浅谈三维地理信息系统及其应用实例

一．Super3D-VR三维地理信息系统（3DGIS)软件平台简介

地理信息系统（GIS）是空间信息的采集、存储、分析、显示的计算机系统，目前已经被广泛运用，在各专业领域如：水利、交通、城市规划、军事等领域。但目前大多数的GIS 应用都是基于二维空间数据的，将本来三维空间的世界简化为二维投影的概念模型，对地物上的三维空间关系用点、线、面等抽象的符号来表达，以至于“专业人士难理解，非专业人事看不懂“的现状。

世界空间信息本质上是三维的，需要三维坐标（X,Y,Z或经纬度加高程）来描述地理对象，三维GIS可以包容几乎所有的海量空间信息，能大大突破了常规二维表现形式的束缚，即使是非专业人士也一目了然。三维地理信息系统作为的重要工具、技术和学科，近2-3年来得到了广泛关注和迅猛发展。由于信息技术的发展，数字时代的来临，未来，它将广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、农林牧业、统计、国土资源、电力系统、数字海洋、水利、环保、市政、交通、通信通讯等领域。

由中鼎图数字科技自主研发、十年积累、上百个成功案例、在国内拥有无可比拟的开放式平台优势，据调研分析，Super3D-VR三维地理信息系统（3DGIS)软件平台算是国内一流的，它解决当前三维GIS应用碰到的主要问题：海量三维数据（超过100G）的处理和存储、基于三维的空间分析、三维可视化、基于网络的三维GIS、虚拟现实技术、兼容已有空间数据等。

Super3d-VR三维地理信息软件平台体系结构图

二、Super3D-VR平台实现了三维地理信息系统的以下功能：

数据采集和检验有效性；数据结构化和转化为新的结构；各种变化（平移、旋转、比例、剪切）；选择；布尔操作（交、并差、或及切割断面、开隧道、建筑）；计算（体积、表面积、中心、距离、方向）；分析；可视化；系统管理；其具体功能如下：

1、DEM+遥感图象，生成高低起伏的三维地形

使用四叉树算法和图象压缩技术，自动生成三维场景中的地形数据，不受数据量的限制，分块计算，直至拼接成所需面积和精度的地形；

2、人工建模和系统模型高度兼容

系统提供3dmax插件，直接将外界人工模型转到本系统中，这样在完善和美化场景方面更加实用；

3、面积/长度测量功能

在场景中的任意两点直接的距离测量，任意三点及以上的区域面积测量，瞬间生成；

4、水淹分析功能

由于地面是矢量图、地面高程不等，在连续降雨的情况下，可以模拟水淹趋势分析的功能；

5、通视分析功能

地面物体两点间是否被遮挡关系，以及以地面某点为原点，半径范围的视角遮挡关系的分析和体现；

6、属性查询功能

场景中的任一物体及设备，编辑好其属性，点击后可以查询特性及属性；

7、立体显示功能

一键切换立体效果的场景，就像看立体电影的效果；

8、日照分析功能

模拟某个季节的日照全天模拟，早晨、傍晚至黑夜，以了解某地区的日照时间和强度；

9、其他功能

根据不同行业需求，开发不同功能满足其需求；

除此之外，还具有如下独有的功能:

1、兼容一维、二维对象

传统的二维GIS将一维、二维对象垂直投影到二维平面上，存储它们投影结果的几何形

态与相互间的位置关系。而三维GIS将一维、二维对象置于三维立体空间中考虑，存储的是它们真实的几何位置与空间拓扑关系，这样表达的结果就能区分出一维、二维对象在垂直方向上的变化。

2、对2.5维、三维进行可视化

在建立和维护三维GIS的各个阶段中，不论是对三维对象的输入、编辑、存储、管理，还是对它们进行空间操作与分析或是输出结果，只要涉及到三维对象，就存在三维可视化问题。三维对象的几何建模与可视表达在三维GIS建设的整个过程中都是需要的，这是三维GIS的一项基本功能。

3、三维空间DBMS管理

三维GIS的核心是三维空间数据库。三维空间数据库对空间对象的存储与管理使得三维GIS既不同于CAD、商用数据库与科学计算可视化，也不同于传统的二维GIS。它可能由扩展的关系数据库系统也可能由面向对象的空间数据库系统存储管理三维空间对象。

4、三维空间分析

在二维GIS中，空间分析是GIS区别于三维CAD与科学计算可视化的特有功能，在三维GIS中也同样如此。空间分析三维化，也就是直接在三维空间中进行空间操作与分析，连同上文述及的对空间对象进行三维表达与管理，使得三维GIS明显不同于二维GIS，同时在功能上也更加强大。

5、能及时受益于现代数据获取方法的进展和大数据量处理技术的发展

在设计之初，就充分考虑了未来三维地学数据获取能力的提高，以便及时受益于现代数据获取方法的进步。另外，三维GIS要处理的数据量往往很大，计算机软硬件技术的飞速发展无疑会再次提高三维GIS的性能。

6、支持多通道播放系统

目前国外及国内的三维地理信息平台大多无法实现多通道播放系统，而本软件平台在规划设计初，就考虑到兼容多通道大屏幕播放演示系统，这是本软件平台的独特优势。

四、三维GIS关键技术

1、大数据量的存储与快速处理

在三维GIS中，无论是基于矢量结构还是基于栅格结构，对于不规则地学对象的精确表达都会遇到大数据量的存储与处理问题。除了在硬件上靠计算机厂商生产大容量存储设备和快速处理器外，还应该研究软件方面的算法以提高效率，例如针对不同条件的各种高效数据模型设计、并行处理算法、小波压缩算法及在压缩状态下的直接处理分析等。

2、完整的三维空间数据模型与数据结构

三维空间数据库是三维GIS的核心，它直接关系到数据的输入、存储、处理、分析和输出等GIS的各个环节，它的好坏直接影响着整个GIS的性能。而三维空间数据模型是人们对客观世界的理解和抽象，是建立三维空间数据库的理论基础。三维空间数据结构是三维空间数据模型的具体实现，是客观对象在计算机中的底层表达，是对客观对象进行可视表现的基础。

3、三维空间分析方法的开发

空间分析能力在二维GIS中就比较薄弱，目前大多数的GIS都不能做到决策层次上来，只能作为一个大的空间数据库，满足简单的编辑、管理、查询和显示要求，不能为决策者直接提供决策方案。其中很大一个原因就是在现有的GIS中，空间分析的种类及数量都很少。在三维GIS中，同样面临着这个问题。因此，研究开发GIS的基本空间分析及将各领域的专家知识入嵌入GIS中，是三维GIS发展的一个重要方面。

Super3d-VR三维地理信息软件平台07年项目-北京大兴区三维地理信息系统

五、Super3d-VR三维地理信息平台应用行业和领域：

（一）数字城市三维地理信息系统

城市是个复杂的巨大系统，包括用地、建筑、市政设施等多个子系统，各个子系统之间具有复杂的空间关系基于空间设计和管理的建筑和城市规划领域，虽然已经广泛实现了CAD设计，但在论证和管理方面仍旧停留在二维平面图纸以及物理模型等传统表现工艺阶段，“数字城市”的提出，让城市管理领域从二维的变成三维的，从物理模型变成实际管理数据的平台，是未来发展的趋势。

虚拟现实Super3D--VR平台可以通过三维建模逼真的模拟现在和未来的城市，支持数据分析、方案论证和优化，支持地理信息系统等，通过这些详实的数据和相关资料可以是直观真实固化方案评估、审核以及管理等日常工作，更为重要的是它可以为多部门参与和协同