三維地理信息系統(tǒng)建設研究

張軍 靳娟麗

摘要：數(shù)字三維地理信息系統(tǒng)建設項目，制作完成三維地形場景，全部以三維立體化的形式展現(xiàn)，利用該系統(tǒng)可更加有效地服務于國土資源管理等各個領域。用3D模型直觀顯示出城區(qū)及規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀和農(nóng)村土地的利用現(xiàn)狀分布情況，構(gòu)成了三維立體景觀，建成數(shù)字三維地理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)還可以實現(xiàn)多系統(tǒng)兼容功能，為未來“數(shù)字城市”的建設提供重要基礎保障，對信息時代經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展起到積極的推動作用。

關鍵詞：數(shù)字三維地理信息系統(tǒng)建設 GIS 數(shù)據(jù)庫

利用計算機技術、地理信息技術、遙感技術等多種高新技術手段，建立一個多尺度、多數(shù)據(jù)源的城市空間基礎數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)實現(xiàn)在三維可視化環(huán)境中對多源多時相影像、矢量等海量數(shù)據(jù)的組織管理、查詢?yōu)g覽、統(tǒng)計分析等操作，為政府決策和城市建設提供基礎測繪保障，為政府部門、城市建設和國民經(jīng)濟各行業(yè)提供基礎地理信息服務，為“數(shù)字城市”建設和應用提供信息支撐，為城市可持續(xù)發(fā)展服務。

1 系統(tǒng)建設內(nèi)容

①按照系統(tǒng)建設的相關技術規(guī)范和標準，對系統(tǒng)所需的基礎數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)進行處理并入庫，設計和建立“地理信息數(shù)據(jù)庫”。其中基礎數(shù)據(jù)的處理包括基礎數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查、數(shù)據(jù)分類存貯等；數(shù)據(jù)的入庫包括矢量數(shù)據(jù)的入庫、影像數(shù)據(jù)的入庫以及屬性數(shù)據(jù)的入庫。

②系統(tǒng)展示了地形地貌的三維地表模型，制作城區(qū)和規(guī)劃區(qū)主要建筑物的精細模型，開發(fā)了數(shù)字成縣三維地理信息系統(tǒng)，展示成縣的地形地貌、城鎮(zhèn)建設與縣域全貌。

③整合各部門配合提供的相關資料與成果，系統(tǒng)主要實現(xiàn)國土部門的文本、圖片、多媒體等專題信息與成果安全共享、高效管理與維護的功能。

④根據(jù)經(jīng)濟文化特色，以空間數(shù)據(jù)為信息載體，在地理空間信息共享平臺上發(fā)布各類專題數(shù)據(jù)，形成相應的專題應用系統(tǒng)，直觀地反映經(jīng)濟發(fā)展狀況、城市建設現(xiàn)狀。

⑤通過功能設計、功能開發(fā)、系統(tǒng)測試等階段建設一個集數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)瀏覽、成果展現(xiàn)、專題應用、應用分析、三維可視化瀏覽等功能于一體的數(shù)字成縣三維地理信息系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)開發(fā)與功能實現(xiàn)

對數(shù)字三維地理信息系統(tǒng)平臺建設項目進行開發(fā)，實現(xiàn)以下功能：

2.1 基本功能。①三維交互瀏覽：系統(tǒng)通過鼠標、鍵盤、操縱桿、控制面板或者任意組合方式來控制飛行的速度、高度視角，使得用戶可以靈活、便捷的在三維場景中瀏覽漫游，操作簡單，易于使用。隨著鼠標的移動顯示到達的地域名稱、狀態(tài)欄坐標切換顯示。②地圖縮放：通過鼠標滾輪滾動方式或者左下方的工具條來自由縮放三維影像地球，從不同的高度來瀏覽窗口，并且直接定位到房屋、街道、城市、國家、全球的高度。③量測功能：系統(tǒng)利用空間距離測量工具、垂直距離測量工具和面積測量工具進行簡單的量測。④查詢功能：查詢功能包括基本查詢、三維坐標查詢、對象的屬性信息查詢等。⑤圖層控制：帶有圖層管理的樹狀結(jié)構(gòu)，對地形、影像、模型、矢量等數(shù)據(jù)圖層的分層管理。設置圖層開關，控制圖層顯示與否。矢量圖層選擇標注屬性項，并可改變矢量線劃、文字等樣式。用戶能夠根據(jù)自己的需要對三維場景中的圖層顯示進行控制，可以任意選擇要顯示的圖層。⑥定點漫游：系統(tǒng)允許用戶選擇預先定義的路徑進行飛行漫游；用戶也可以自定義路徑進行飛行漫游，并可以控制飛行過程中的觀看速度、角度和姿態(tài)。

2.2 國土專題功能。①國土信息疊加：國土信息疊加包括土地清理清查工作成果數(shù)據(jù)疊加和第二次全國土地調(diào)查成果數(shù)據(jù)疊加。②信息實時標注：三維場景實時標注信息（包括文字和圖片信息）并保存到工程中（保存在

服務器端）。③搜索定位：包括地名查詢和坐標定位。④二維導航：系統(tǒng)支持同步顯示二維圖形和三維場景，在三維場景中漫游時，二維圖形實時指示用戶的位置和行走方向。

2.3 輔助分析功能。①日照分析：根據(jù)當前系統(tǒng)時間，反映真實時間中城市的明暗變化，并能夠表現(xiàn)出建筑物不同面的明暗變化，可任意角度觀察建筑物單體的全天日照表現(xiàn)動畫，可模擬顯示瞬時的日照陰影遮擋效果。②通視分析：能對三維場景中兩點之間的可見性進行通視效果演示。③視域分析：分析觀察點到某一扇形弧線上所有點的全部視線。④地形剖面分析：分析兩點間的最大、最小坡度以及最大高程等，分析的結(jié)果是繪制出剖面圖。

2.4 其他功能。①場景輸出：可定制高分辨率三維場景圖像輸出；②視頻輸出：可定制飛行瀏覽視頻輸出。

3 技術路線

4 空間數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)字城市地理信息系統(tǒng)主要由城市基礎空間數(shù)據(jù)庫以及對該庫進行管理操作的應用軟硬件系統(tǒng)組成，其中， 數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)建設的核心?；A空間數(shù)據(jù)庫是將表示城市基本面貌的道路、建筑物、水系、境界、植被、高程、地名等信息以數(shù)據(jù)庫形式組成的集合，具有基礎性、公益性和共享性等特征。

基礎空間數(shù)據(jù)庫的建設由四部分組成：矢量數(shù)據(jù)庫、柵格數(shù)據(jù)庫、元數(shù)據(jù)庫以及三維數(shù)據(jù)庫。

4.1 矢量數(shù)據(jù)庫建庫。主要包括核心地形要素數(shù)據(jù)庫、地名地址數(shù)據(jù)庫、土地覆蓋數(shù)據(jù)庫、城鎮(zhèn)地籍數(shù)據(jù)庫等。根據(jù)城市系列比例尺的基礎地形數(shù)據(jù)，進行分層分類編碼、屬性數(shù)據(jù)建庫、空間數(shù)據(jù)模型設計、空間數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗、拓撲檢查、拓撲重建、空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的入庫、空間數(shù)據(jù)存儲優(yōu)化、索引優(yōu)化等工作。

4.2 柵格數(shù)據(jù)庫建庫。主要包括數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)庫和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫等。柵格數(shù)據(jù)能夠快速、直觀、形象、全面地反映城市的變化，是數(shù)字規(guī)劃、應急指揮等應用系統(tǒng)的重要基礎參照數(shù)據(jù)，也是更新矢量數(shù)據(jù)和進行城市部件調(diào)查、位置信息服務數(shù)據(jù)采集更新的重要基礎數(shù)據(jù)源。

柵格數(shù)據(jù)庫建庫主要針對城市多種比例尺的航空和衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)、柵格地圖數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的建庫、入庫、管理、查詢檢索與快速獲取。

4.3 元數(shù)據(jù)庫建庫。城市地理空間元數(shù)據(jù)是對城市地理空間數(shù)據(jù)的描述，元數(shù)據(jù)庫建設能夠?qū)Τ鞘谢A地理數(shù)據(jù)進行有效管理，保障城市數(shù)據(jù)層矢量線劃數(shù)據(jù)、柵格影像數(shù)據(jù)、網(wǎng)格數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)、位置信息數(shù)據(jù)的有效使用和共享交換。元數(shù)據(jù)庫建設的最終目標是建立起地理空間信息數(shù)據(jù)資源的共享交換平臺。

4.4 三維數(shù)據(jù)庫。三維數(shù)據(jù)的建庫與一般二維數(shù)據(jù)的建庫具有很大的區(qū)別，一般經(jīng)過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)生產(chǎn)和數(shù)據(jù)上傳等幾個主要的過程。

5 結(jié)束語

三維地理信息系統(tǒng)建設是在原有數(shù)字城市建設的思路上，結(jié)合實際社會各行業(yè)需求的發(fā)展，以三維景觀模型為基礎，以地理信息系統(tǒng)為基礎平臺，實現(xiàn)城市發(fā)展規(guī)劃和管理，是目前社會發(fā)展的必然，如何獲取高效的地理信息系統(tǒng)，是目前系統(tǒng)建設的主要研究內(nèi)容，各個地方、行業(yè)、企業(yè)都在這一方面做研究，三維地理信息系統(tǒng)建設必然日趨成熟。

參考文獻：

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