关于地理信息系统软件的 3 维功能及应用分析

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摘要：　对目前地理信息系统常用基础软件的　3　维功能现状和发展进行了分析探讨，并针对其　3　维功能在实际应用中发挥的作用进行了系统阐述。

关键词：　地理信息系统软件；3　维功能；地理信息系统

0引言

地理信息系统（　Geographic　Information　System，GIS）在测绘、土地、环境等领域发挥着日益重要的作用。传统GIS　软件的2维功能已经不能满足社会发展的需求，对3维　GIS　软件的研究已成为相关领域的热点问题。目前，许多GIS软件都提供了3维功能，如可视化、分析等功能，比较有代表性的软件有　GeoMedia，ArcGIS，MapInfo，MapGIS，SuperMap等。土地和环境管理及监测等领域越来越依赖GIS的3维功能。本文针对GIS　软件的3维功能进行了分析，并结合当前的社会情况对　3　维　GIS　在实际中的应用进行了阐述。

1　GIS　基础软件的3维功能分析

与2维GIS相比，对控件对象进行3维空间分析和操作是3维GIS　特有的功能。3维GIS　包括以下功能。

1）　3　维数据获取

一是利用遥感、测绘等技术直接获取3维数据；　二是利用数据交换接口，从其他数据库将不同格式的数据转到本数据库中。总体来说，3维GIS　具有灵活的数据交换接口，能容纳多源数据，使更多的数据能够被利用。

2）　3　维数据存储、管理

3维空间数据库是3维GIS的核心，存储庞大的3维空间数据需要高效适宜的数据库管理技术，实现快速连接、检索、提取等。

主要实现数据的编辑及图形数据的删除、修改等操作。

4）　3　维建模

3维空间是复杂的，基于3维的应用也有巨大的差异。地质、环境、数字城市等不同领域需要不同的　3　维模型，对3维GIS功能的需求也不一样。因此，3维GIS　针对不同应用领域提供不同的　3　维建模。

5）　3　维空间分析

它是3维GIS　独有的能力，直接在　3　维空间中进行操作与分析，空间分析应该是面向用户的，通过空间分析解决用户特定的问题，为决策者提供决策支持。3　维空间分析除了包括2维GIS的分析功能外，还包括针对3维空间对象的特殊分析功能，如查询、缓冲区分析、网络分析、地形分析、剖面分析和空间统计分析等。

6）　多维转换

即将传统的1维、2维对象转入到3维GIS中，区分出1维、2维对象在垂直方向上的变化，以及将时间维融入实现静态　3　维的动态化。

7）　数据输出、共享

将系统的3维数据以不同格式输出到其他系统中去，实现数据多次利用或利用设备输出2维、3维空间视图等。

2　3　维　GIS　的应用分析

2．1基于GIS的农地整理3维可视化

土地资源是人类赖以生存和发展的物质基础，为维持耕地数量的动态平衡、改善农业基础设施建设，GIS凭借空间分析功能与数据管理功能已广泛应用于资源环境管理中。目前，GIS　在农地整理中的应用，主要集中在土地整理规划信息系统、土地整理现状地物信息的提取、基于GIS　的土地整理评价问题中。

农地整理是一项复杂的系统工程，除了构建系统，提取信息，加以评价外，新技术逐步与农地整理工程的规划设计相结合。在成果展示方面应突破　2　维平面设计，体现田、水、路、林、村等地理信息的空间特性，实现规划成果的3维立体化，借助　GIS平台构建数字高程模型（　DEM）　，并加载　TM　影像纹理，创建现状3维地表景观，再嵌入　3维地物单元，最终完成农地整理规划的3维地表景观。

借助GIS平成　DEM　的构建与展现，并以此为依托，镶嵌其他　3　维地物符号，不仅可实现规划场景的3维立体效果，也为农地整理规划提供辅助信息。

2、2基于　3　维　GIS　的城市规划信息系统

城市是人类活动最集中的场所，城市信息化已经成为城市发展的主题，GIS　是城市空间信息表达和管理的主要手段。很长一段时间以来，基于GIS　的各种城市空间信息管理系统大多采用　2　维平面管理模式。随着现代城市从地面向地下、空中不断拓展延伸，城市空间多层次、立体模式管理逐渐成为城市管理的发展趋势，实现城市信息管理模式从　2　维到　3　维乃至多维方式的转变已经成为必然。

目前，由于现实世界的复杂性和多样性，真正意义上的3维GIS　还不是很成熟。结合3　维　GIS　发展历史和3维数字城市的建模情况，可以将3　维城市规划信息系统建设划分为三个层次。

1）　将DEM与遥感影像、地物纹理影像或其他专题影像进行叠加，生成3维影像，用以景观规划设计。

2）以DEM作为建筑物对象的承载体叠置　3　维建筑物模型。该方法强调建筑物主体特征，往往对建筑物形状进行简化，如根据楼层层数按一定的比例来推断建筑物高度，建筑物侧面使用模拟纹理或使用规则几何体（　如长方体、三棱体）　来表达等。此方法便于构建大范围的　3维数字模型，但模型仅能表达相对规则的建筑物，难以构建复杂的城市景观实体，主要用于表现细节水平较低的城市景观轮廓特征。

3）　设计真3维数据结构，如用点、线、面和体等要素来表达3维实体，利用摄影测量、激光扫描和其他地面测量手段，采用自动、半自动或交互式方法采集　3　维编码数据，并和近景拍摄的实际影像纹理相结合体现逼真的、和现实保持一致的城市地形和建筑物景观。

2．3　基于3维　GIS　的灾害监测预警系统

我国是世界上地质灾害最严重的国家之一。滑坡、泥石流等是导致人员伤亡的主要地质灾害类型。因此，急需对典型地质灾害及其预警方法进行研究，建立适用的地质灾害监测预警系统。飞速发展的计算机技术及其推广应用，以及20世纪60年代开始兴起的　GIS，为地质灾害的信息化和可视化分析开辟了重要的新思路。地质灾害研究是一项复杂的系统工程，大量的地质、勘察、科学计算信息的快速反馈与动态分析对地质灾害研究的　3维可视化提出了迫切的要求。

基于地质勘察与监测资料，可以利用先进的计算机技术、3　维可视化建模与网络技术，在地质建模基础上结合监测数据进行分析处理，建立地质灾害监测预警系统，为地质灾害的预测预警提供实时的决策支持。

3　结束语

随着现代化社会的发展，传统的　2　维　GIS　已经不能满足人们的需要。由于3维GIS　功能的增多，其应用也越来越广泛，在地质、环境、采矿、城市建设、信息管理等各个领域都有涉及。但是我们并不能停留在目前的基础上，更多的3维　GIS　功能和更广泛的应用领域都期待着我们进一步的开发。

参考文献：

［1］汤国安，杨昕．　ArcGIS　地理信息系统空间分析实验教程［M］．北京：　科学出版社，2006．

［2］吴秀芹．ArcGIS　9　地理信息系统应用与实践［M］．北京：清华大学出版社，2007．

［3］吴信才．MAPGIS　地理信息系统［M］．北京：　电子工业出版社，2004．

［4］吴信才．地理信息系统原理与方法［M］．　北京：　电子工业出版社，2008．

［5］姚娜．GIS、MapInfo　与　MapBasic　学习教程［M］．北京：　北京大学出版社，2000．