基于攝影測量與遙感技術(shù)的三維GIS的可視化技術(shù)研究

■王楚維

（青海省地礦測繪院 青海 西寧810001）

基于攝影測量與遙感技術(shù)的三維GIS的可視化技術(shù)研究

■王楚維

（青海省地礦測繪院 青海 西寧810001）

隨著社會的不斷發(fā)展和進(jìn)步，三維可視化立體視覺影像技術(shù)也隨著時(shí)代飛速發(fā)展，現(xiàn)如今三維可視化立體視覺影像技術(shù)在三維信息表達(dá)上面的優(yōu)勢日益被認(rèn)可，基于三維可視化的地理信息系統(tǒng)更是成為了數(shù)字地球信息時(shí)代發(fā)展的必然產(chǎn)物。本文主要對基于攝影測量與遙感技術(shù)的三維GIS的可視化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，同時(shí)也對基于數(shù)字?jǐn)z影測量與遙感的方法進(jìn)行介紹，并建立三維地形。

攝影測量遙感技術(shù)三維可視化GIS技術(shù)研究地理信息系統(tǒng)

0 前言

地形三維影像的可視化是測量學(xué)、地理學(xué)、遙感學(xué)、制圖學(xué)以及圖形影像學(xué)等學(xué)科融合發(fā)展而最終形成的一門較為邊緣的學(xué)科，隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展合計(jì)進(jìn)步，現(xiàn)在這門學(xué)科已經(jīng)逐步走向成熟并向社會法邁進(jìn)[1]。在進(jìn)入了90年代以后，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及三維可視化得到了迅猛的發(fā)展，在這種發(fā)展趨勢下，使得建立三維地理信息系統(tǒng)這個(gè)宏觀目標(biāo)終于成為可能。現(xiàn)在，數(shù)字地球這個(gè)概念的提出更是將建立三維地球系統(tǒng)腳步加快[2]。所謂的數(shù)字地球計(jì)劃是指信息社會的一部分，數(shù)字地球計(jì)劃是全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙測、仿與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）和網(wǎng)絡(luò)（Internet—Web）的高度升華和綜合，更是當(dāng)前科技發(fā)展的制高點(diǎn)和必然趨勢[3]。

1 三維GIS技術(shù)簡介

三維GIS技術(shù)是指把三維的空間坐標(biāo)（x，y，z）作為一個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，在數(shù)學(xué)上面表示為F=f（x，y，z）。而這里所說的三維GIS技術(shù)和目前比較熱門的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有本質(zhì)上面的區(qū)別。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要重視現(xiàn)實(shí)世界的一種較為實(shí)感的表達(dá)，以及與人得交互和沉浸。與此不同的是三維GIS技術(shù)更為注重三維空間的形象表達(dá)、空間的查詢、空間的分析。在三維GIS具體的表達(dá)過程中，有些地物可以不進(jìn)行表達(dá)，而是采用一些三維的符號來進(jìn)行表示，雖然一些地物可以不進(jìn)行表達(dá)，但是其必須在屏幕中顯示出來，其還需具有一定的屬性，同時(shí)還可以被用戶查詢到[4]。三維空間分析和空間數(shù)據(jù)結(jié)果的圖形表達(dá)與科學(xué)計(jì)算可視化之間有著不可分開的聯(lián)系，通過可視化技術(shù)對三維體以及數(shù)據(jù)場的研究可以幫助彌補(bǔ)GIS在三維圖形表達(dá)上面的缺陷，進(jìn)而推動三維GIS技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)如今三維GIS技術(shù)、視景仿技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、三維可視化技術(shù)的研究之間相互促進(jìn)、相互交叉，共同構(gòu)成了地形三維景觀的實(shí)現(xiàn)技術(shù)[5]。三維GIS技術(shù)總體上面也由三個(gè)部分構(gòu)成：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)部分、空間分析部分、數(shù)據(jù)顯示部分。在這三部分之中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)部分是三維GIS技術(shù)的技術(shù)，三維GIS技術(shù)的核心和關(guān)鍵部分是空間分析部分，而三維GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)顯示部分則是三維GIS技術(shù)提供給用戶的結(jié)果。

2 DEM的概念及其獲取方式

2.1 DEM的概念

DEM其實(shí)是DTM的一個(gè)分量，DEM的全稱為Digital Elevation Mode，其主要表示在區(qū)域D上面的地形三維向量的有限序列{Vi= Xi，Yi，Zi），i=l，2，…，n}，在這之中Zi表示的是（Xi，Yi）所對應(yīng)的高程，而（Xi，YiεD）則是表示平面坐標(biāo)。而在上述序列中的各個(gè)向量的平面點(diǎn)呈現(xiàn)規(guī)格網(wǎng)格排列時(shí)，可將其中的平面坐標(biāo)（Xi，Yi）省略掉，在這個(gè)時(shí)候，DEM就會得到簡化，簡化為一維向量序列{Zi，i=1， 2，…，n}。其實(shí)EDM有很多種的表現(xiàn)形式，其中主要有不規(guī)則三角網(wǎng)和規(guī)則矩形網(wǎng)格。不規(guī)則三角網(wǎng)就是當(dāng)所有高程點(diǎn)成離散的形狀進(jìn)行分布時(shí)，將相鄰的三點(diǎn)連接到一起就形成了三角網(wǎng)。矩形網(wǎng)格就是在所有高程點(diǎn)在二維平面上根據(jù)平行于（x，y）坐標(biāo)軸方向等間距排列時(shí)，將垂直和水平方面連接這些高程點(diǎn)，即形成矩形網(wǎng)格[6]。

2.2 基于攝影測量和遙感技術(shù)的三維DEM建立

數(shù)字地面模型主要包括高程數(shù)據(jù)和平面位置兩種信息，其數(shù)據(jù)可以直接在野外通過GPS或者是全站儀以及激光測距儀來進(jìn)行測量，或是是通過遙感影像、航空影像、既有地圖、干涉雷達(dá)等間接方式獲得。而基于攝影測量與遙感技術(shù)建立DEM的重要部分就是通過航空攝影測量和遙感來進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，而后在攝影測量方法的使用中選擇經(jīng)數(shù)字化改造的精密立體測圖儀或者是解析測圖，同時(shí)在數(shù)據(jù)庫的更新上面選擇交互式數(shù)字測量，因?yàn)檫@種方式的自動化程度比較高同時(shí)還可以估計(jì)地形特征以及生成的DEM的精度較高。

3 三維可視化地形景觀模型的構(gòu)造

把DEM和衛(wèi)星影像或者航空影像直接導(dǎo)入到ERDAS這個(gè)軟件之中，ERDAS軟件中可以將DEM和DOM疊加起來，然后經(jīng)過特殊的角度和光照處理最終生成三維地形景觀。

4 討論

現(xiàn)在三維GIS技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到了地學(xué)可視化、城市規(guī)劃、環(huán)境影響評估、地學(xué)教育等多個(gè)方面，同時(shí)三維GIS技術(shù)的發(fā)展和信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理科學(xué)等等相關(guān)學(xué)科的研究和發(fā)展有著不可分割得了聯(lián)系，尤其是可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多維地理信息系統(tǒng)的研究工作，將直接影響著GIS技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)在利用現(xiàn)代化的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)三維地形景觀快速生成并形成交互，將對于目前現(xiàn)有的多維地理信息的可視化具有非常重要的意義。

[1]尹鵬飛,王雙亭,王友,孟麗艷,陳萍.淺論攝影測量的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 [J].影像技術(shù). 2014(05)

[2]張偉,馮秀江.淺談攝影測量及其發(fā)展歷史 [J].山東煤炭科技.2013(02)

[3]劉志鋒,魏振華,黃笑鵑,李金萍.三維地質(zhì)模型動態(tài)更新方法研究——以水利水電工程為例 [J].中國農(nóng)村水利水電.2012(11)

[4]何磊,苗放,唐姝婭,李玉霞.無人機(jī)遙感圖像及其三維可視化在汶川地震救災(zāi)中的應(yīng)用[J].物探化探計(jì)算技術(shù).2010(02)

[5]潘磊.黃河灘區(qū)交互式三維GIS系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用研究 [J].治黃科技信息.2011(05)

[6]嚴(yán)偉,金芳芳,詹斌.攝影測量與遙感技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析 [J].中國高新技術(shù)企業(yè).2015 (26)

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-174-1