三维GIS的概念和特点及其在工程测量中的应用

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  摘要:随着经济的不断发展,各种技术都有了很大进步,GIS技术自从诞生以来,在工程测量领域一直起着不可代替的作用。以往最普遍的是二维技术,如今,人们的要求进一步提高,三维技术兴起并不断发展。二维GIS技术日益成熟,三维GIS技术在此基础上取得了新的进步,在更多行业发挥着更为重要的作用。
  关键词:三维GIS;工程测量
  引言
  测量在很多工程中都是必不可少的前提工作,然而由于地理位置、技术水平以及其他因素影响,实际测量中存在着很大难度。GIS,即地理信息系统,涉及计算机、地理学以及遥感技术等多个方面,凭借自身优势为测量提供了诸多方便。然而以往的GIS技术多是二维技术,将世界作为一个平面去分析,其技术虽已取得很大成效,但现实世界是三维世界,二维GIS技术在处理真正的三维实体上还有一定的不足。为此,三维技术被人们提及,尤其近些年来,三维技术取得了长足发展,三维GIS技术也被更广泛的应用。
  1 三维GIS概念
  二维GIS技术不断成熟,虽然能够实现信息的快速转换,但存储管理方面尚有缺陷。对于高度信息,也可用二维GIS技术进行处理,但往往不是单独变量处理,而是多个二维GIS系统共同处理。三维GIS技术可以看做是二维GIS 技术的一种延伸。它并没有一个很明确的概念,因为从不同的视角看,它有着不同的意义,既可以是一个集采集、存储、分析、显示等功能于一体的工具,也可以是包括许多能被索引操作的数据的系统。不管从哪种角度看,其度量分析的准确性和建模的高精度是无可比拟的。
  在对空间实体进行建模时,与二维的独立参数不同,三维GIS技术对其定义依靠的是三个坐标轴,即将空间坐标( x,y,z)作为独立参数,用数学式可表示为:F= f(x,y,z ),建立出来的模型实现了3D可视化,而且能够对真三维空间进行分析。
  在三维GIS中,三维可以指具有高精度的地理模型,GIS是强大的地理空间数据库,整个技术通过这两者提供了大量信息资源,更加方便了地理研究和决策工作。三维空间数据库是该技术的核心,具有存储、分析以及输出等功能,将采集的地理数据输入该系统,分析整理后,输出工作人员所需要的参考数据,能够合理的利用各种资源,为城市规划、环境管理等提供有效的支持。三维GIS涉及了计算机技术、遥感技术以及地理学等多门学科,能够详细记录人类地球的各个方面,除了为管理决策提供必要依据,还能对复杂空间进行分析操作。
  2 三维GIS的特点
  2.1空间可视性
  2.1.1外形轮廓可视化
  三维GIS依靠数据库,运用模型分析对空间实体进行模拟,让人们可以更直观的去把握感受空间事物的存在状态。现实世界是三维世界,该技术结合真实物体的规模大小,以适当的比例进行缩放,模拟效果非常清晰,而且栩栩如生,对事物的外形轮廓能够进行清晰的描述。
  2.1.2属性特征可视化
  三维GIS将地理空间信息与对应的空间信息完美地结合在一起,所以除了外形轮廓的可视化,还能对实物的属性特征有个明了的反映。通过地理信息系统查询可对某地各方面都有所了解,包括地理位置、面积大小、人口幅度以及资源使用状况等,然后测量相应的尺寸,就可实现与现实距离的换算。依此为基础,可大致制定出最初的施工方案,如此就实现了空间地物属性信息的可视化,从而更全面的考虑实际情况,加强定位的准确度。
  2.2空间导向性
  三维GIS具有一定的导向作用,除了对研究区域的数据信息做分析处理,还能发挥其他功能引导人们去到一些潜在的未知领域。由于其是对世界的真实模拟,所以提供的空间信息较为全面,能够按照各种不同的比例对当地进行观察。随着比例大小的变化,显示出来的数据也会发生相应的变化。例如浏览全国地图,是从整体上去看的,所以显示出来的是某些省份或山河的大致走向或外形,如果再进一步观察,随着比例扩大,各个省份会更细致,山河的地理位置也更精确,甚至一些不重要的或较小的城市、山脉、河流也会显现出来。若将比例放到最大,可能某条街道或大的标志物也能显示出来。可见其导向功能主要体现在可按个人需求查询任何数据,比如在搜索栏中输入宾馆,其附近的宾馆都会显示出来。
  2.3空间思维性
  三维GIS具有数据库的存储功能,除了各地物的描述信息,还能对相应的空间位置关系进行储存,对空间分析提供了诸多方便。其空间思维的体现,主要通过系统原有的功能对输入的数据信息进行分析处理,获得直观的数据分析图。在三维GIS系统中,有许多不同的处理工具,每一样工具都有各自的功能特点,对相应的数据信息进行分析,将分析结果都传递给系统,由系统统一处理,最终得出可视化的分析结果。
  3 三维GIS在工程测量中的应用
  随着各种工程的大力建设,测量技术不断更新,GIS技术对工程测量大有裨益,二维技术的成熟和人们越来越高的需求,直接促进了三维技术的发展。目前,三维GIS在很多工程测量中都有所应用,尤其是地质、石油等行业,且其范围还在扩大,必将成为今后工程测量技术的主流。该技术是多门技术的集合体,不但方法简单容易操作,工作效率高,还能使测量的精确度得到有效保证。例如遥感技术,属于地理信息系统的一种,主要依靠卫星或航空,并借助红外线、微波等形式对所需地域的地理信息进行拍摄。此外,三维GIS受地域限制小,在恶劣环境中也可应用,而且质量也能得到很好的保障。近几年来,该技术发展越来越快,数据采集与图形编辑能够同步完成,而且设备也频繁更新,如掌上电脑,体积小,容易携带,而且功能齐全操作简单,可以与全站仪无线联机,采集数据成图,加快了三维GIS在城市建设的工程测量中的应用步伐。
  4 结束语
  工程测量是整个工程的前提工作,为方案设计提供必要的依据。鉴于其重要性,测量技术也在推陈出新,尤其是GIS技术的发展,推动了测量技术的一大进步。三维GIS侧重于对数据的读取分析,是目前比较强大的数字地面模型的解析工具。而三维GIS技术凭借其诸多优势,在诸多领域都得到了广泛应用,尤其是在测量中的应用,是工程测量领域一次革命性的变革,同时也是测量技术发展的必然趋势。
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