基于二三维GIS的地质灾害空间信息集成系统的研究

基于二三维GIS的地质灾害空间信息集成系统的研究
作者：齐双峰姚阔郭鑫姜雪娇
来源：《农家科技下旬刊》2015年第01期
摘要：舟曲地区的地质灾害研究由来已久，但是长期以来各个部门的环境和地质灾害数据还基本处于传统的纸质管理阶段，无法满足灾害治理和管理的需求。

本文基于二维的Arc GIS和三维的Skyline平台，采用C#语言开发了地质灾害空间信息集成系统。

将舟曲县城周边的地质灾害数据包括：DOM，DEM，矢量数据，属性数据，文字数据，地质灾害治理工程数据进行了有效地集成，并可在二三维GIS平台下进行联动，查询，统计和分析。

达到了多源信息的二次重组和提升，为多源信息的多目标综合分析和管理提供了技术支撑，从而为进一步生产管理、综合研究、辅助决策提供有力的支持。

关键词：二三维GIS；地灾；信息集成
甘肃省舟曲县及其周边地区地势起伏大、山高谷深、沟壑纵横，生态地质环境脆弱，环境地质条件十分复杂，地质灾害易发多发。

特大型、大型地质灾害隐患分布广、数量多，险情重、危害大、治理难，地质灾害成为防灾减灾的突出问题。

2010年8月7日23时左右，甘肃省舟曲县城东北部山区突降特大暴雨，降雨量达96.77mm，引发三眼峪、罗家峪两条沟系特大山洪地质灾害，泥石流冲进舟曲县城并涌入白龙江，形成堰塞湖，给群众的生命财产和生产生活造成了巨大的损失和重大困难。

为了快速、全面、准确的展现出地质灾害点，治理工程的规模，数量，功能，笔者进行了地质灾害空间信息集成的研究。

本次研究主要集成了高精度遥感数据资料，高精度DEM数据，灾害防治工程的设计文件，通过在二三维的GIS平台上的开发建立了地灾空间信息的集成系统。

为灾后重建和减灾防灾规划提供科学的指导依据。

为地质灾害治理工程的的协调与管理提供信息技术保障。

一、空间信息集成系统的实现
1. 技术路线的选择
二维GIS技术历从最早的桌面式GIS经过组件式GIS、WebGIS发展到目前的服务式GIS，其技术体系已经发展得非常成熟，二维GIS具有强大的二维空间查询分析统计功能，灵活多样的应用形式。

然而二维GIS是将三维的空间信息映射为二维的平面信息来描述多维的现实世界，高程和纹理等信息的缺失使之不能对多源灾情信息进行准确有效的表达。

因此传统的二维GIS可视化表达由于在数据挖掘能力和灾情表达效果方面的不足，已经不能满足灾害管理与灾情分析的需要。

与二维GIS相比，不仅能够表达空间对象间的平面关系，而且能描述和表达它们之间的垂向关系。

三维GIS有空间信息展示更直观，多维度空间分析功能更强大等优势。

但在空间分析，空间运算，数据的标准，兼容性等方面都存在着一定的缺陷。

二三维一体
化是目前解决该类问题的较好方法。

因此本次研究也将二三维一体化技术引入到地灾空间信息集成系统中。

2.平台选择
ArcEngine是随ArcGIS 9一起推出的一种新的面向开发者的产品，它包含了创建和部署用户GIS解决方案应用程序需要的所有内容，允许在各种编程接口中调用。

ArcEngine开发包不仅提供了ArcObjects集合包，也提供了开发控件和可视化的组件，用来创建高质量的地图界面。

Shp格式也比较通用，支持二次开发。

可以很好的与三维的Skyline系统相结合。

比如：李娟娟等就利用这两个平台的二三维联动技术实现了昆明三维城市辅助决策系统。

因此本项目二维采用ArcEngine开发。

能够实现地质灾害三维展现功能（三维影像叠加或虚拟GIS）的软件很多。

通过综合应用比较，skyline三维地理信息软件不仅具有实时三维地形可视化功能，同时还能够在三维场景上创建和编辑二维文本、图片对象和三维模型对象，从标准GIS文件和空间数据库中读取各种地形叠加所需要的信息，创建交互式应用系统。

另外Skyline软件在各个行业中应用也比较成熟，因此本项目的三维GIS平台采用skyline三维地理信息软件。

3.系统的总体技术路线
4.资料的收集
（1）项目区内0.61米Quickbird遥感影像。

时像为2010年8月15日，太阳高度角为61.67，云量0%，最大侧摆角7.43度。

数据全色分辨率为0.61米，多光谱为2.44米。

（2）同时还采用了1999年07月18的TM 7 数据，作为基础底图。

（3）由p5立体相对生产的12.5m格网间距的DEM。

时像为2010年。

（4）项目区内1：5万地形图中的水系，道路图层。

（5）按照国务院批准实施的《舟曲灾后重建总体规划》，以及相关单位完成的地质灾害治理工程的方案设计。

5.数据的处理
（1）对于遥感影像主要进行了以下处理：
1）对所有遥感影像利用Erdas的几何精校正模块采用1∶5万地形图进行校正，选取同名特征点，分布均匀，残差一般小于一个像元。

.若过大需重新采点，直至达到要求。

2）多波段数据合成。

本次为了方便解译TM影像采用321进行真彩色合成，QB 采用RGB真彩色合成。

3）为提高影像空间分辨率和影像解译效果，对全色和多光谱数据进行了融合处理。

（2）在TerraBuilder下建立三维地形数据库的步骤如下：
1）读取影像数据和DEM数据；
2）将影像数据和DEM数据甚至矢量数据添加到TerraBuilder中，并且利用其提供的数据处理工具对原始数据进行裁剪、调色等处理；
3）将影像数据和DEM数据进行融合；
4）最后生成地形数据库文件（Mpt格式）。

利用设计文件，在3dmax中完成治理工程的模型。

之后利用插件导出为.xpl的Skyline模型文件。

利用Skyline 系列软件中的Terra Explorer程序将三维场景数据，治理工程的模型数据，基础矢量数据，地质灾害数据进行整合，形成fly文件。

6.功能设计
系统设计遵循软件工程原理，在三维数据制作的基础上。

利用C#语言通过在Skyline和ArcEngine上的二次开发，实现相关的功能。

7.功能实现
（1）三维可视化功能：系统能够展现出三维地形场景和地质灾害治理工程模型，会给最终治理方案的确定提供全面直观的信息，在遇到相关问题，进行判断和讨论时，不必对分析结果再次进行抽象转化。

（2）多尺度数据的浏览与显示功能：根据点击或放大的操作自动调用不同比例尺数据，并实现与专题要素的叠加显示。

实现方便的视图功能，包括地图放大、缩小、漫游、指北、地下模式、地面开窗、左右前顶视窗功能。

（3）基本的量测功能。

包括垂直距离，平面距离，空间距离，平面面积等。

（4）基本的查询功能。

系统可以通过圆形，矩形，多边形等形式查询治理工程，并可统计具体的工程量。

（5）基本的分析功能。

坡度分析；剖面分析；视域分析。

（6）工程管理功能。

（7）二三维GIS的联动功能。

二维界面下实现了基本的地图浏览功能和打印输出功能。

并且通过坐标的实时传输，实现了二三维的联动功能。

8.系统测试
程序设计完成之后，还必须经过严格的测试才能确保最终产品的质量。

采用了白盒测试和黑盒测试等科学的测试方法，以便尽可能多地发现模块中错误，并加以改正。

二、结束语
本次研究完成了从地灾防治数据的获取，处理，整合到空间信息集成系统的全过程。

给出了建立三维场景的一般方法，分析了主流的二三维GIS平台。

并通过C#语言，通过实时传递坐标参数，形成了二三维一体化的空间信息集成系统，实现了地灾信息在多种显示方式下的同步快速表达，整合了相关的地灾信息，对于提高地灾防治工程的施工监管，日常维护具有一定的指导意义。

参考文献：
[1] 童立强，张晓坤.等“8.7”甘肃舟曲县特大泥石流灾害遥感解译与评价研究[J].遥感应用，2011（5）：109-113.
[2] 陈鹏，林鸿.等二三维一体化在Skyline与SuperMap6R中的实现对比[J].地理空间信息，2011（6）：65-68.
作者简历：齐双峰（1984-6-16），测量工程师，2008年7月毕业于辽宁工程技术大学《测绘工程》专业，2008年8月参加工作，现工作于辽宁省阜新市清河门区煤炭工业管理局。