视化理念，构建集成三维GIS系统。一个三维GIS可行性方案一般包括：分析、建模（主要方式有拓扑建模、数据建模以及网络建模）以及解决方案等。常用的三维GIS软件主要有Google earth系列、超图系列、国遥系列、中科宇图系列、Skyline系列、ArcGIS 3D系列等。

2、三维GIS技术的应用现状以及新疆地区的三维GIS应用

目前，三维GIS的应用已经越来越广泛，例如Google earth实景地图的应用，已经深入到千家万户，使用起来简单方便，且内容丰富。并且，随着“数字地球”的提出和建设发展，三维GIS技术得到了更广泛的应用。“数字地球”的核心技术是3S，即GIS技术、RS（遥感）技术以及GPS（全球定位系统）技术。在“数字地球”的六项基础技术之中，有一项是虚拟现实以及可视化技术，其所用的编程语言就是三维造型的面向对象的语言，正是对三维空间造型的要求，使得三维GIS技术在“数字地球”中处于核心技术地位。

在新疆地区，三维GIS技术的应用也越来越受重视，在两千零五年，“新疆公路交通GIS和遥感技术应用研究”项目顺利通过验收。该项目使用的软件平台是国内先进的三维GIS软件系统，结合三维GIS技术、RS技术以及VR（虚拟现实）技术，研发了三维可视化公路GIS，也叫做“新疆公路数字沙盘”。

新疆油田开采项目中，也应用到了三维GIS技术，使用的软件平台是skylinesoft公司的terrasuite系统（简称Skyline terrasuite系统）。并且目前，新疆地区正在筹划开发研究基于三维GIS技术的非金属矿产资源三维建模以及分析系统。

3、新疆公路项目中三维GIS技术应用实例研究

本文主要对基于实景的三维可视化公路地理信息系统的开发建设进行研究。研究内容主要包括：项目介绍、核心技术、三维可视化系统地理信息系统在公路管理中的应用、三维可视化系统地理信息系统。

3.1 项目介绍

“新疆公路交通GIS和遥感技术应用研究”是基于三维GIS技术、RS技术以及VR（虚拟现实）技术的三维可视化公路系统，该项目构建的地理信息系统，具有信息查询功能、三维实景仿真功能以及动态可视化功能。该项目还对GIS技术在新疆公路管理、出行以及修建等中的应用做出了前景估计，初步构思了新疆未来公路的数字化控制方案。

3.2 核心技术

该项目的核心技术是三维GIS技术、VR技术以及RS技术。VR技术即虚拟现实，通过VR技术，系统可以显示实景仿真效果，RS技术即遥感技术，通过RS技术，可实现系统的对公路信息的采集传输处理等功能。

3.3 三维可视化系统地理信息系统在公路中的应用

该项目研发的三维可视化系统地理信息系统在公路中，可用于公路施工建设、公路路政管理、公路维修养护、公路应急管理、人们出行管理等。

3.4 三维可视化系统地理信息系统

三维可视化系统地理信息系统主要包括五个层次：服务用户层、应用业务层、数据业务层、数据地理层以及信息采集层。利用RS技术从高空中，收集地表的地理信息（在此处主要为被监控路段的公路及公路两侧信息），采集到的这些信息均为实时动态的信息。然后将这些信息通过采集信息层传输到数据地理层，在数据地理层中嵌有三维GIS软件平台，三维GIS软件平台与遥感RS技术兼容，能对收集到的信息进行动态监测、做出矢量图，将实景信息收入到近景影像库，并对交通流量进行监控等。这些处理后的信息通过GIS系统传输到数据业务层以及应用业务层。在三维可视化系统地理信息系统，三维GIS技术的应用主要包括对信息进行分析，建立模型，模型的方式主要有拓扑建模、数据建模以及网络建模，在公路系统中，采用的主要是数据模型，然后解决方案一般都是利用三维GIS软件对相关信息进行处理传输。数据业务层主要包括有关公路的信息，如路况信息、路面信息、安全设施、隧道或桥梁情况、绿化情况、坐标信息等。而应用业务层则运用了VR技术，将经过三维GIS技术处理过的信息转换成基于可视化模式的三维实景图，在可视化公路管理中心中，实时三维实景图可以更加准确直观的将公路信息显示出来，便于进行公路施工建设、公路路政、公路维修养护、公路应急措施、人们出行等管理。服务用户层主要是面向大众的，用于查询公路信息等。

4、结论

本文首先介绍了GIS（地理信息系统）以及三维GIS技术，三维GIS技术开发利用的思路主要包括：从可视化理念出发，从数据库理念出发。三维GIS新发展方向是综合空间管理理念与可视化理念，构建集成三维GIS系统。一个三维GIS可行性方案一般包括：分析、建模（主要方式有拓扑建模、数据建模以及网络建模）以及解决方案等。三维GIS技术在实际中应用广泛，例如Google earth实景地图、“数字地球”、 新疆三维可视化公路地理信息系统、新疆油田三维GIS技术开采等。本文最后对新疆三维可视化公路GIS技术项目进行了介绍，并对其开展了进一步的研究分析，主要研究了其核心技术、三维可视化系统地理信息系统在公路管理中的应用以及三维可视化系统地理信息系统。

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作者简介：

李玺（1979-），男，新疆乌鲁木齐市人，工程师，主要从事工程测量及航空摄影测量工作。

项目来源：新疆维吾尔自治区交通厅计划项目。