3D—GIS地理信息系统的应用现状及发展趋势

摘要：在介绍三维地理信息系统概念的基础上，阐述了其发展和应用的现状，并对未来的趋势做了初步的展望。

关键词：3D-GIS,应用现状，发展趋势

自上个世纪60年代在加拿大首次开发了地理信息系统（GIS）以来，不到50年间，GIS技术得到了迅速的成长，在交通、电力、水利、土地管理、电信、消防以及城市规划治理等领域都有了广泛和高效的应用。当前，这一技术已突破了从二维到三维的“瓶颈”，出现了三维空间内的GIS技术，给人们带来了新的视觉冲击，成为一新的发展方向。

1.三维地理信息系统概述

三维地理信息系统(简称GIS)，是以计算机的软件和硬件作为依托，以空间数据库技术作为基础，对本维空间数据加以科学的分析和管理，为决策、规划和研究、管理提供逼真信息的一项全新的技术，这是一种介于空间技术、地理科学和管理科学的多方向、跨学科的新兴研究领域。

三维GIS，又与虚拟现实（VR）紧密相联，是随虚拟现实这一新技术的产生而发展起来的。VR技术是逼真模拟人在现实世界中的人机交互响应，应用领域极为广泛。因此三维GIS系统在一些国家也被称为VRGIS系统。

2.三维地理信息系统的应用现状

我国对三维GIS研究较晚，可是却获得了相对突出的进展。据统计，我国在这一行业中的规模可达1000亿元，有大约40万的从业人员，许多领域已达到或超过国际领先水平，在三维GIS方面的成就尤其突出，在北京就有灵图、时空信步、国遥新天地等多家主流3D软件商。当前，三维应用所涉及的行业或领域超过40多个。下面通过举例来对三维GIS的应用现状进行简单的说明

2.1土地资源规划

利用三维GIS系统，可以建立起三维地理国土信息系统，能够实现三维建筑及其分布的精确可视化，使国土资源的规划和决策、审批得以更加准确、科学。特别是在系统中可以实现灵活、方便的更新和扩展，能够动态更新，获得实时的城市最新三维规划模型。同时还可以对规划中的城市进行三维模拟仿真，演示未来城市的景观和效果，作为设计和规划的依据，提高城市规划和管理的效率。

2.2矿产资源遥感监测

根据对地下及海洋中的矿产资源遥感监测结果，资源的开采规划和执行状况、地质环境数据等信息，可以构建出三维平台，展示、分析、查询、统计资源的状态，这一方法具有多参数、多层次、实时或预测等功能和特点，满足对矿产资源的遥感监测及可视化应用。

2.3矿井操作安全监控

利用矿山企业的基础数据信息，可以建立矿山企业的运行分析系统，实现对井下操作工（人）的定位，对设备（物）的状态监测及远程控制，对井下瓦斯（环境）等的指标进行监控，使企业可以实现实时、有效的层层管理和控制，提高矿业企业的生产安全状况，还可根据该系统的反应分析或预测当前的生产作业是足够科学和合理，从而防范事故的发生。

2.4旅游景观服务平台

为了展现旅游景区的自然和历史风貌、文化景观，可以利用三维GIS技术建立网络化平台，向访问者提供动感、直观和交互式的旅游信息平台，推广宣传旅游资源和产品，提供相应的信息服务，助推客户和投资企业的对接，大大提升景区的对外形象和品牌效应。

2.5军事和公安指挥系统

三维GIS在军事领域中的应用也是最重要的一个方面，建立实时的、动态的三维地形地貌平台系统，对于军事学的重要意义是不言而喻的。当前，这一技术在军事方面的应用水平高低，也是体现各个国家军事实力的重要方面。

另外，三维GIS系统还可以应用于公安110指挥系统，辅助进行警情的实时监听，借助于摄像头的实时监控，了解治安及警力分布状况，对于提高治安效果，打击犯罪，提高警力的利用效率具有重要的意义。

2.6防洪防汛的预警和管理

根据水利资源和数据，可以建立交互式的三维防汛防洪预警和管理调度系统，对防汛预案进行制定、修改或实时更新和维护，作为抗洪减灾的决策平台，为抗洪防汛提供有效的技术保障。

当然，三维GIS的应用领域不止上述几个方面，随着这一技术的不断发展和成熟，必将获得更为广阔的应用空间。

3.发展前景

3.1GIS的高维化趋势

当前，GIS软件基本上能够用数字高程技术模型或处理三维空间的实体坐标，可是，因为无法有效地建立三维实体的拓扑关系，有些真三维的操作在实现起来就比较困难，也无法持续地体现实体的时间维度上的变化。所以，GIS将会进一步向四维或多维化发展。

四维GIS，是指在原有的空间三维的前提下，加上时间维度或变量而成。以地质特征为例，并不是一成不变的，而是随着时间的变化呈动态变化，有的变化较缓慢，而像地震、暴风雨、水灾和滑坡等这些现象，却往往会在特定的机制和条件下出现剧烈变化。所以，在三维基础上加上时间维度，就会逼真地体现出这些变化。当然，增加了时间维度，会产生很多问题，其数据量也将呈几何级数变化，导致在采集数据、存取和处理等各方面产生一系列的难度。可喜的是，这些难题随着计算机技术的迅速发展，都会在不远的将来得到解决。

3.2三维GIS的智能、网络以及高集成化趋势

随着我国网络的飞速发展，在网络上浏览以及发布数据是GIS发展方向，所以说，网络化是可以说是三维GIS的最流行、最前沿的操作平台之一。

传统的GIS的应用主要是在空间的叠加分析以及数据库方面，但知识处理方面和推理能力上相对欠缺，不难预见，3D-GIS系统会在智能化方面有更加广阔的发展空间，也能更好地为人类社会服务。而智能GIS技术也必然会促进其向高度集成化方向发展，并将在未来的应用中有着广阔的发展前途。

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