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我国自然灾害发生极为频繁,其中以洪涝灾害尤为严重。在一些重点防洪城市和分蓄洪区,依靠GIS技术准确模拟洪水淹没范围、水深和流速的分布情况,对于制定抢险措施和群众紧急撤离路线、优化防洪抢险物资配置、动态评估洪灾损失等具有非常重要的价值。然而,二维GIS系统在处理洪涝灾害等自然现象时,往往不能精确反映、分析和显示相关信息。随着三维GIS理论和技术的逐渐完善以及流域信息化的逐渐深入和数字流域的逐步展开,人们越来越多地要求从三维空间来处理洪涝灾害。与传统二维平面形态的GIS相比,三维GIS系统给人以更加真实、自然和直观的感受。本文介绍了3D GIS的相关理论技术及其发展趋势,阐述了地理坐标、投影坐标和垂直坐标在内的空间坐标系统以及地理坐标和投影坐标之间的地理变换,探讨了以矢量数据、栅格数据和三维数据模型为核心的空间数据建模方法,描述了数字地形模型和数字高程模型等地形数据,并对基于TIN、Grid和等高线等不同的地形建模方法和地形显示及数据压缩技术开展了较为深入的研究。同时,本文详细分析和研究了三维GIS场景中海量数据加载和可视化的关键技术,并根据3D GIS的发展现状及其在洪涝灾害中的应用,提出了基于ArcGIS和SketchUp的三维场景构建方案。此外,采用三维模型符号化和Multipatch数据转换的方法,实现了ArcGIS与SketchUp之间的数据交互,并分别在Globe和Scene场景下对该方案的可行性和有效性做了详细的验证。根据3D GIS洪水演进可视化的数据需求,提供了将二维洪水淹没数值计算结果转换成空间数据的思路和转换流程。最后,利用ArcEngine开发出三维GIS系统,实现了空间查询、地形分析、三维漫游和洪水演进可视化等功能,并将该系统成功应用到荆江分洪区、佛山禅城区和长江中上游宜昌至三峡库区河段。