3D—GIS地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

摘要：在介紹三維地理信息系統(tǒng)概念的基礎(chǔ)上，闡述了其發(fā)展和應(yīng)用的現(xiàn)狀，并對(duì)未來(lái)的趨勢(shì)做了初步的展望。

關(guān)鍵詞：3D-GIS,應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢(shì)

自上個(gè)世紀(jì)60年代在加拿大首次開發(fā)了地理信息系統(tǒng)（GIS）以來(lái)，不到50年間，GIS技術(shù)得到了迅速的成長(zhǎng)，在交通、電力、水利、土地管理、電信、消防以及城市規(guī)劃治理等領(lǐng)域都有了廣泛和高效的應(yīng)用。當(dāng)前，這一技術(shù)已突破了從二維到三維的“瓶頸”，出現(xiàn)了三維空間內(nèi)的GIS技術(shù)，給人們帶來(lái)了新的視覺沖擊，成為一新的發(fā)展方向。

1.三維地理信息系統(tǒng)概述

三維地理信息系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱GIS)，是以計(jì)算機(jī)的軟件和硬件作為依托，以空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)作為基礎(chǔ)，對(duì)本維空間數(shù)據(jù)加以科學(xué)的分析和管理，為決策、規(guī)劃和研究、管理提供逼真信息的一項(xiàng)全新的技術(shù)，這是一種介于空間技術(shù)、地理科學(xué)和管理科學(xué)的多方向、跨學(xué)科的新興研究領(lǐng)域。

三維GIS，又與虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）緊密相聯(lián)，是隨虛擬現(xiàn)實(shí)這一新技術(shù)的產(chǎn)生而發(fā)展起來(lái)的。VR技術(shù)是逼真模擬人在現(xiàn)實(shí)世界中的人機(jī)交互響應(yīng)，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛。因此三維GIS系統(tǒng)在一些國(guó)家也被稱為VRGIS系統(tǒng)。

2.三維地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)三維GIS研究較晚，可是卻獲得了相對(duì)突出的進(jìn)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)在這一行業(yè)中的規(guī)?？蛇_(dá)1000億元，有大約40萬(wàn)的從業(yè)人員，許多領(lǐng)域已達(dá)到或超過(guò)國(guó)際領(lǐng)先水平，在三維GIS方面的成就尤其突出，在北京就有靈圖、時(shí)空信步、國(guó)遙新天地等多家主流3D軟件商。當(dāng)前，三維應(yīng)用所涉及的行業(yè)或領(lǐng)域超過(guò)40多個(gè)。下面通過(guò)舉例來(lái)對(duì)三維GIS的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明

2.1土地資源規(guī)劃

利用三維GIS系統(tǒng)，可以建立起三維地理國(guó)土信息系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)三維建筑及其分布的精確可視化，使國(guó)土資源的規(guī)劃和決策、審批得以更加準(zhǔn)確、科學(xué)。特別是在系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)靈活、方便的更新和擴(kuò)展，能夠動(dòng)態(tài)更新，獲得實(shí)時(shí)的城市最新三維規(guī)劃模型。同時(shí)還可以對(duì)規(guī)劃中的城市進(jìn)行三維模擬仿真，演示未來(lái)城市的景觀和效果，作為設(shè)計(jì)和規(guī)劃的依據(jù)，提高城市規(guī)劃和管理的效率。

2.2礦產(chǎn)資源遙感監(jiān)測(cè)

根據(jù)對(duì)地下及海洋中的礦產(chǎn)資源遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果，資源的開采規(guī)劃和執(zhí)行狀況、地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)等信息，可以構(gòu)建出三維平臺(tái)，展示、分析、查詢、統(tǒng)計(jì)資源的狀態(tài)，這一方法具有多參數(shù)、多層次、實(shí)時(shí)或預(yù)測(cè)等功能和特點(diǎn)，滿足對(duì)礦產(chǎn)資源的遙感監(jiān)測(cè)及可視化應(yīng)用。

2.3礦井操作安全監(jiān)控

利用礦山企業(yè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，可以建立礦山企業(yè)的運(yùn)行分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下操作工（人）的定位，對(duì)設(shè)備（物）的狀態(tài)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程控制，對(duì)井下瓦斯（環(huán)境）等的指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，使企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、有效的層層管理和控制，提高礦業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)安全狀況，還可根據(jù)該系統(tǒng)的反應(yīng)分析或預(yù)測(cè)當(dāng)前的生產(chǎn)作業(yè)是足夠科學(xué)和合理，從而防范事故的發(fā)生。

2.4旅游景觀服務(wù)平臺(tái)

為了展現(xiàn)旅游景區(qū)的自然和歷史風(fēng)貌、文化景觀，可以利用三維GIS技術(shù)建立網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)，向訪問(wèn)者提供動(dòng)感、直觀和交互式的旅游信息平臺(tái)，推廣宣傳旅游資源和產(chǎn)品，提供相應(yīng)的信息服務(wù)，助推客戶和投資企業(yè)的對(duì)接，大大提升景區(qū)的對(duì)外形象和品牌效應(yīng)。

2.5軍事和公安指揮系統(tǒng)

三維GIS在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用也是最重要的一個(gè)方面，建立實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的三維地形地貌平臺(tái)系統(tǒng)，對(duì)于軍事學(xué)的重要意義是不言而喻的。當(dāng)前，這一技術(shù)在軍事方面的應(yīng)用水平高低，也是體現(xiàn)各個(gè)國(guó)家軍事實(shí)力的重要方面。

另外，三維GIS系統(tǒng)還可以應(yīng)用于公安110指揮系統(tǒng)，輔助進(jìn)行警情的實(shí)時(shí)監(jiān)聽，借助于攝像頭的實(shí)時(shí)監(jiān)控，了解治安及警力分布狀況，對(duì)于提高治安效果，打擊犯罪，提高警力的利用效率具有重要的意義。

2.6防洪防汛的預(yù)警和管理

根據(jù)水利資源和數(shù)據(jù)，可以建立交互式的三維防汛防洪預(yù)警和管理調(diào)度系統(tǒng)，對(duì)防汛預(yù)案進(jìn)行制定、修改或?qū)崟r(shí)更新和維護(hù)，作為抗洪減災(zāi)的決策平臺(tái)，為抗洪防汛提供有效的技術(shù)保障。

當(dāng)然，三維GIS的應(yīng)用領(lǐng)域不止上述幾個(gè)方面，隨著這一技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，必將獲得更為廣闊的應(yīng)用空間。

3.發(fā)展前景

3.1GIS的高維化趨勢(shì)

當(dāng)前，GIS軟件基本上能夠用數(shù)字高程技術(shù)模型或處理三維空間的實(shí)體坐標(biāo)，可是，因?yàn)闊o(wú)法有效地建立三維實(shí)體的拓?fù)潢P(guān)系，有些真三維的操作在實(shí)現(xiàn)起來(lái)就比較困難，也無(wú)法持續(xù)地體現(xiàn)實(shí)體的時(shí)間維度上的變化。所以，GIS將會(huì)進(jìn)一步向四維或多維化發(fā)展。

四維GIS，是指在原有的空間三維的前提下，加上時(shí)間維度或變量而成。以地質(zhì)特征為例，并不是一成不變的，而是隨著時(shí)間的變化呈動(dòng)態(tài)變化，有的變化較緩慢，而像地震、暴風(fēng)雨、水災(zāi)和滑坡等這些現(xiàn)象，卻往往會(huì)在特定的機(jī)制和條件下出現(xiàn)劇烈變化。所以，在三維基礎(chǔ)上加上時(shí)間維度，就會(huì)逼真地體現(xiàn)出這些變化。當(dāng)然，增加了時(shí)間維度，會(huì)產(chǎn)生很多問(wèn)題，其數(shù)據(jù)量也將呈幾何級(jí)數(shù)變化，導(dǎo)致在采集數(shù)據(jù)、存取和處理等各方面產(chǎn)生一系列的難度?？上驳氖牵@些難題隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，都會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)得到解決。

3.2三維GIS的智能、網(wǎng)絡(luò)以及高集成化趨勢(shì)

隨著我國(guó)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，在網(wǎng)絡(luò)上瀏覽以及發(fā)布數(shù)據(jù)是GIS發(fā)展方向，所以說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)化是可以說(shuō)是三維GIS的最流行、最前沿的操作平臺(tái)之一。

傳統(tǒng)的GIS的應(yīng)用主要是在空間的疊加分析以及數(shù)據(jù)庫(kù)方面，但知識(shí)處理方面和推理能力上相對(duì)欠缺，不難預(yù)見，3D-GIS系統(tǒng)會(huì)在智能化方面有更加廣闊的發(fā)展空間，也能更好地為人類社會(huì)服務(wù)。而智能GIS技術(shù)也必然會(huì)促進(jìn)其向高度集成化方向發(fā)展，并將在未來(lái)的應(yīng)用中有著廣闊的發(fā)展前途。

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