三維GIS在自然資源管理中的應(yīng)用探索

鄭緯 湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

GIS主要探測(cè)地球上某個(gè)位置直接或者間接的目標(biāo)以及相關(guān)的現(xiàn)象等信息，不僅要描述地理空間實(shí)體的性質(zhì)、特征、實(shí)體間的相互關(guān)系以及實(shí)體變化的狀態(tài)，還需要將采集到的信息進(jìn)行加工、表達(dá)、傳輸、處理、整合、分析和輸出。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，GIS也得到了巨大的發(fā)展空間，各種硬件設(shè)備不斷的完善，極大的提高了信息系統(tǒng)的處理功能，同時(shí)進(jìn)一步完善了運(yùn)行數(shù)據(jù)的輸入。GIS也不斷地更新?lián)Q代，新一代三維GIS技術(shù)，主要以二三維一體化GIS技術(shù)作為基礎(chǔ)框架，三維GIS技術(shù)的發(fā)展也加快了自然資源管理的進(jìn)展。

一、三維GIS的簡(jiǎn)介

（一）三維GIS介紹

三維GIS即三維地理信息系統(tǒng)，最早可追溯到20世紀(jì)60年代初，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為一種采集、儲(chǔ)存、管理、分析、整合與顯示的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，是分析處理大量自然資源數(shù)據(jù)庫(kù)通用的一種技術(shù)，三維GIS是信息技術(shù)時(shí)代計(jì)算機(jī)快速發(fā)展的產(chǎn)物，可以快速、有效、準(zhǔn)確、綜合性的對(duì)復(fù)雜的自然資源進(jìn)行系統(tǒng)的空間定位和動(dòng)態(tài)變化分析。

（二）三維GIS軟件

三維GIS技術(shù)在原有的GIS技術(shù)上有極大的突破，很大程度上是因?yàn)檐浖某墒臁⒂布O(shè)備的更新以及實(shí)踐應(yīng)用的普及。目前，國(guó)際市場(chǎng)上有幾百家各類GIS軟件研發(fā)與供應(yīng)單位，但是，占據(jù)主要市場(chǎng)的是少數(shù)的幾家，三維GIS軟件的研發(fā)是編程系統(tǒng)的進(jìn)一步完善，使得軟件在獲取大數(shù)據(jù)之后，分析所得結(jié)果通過(guò)計(jì)算機(jī)傳輸?shù)剿枰脑O(shè)備上。目前常見(jiàn)的三維GIS系統(tǒng)有：CLRview軟件、三維城市地圖、CyberCity Modeler 系統(tǒng)、ArcGIS軟件、Skyline軟件、MablockquoteGIS軟件、VRMablockquote、CCGIS/ VGEGIS、IMAGIS/ CyberCity等。

（三）三維GIS軟件具備的功能

三維GIS軟件主要具備以下功能：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、分析計(jì)算（方向、中心、距離、表面積、體積）、從其它系統(tǒng)引進(jìn)數(shù)據(jù)、最佳路徑、保存并操作真三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)、針對(duì)地理對(duì)象及其數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互式修改、不同數(shù)據(jù)模型要求進(jìn)行模型重建、比例尺差異性處理、內(nèi)部流體運(yùn)動(dòng)和其它方面的處理、視覺(jué)、分析各種模型構(gòu)建的趨勢(shì)模式與其它GIS模塊的聯(lián)系、核心數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)模型并導(dǎo)出報(bào)表等。

二、三維GIS的發(fā)展史

GIS 技術(shù)是源于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）技術(shù)，在CAD技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)得，上世紀(jì)60年代，加拿大土地管理應(yīng)用了GIS系統(tǒng)，在這之后的很長(zhǎng)時(shí)間里，計(jì)算機(jī)主要是一些專家在使用，GIS技術(shù)更是一種“曲高和寡”的技術(shù)，只有一些歐美的發(fā)達(dá)國(guó)家在系統(tǒng)中進(jìn)行了初步的應(yīng)用。GIS軟件的操作與應(yīng)用不太方便，無(wú)法普及，在國(guó)家自然資源管理中的應(yīng)用只是簡(jiǎn)單的制圖，只具備一些簡(jiǎn)單的空間檢索、定位、計(jì)算面積量等功能。

上世界90年代是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，基本上在中部普及。上世界90年代中期，隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)（personal computer，PC）的普及，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，GIS發(fā)生了巨大的變化，GIS的軟件研發(fā)變得更加靈活、多樣化，能夠更好的將同類型業(yè)務(wù)系統(tǒng)整合到一起，在服務(wù)端能夠與通用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更好的集成，將國(guó)家自然資源的空間地圖數(shù)據(jù)更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇鎯?chǔ)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行集成，把國(guó)家自然資源的信息以圖文的形式通過(guò)web方式瀏覽、檢索、查詢，這些技術(shù)的融合，使得GIS技術(shù)真正的融入到了我國(guó)自然資源的管理以及決策過(guò)程當(dāng)中。

GIS最初的時(shí)候應(yīng)用在土地資源的開(kāi)發(fā)與管理。主要進(jìn)行土地資源的利用情況調(diào)研、城鎮(zhèn)地籍管理調(diào)查圖件以及屬性的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢。幾乎沒(méi)有數(shù)據(jù)的空間分析和決策的能力，但是，隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，當(dāng)前在土地中的應(yīng)用主要包括：土地規(guī)劃、利用、覆蓋、評(píng)價(jià)等的現(xiàn)狀分類、制圖、分析，以及土地實(shí)際應(yīng)用的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。為了更加清楚、明確的了解我國(guó)土地資源特別是耕地資源的應(yīng)用情況，1984年，國(guó)務(wù)院全面的開(kāi)展了土地資源的調(diào)研，歷時(shí)5年時(shí)間，主要采用航拍技術(shù)，與大比例尺的地形圖相結(jié)合，同時(shí)進(jìn)行野外實(shí)地考察，應(yīng)用GIS軟件進(jìn)行圖件編制、數(shù)據(jù)匯總與分析。通過(guò)初步的全國(guó)土地資源摸底調(diào)查，為更好的進(jìn)行國(guó)土資源的規(guī)劃、開(kāi)發(fā)、管理與有效利用提供了基礎(chǔ)。

從1996年開(kāi)始，GIS開(kāi)始應(yīng)用于農(nóng)田監(jiān)測(cè)與保護(hù)。國(guó)家科委、農(nóng)業(yè)部與土地管理局施行全國(guó)范圍內(nèi)的基本農(nóng)田監(jiān)測(cè)與保護(hù)工作。而GIS也成為了我國(guó)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)全國(guó)土地利用的數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的最核心的技術(shù)，用于海量數(shù)據(jù)的管理、分析、整合。1999年9月份，申請(qǐng)數(shù)字國(guó)土工程項(xiàng)目，并獲批立項(xiàng)，該項(xiàng)目統(tǒng)一規(guī)劃、組織國(guó)土資源，實(shí)施新一輪的國(guó)土資源調(diào)查綱領(lǐng)、方案，建設(shè)縣級(jí)土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)，以1:1萬(wàn)的比例，同年10月份項(xiàng)目正式啟動(dòng)，GIS在該項(xiàng)目中數(shù)據(jù)庫(kù)的管理與數(shù)據(jù)挖掘起到了無(wú)以取代的作用。

GIS技術(shù)率先應(yīng)用到土地資源的管理中，主要有兩方面的原因：①土地資源的管理是一項(xiàng)非常重要且復(fù)雜的工作，因?yàn)橥恋厥侨祟愘囈陨娴馁Y源，且是不可再生的自然資源，古往今來(lái)，對(duì)于土地資源的重視程度一直居高不下，土地資源的管理包含以下幾方面的內(nèi)容：土地資源的調(diào)研、土地規(guī)劃與應(yīng)用、土地市場(chǎng)管理、地籍管理等，是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，亟需應(yīng)用信息化的方法進(jìn)行科學(xué)、高效率的管理；②土地管理中存在著海量的空間數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要空間技術(shù)進(jìn)行管理，傳統(tǒng)的管理對(duì)于普通的數(shù)據(jù)管理十分成熟，但對(duì)于空間數(shù)據(jù)的管理有些空缺，而GIS系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，很好的解決了這一問(wèn)題，同時(shí)，GIS不僅可以管理空間信息、屬性信息，還可以實(shí)現(xiàn)兩者之間的關(guān)系化的管理。

三、三維GIS系統(tǒng)在自然資源管理中的重要性

（一）三維GIS可以有效的規(guī)范自然資源管理過(guò)程

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，我國(guó)自然資源的管理壓力也越來(lái)越大，對(duì)于自然資源的浪費(fèi)情況也愈發(fā)的嚴(yán)重，進(jìn)而增加了自然資源的管理難度，若是不能夠?qū)ψ匀毁Y源施行科學(xué)、有效的管理，很容易造成自然資源的浪費(fèi)，使得我國(guó)經(jīng)濟(jì)受到極大的影響。將三維GIS的應(yīng)用在國(guó)家自然資源的管理中具有十分重要的、不可替代的意義，不僅能夠規(guī)范我國(guó)自然資源的管理方式，還能夠進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的整合、分析，進(jìn)一步支撐我國(guó)自然資源的管理，以免出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，因此，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)于三維GIS的研發(fā)非常重要。

（二）三維GIS有效的降低了自然資源管理的難度

三維GIS系統(tǒng)具有多種優(yōu)勢(shì)，能夠快捷、便捷的對(duì)自然災(zāi)害進(jìn)行預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)、評(píng)估，例如火山爆發(fā)的火災(zāi)、旱災(zāi)、水災(zāi)、蟲(chóng)災(zāi)等等，進(jìn)而有效的、極大程度的降低國(guó)家自然資源管理的問(wèn)題，進(jìn)一步降低對(duì)于自然資源的管理難度。我國(guó)的自然資源十分豐富，如煤炭資源、國(guó)土資源、礦石資源、石油資源等等，這些自然資源的有效管理與應(yīng)用對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的影響。三維GIS系統(tǒng)，不僅能夠直接的反饋這些自然資源的分布、空間屬性、動(dòng)態(tài)變化等信息，還能夠在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中注重環(huán)境的保護(hù)，確保自然資源整體管理的科學(xué)性、有效性。

（三）三維GIS為自然資源的管理提供了必要的技術(shù)支撐

國(guó)家自然資源的管理工作涉及到的內(nèi)容非常廣泛，具有非常強(qiáng)的專業(yè)性，三維GIS能夠?qū)⒌乩硇畔⑾到y(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)管理能力得到充分的、有效的利用，主要使用了移動(dòng)終端的嵌入式技術(shù)，進(jìn)而保證在國(guó)家自然資源中應(yīng)用移動(dòng)終端的空間地理信息，進(jìn)行會(huì)議數(shù)據(jù)的采集、管理、更新，同時(shí)完成相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、輸出工作，形成一套科學(xué)、系統(tǒng)、完善的管理流程，確保自然資源工作的管理簡(jiǎn)單、方便、規(guī)范化，進(jìn)而推進(jìn)我國(guó)自然資源的管理工作。

四、三維GIS在自然資源管理中的應(yīng)用

（一）空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)

空間基礎(chǔ)設(shè)施主要負(fù)責(zé)空間數(shù)據(jù)方面以及相關(guān)的工作，主要包括大數(shù)據(jù)的采集、分析、建立檔案、數(shù)據(jù)共享等方面，空間基礎(chǔ)設(shè)施的目的主要是為了能夠能方便信息平臺(tái)上的地理空間相關(guān)數(shù)據(jù)的處理與完成。地理空間數(shù)據(jù)是三維GIS技術(shù)中非常重要的、必不可少的一部分，因此，為了確保我國(guó)自然資源工作的開(kāi)展必須要做好三維GIS技術(shù)的研發(fā)進(jìn)度，進(jìn)而加強(qiáng)對(duì)這方面的空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)工作，需要不斷的加強(qiáng)研發(fā)，為國(guó)家自然資源的科學(xué)、有效的管理奠定堅(jiān)實(shí)的科技基礎(chǔ)。

（二）自然資源的分類管理

自然資源十分豐富、多樣，在管理的過(guò)程中需要講究分類管理。對(duì)于不同的資源，采取相應(yīng)的管理方式。如對(duì)于土地資源的管理，在管理中使用三維GIS技術(shù)能夠更好地提供相關(guān)技術(shù)的服務(wù)，使得信息的調(diào)節(jié)與管理更加方便，進(jìn)而降低土地資源開(kāi)發(fā)的難度。使用三維GIS技術(shù)還能夠進(jìn)一步處理好自然資源開(kāi)發(fā)的關(guān)系，做好相關(guān)信息的登記、變更，以免出現(xiàn)問(wèn)題，更加科學(xué)、合理的保證整體信息的合理性。在自然資源管理中應(yīng)用三維GIS能夠優(yōu)化資源管理的整個(gè)過(guò)程，保證整體工作的準(zhǔn)確性，需要重點(diǎn)控制。三維GIS在空間探測(cè)、分析、管理方面有極高的能力，能夠?qū)ψ匀毁Y源進(jìn)行合理的規(guī)劃，對(duì)實(shí)際規(guī)劃進(jìn)行評(píng)估，獲取對(duì)應(yīng)的資源規(guī)劃指標(biāo)。三維GIS能夠更好的確保資源規(guī)劃質(zhì)量，有效的控制資源開(kāi)發(fā)、整合的成本，減少糾紛情況。將三維GIS應(yīng)用到自然資源的規(guī)劃中能夠更好的進(jìn)行空間狀態(tài)方面的規(guī)劃，保證整體的準(zhǔn)確性，因此，對(duì)于三維GIS空間方面的技術(shù)，還需要不斷的研發(fā)與完善，進(jìn)而更好的服務(wù)于自然資源的管理。

（三）應(yīng)用三維GIS整合相關(guān)信息

就當(dāng)前的實(shí)際情況來(lái)看，我國(guó)的三維GIS水平還在持續(xù)研發(fā)的階段，不能夠最大程度的發(fā)揮該系統(tǒng)的作用，無(wú)法更好的保證國(guó)家自然資源的管理水平。政府的各個(gè)部門和機(jī)構(gòu)之間都有著十分明確的分工工作、職責(zé)，如果不能確保三維GIS系統(tǒng)的完整性，使得各個(gè)部門、機(jī)構(gòu)之間能夠進(jìn)行信息的有效溝通，則會(huì)使得三維GIS的性能發(fā)揮不充分。針對(duì)這種情況，應(yīng)該對(duì)三維GIS的應(yīng)用要更加專業(yè)，充分的發(fā)揮該系統(tǒng)的最大的優(yōu)勢(shì)，確保整個(gè)系統(tǒng)的全方位的應(yīng)用，進(jìn)而提升國(guó)家自然資源的管理質(zhì)量，在實(shí)際使用的過(guò)程中高效的進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的整合，從而完善相關(guān)的數(shù)據(jù)，為國(guó)家自然資源管理工作科學(xué)、高效的開(kāi)展提供保障。

結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，GIS的發(fā)展經(jīng)過(guò)幾十年的不斷研究與更新，在實(shí)用性方面取得了重大的進(jìn)展，由最初簡(jiǎn)單的地理信息的采集、存儲(chǔ)，到之后的全方位的空間信息的分析、整合等，都為自然資源的科學(xué)化管理提供了幫助。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，GIS的發(fā)展也不斷的向多維方向發(fā)展，三維GIS的研發(fā)也得到了極大的進(jìn)步，在各個(gè)方面的性能都得到了升級(jí)。雖然三維GIS相比之前的地理信息系統(tǒng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是，三維GIS在自然資源管理中的應(yīng)用還需要不斷的實(shí)踐，并在實(shí)踐的過(guò)程中，根據(jù)相應(yīng)的問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的研發(fā)、改進(jìn)、完善，使得三維GIS技術(shù)更好的為國(guó)家自然資源的治理水平的提升貢獻(xiàn)力量。