三维GIS技术在工程测量中的应用

三维GIS技术在工程测量中的应用

【摘 要】由于工程测量的复杂性，工程测量越来越多的要求人们从三维的角度来处理问题，本文主要分析了三维GIS的概念，三维GIS技术的特点，三维空间数据的获取及三维GIS技术在工程测量中的应用。

【关键词】三维；GIS；技术；工程；测量

近年来，随着我国科学技术的发展和综合国力的提高，三维GIS技术在房产、旅游、安防、城市规划等方面得到了较多的应用，尤其是被普遍应用于一些工程测量中。但是目前来说，三维GIS技术还不够成熟，无论是理论上，还是实际应用中都有待完善。

1.三维GIS概述

三维GIS从不同的视角出发有着不同的概念。从数据库角度来看，GIS 是一个数据库系统，在数据库里的大多数数据能被索引和操作，以解答各类问题。从工具箱角度出发，GIS 是一个从现实世界采集、存贮、转换、显示空间数据的工具集合。从组织机构出发，GIS是一个功能集合，能够存贮、检索、操作和显示地理数据，是一个集数据库、专家和持续经济支持的机构团体和组织结构，提供解决环境问题的各种决策支持。各个定义虽然侧重点不同，但是都能突出整个三维实体空间的高精度建模和准确的度量分析。

三维GIS借助强大的地理空间数据库，运用地理模型分析，提供了多种信息资源， 为地理研究和决策提供了依据。在三维GIS中，空间目标通过X、Y、Z三个坐标轴来定义，以立体造型技术给用户展现地理空间现象，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。经过三维GIS处理后所得到的图形、图像、表格等，可以有效的为工作人员提供有用数据。

三维GIS正常运做需要各种不同的部件组合完成。三维GIS的核心是三维空间数据库。三维GIS可以输入数据，分析数据，输出数据，通过对地理数据的输入、分析，得出供工作人员参考的信息，为工程测量提供决策支持。三维GIS记录着整个地球或者部分区域的环境情况和资源的使用情况，可以说是对人类现实居住环境的描述记录。从其深层内涵上来看，三维GIS是一个由计算机程序和地理数据有机组合形成的地理空间信息模型。三维GIS能为管理和决策提供依据，能对空间对象进行三维空间分析和操作，具有独特的管理复杂空间对象能力及空间分析的能力等优点。

2.三维GIS在工程测量上的特点

2.1空间可视性

空间地物轮廓特征的可视化。三维GIS是利用数据对现实世界空间关系的

模拟，使我们能直观的感受到空间各种事物的状态。它利用现实的尺寸距离按照一定的比例缩放，而且对于现实事物空间的模拟都非常形象、逼真，能清晰的反映地物的外形轮廓。

地物属性信息的可视化。三维GIS的空间可视化功能还包括对空间分布的地物的属性信息可视化，它是将地理空间信息与对应空间的属性信息相结合的结果。例如，我们可以在地理信息系统中查出某地区的地理概况、人口密度、占地面积、资源使用情况，通过测量相应的尺寸就可以换算为现实的距离，粗略的规划设计施工方案，这样空间地物的属性信息实现了信息可视化，可以更全面的考虑到实际情况，使得定位更加准确。

2.2空间导向性

利用三维GIS不仅可以纵览研究区域的信息，还可以利用其所具有的其他功能找到潜在区域。三维GIS能提供比较全面的空间数据，通过各种比例观察地域的全局和细节。在比例变换时，系统就会不停的更新数据。例如我们在浏览全国地图信息时，只会显示一些大的山脉、河流，省份和地区，重要铁路、公路，在逐渐扩大的过程中，系统会自动更新，逐渐出现稍微小一些的河流、县城、干路等，再放大比例时，甚至可以具体到村庄的建筑物、公园等，与文明实用的地图差不多。三维GIS的导向功能主要表现在它能通过查询得到我们想要的信息，如果我们在搜索内容里填写需要寻找的地方，例如商店，它就会在你指定的区域内全部标出，系统的写出有多少家，通过扩大和缩小来观察。

2.3空间思维性

三维GIS不仅储存有各地物的描述信息，而且还储存有地物之间的空间位置关系，这非常便于空间的分析。三维GIS的空间思维主要表现在，利用三维GIS固有的系统工具对输入的数据信息进行处理，得到直观的数据分析图。三维GIS中积聚许多处理工具，各个工具利用其具有的功能对数据分析，每个工具将结果交由系统处理，得出可视化的分析结果。三维GIS的空间思维功能能够提供给我们空间关系、空间分布模式和空间发展趋势等，这是其他信息系统不能达到的。如城市与区域规划中，对于地理信息系统的使用特别多，是利用其空间思维的典范。

3.三维空间数据的获取

目前三维GIS技术在工程测量中的主要特征即集成实时化、数字化、智能化、动态化、一体化。具体的获取数据方法可分为两大类：一是点方式数据获取技术，主要利用全站仪器、天文大地测量、GPS接收机等常规的测量方法，以及激光雷达等技术实现逐点、逐面采集空间坐标与属性的方式；二是面状方式数据获取技术。主要利用航空遥感获得大面积影像记录，并从中提取物理与几何特性。

有关三维空间数据的采集与更新，传统的测量方法存在一定局限性。不同的获取数据手段方式之间大多具有互补性，因此可利用多传感器获得更多的源数

据，并通过融合方式建立3D模型，这也是当前研究的热点话题，不同传感器的组合方式能够获得不同的空间数据采集系统。

其中最具代表性的研究成果主要有：根据地面的摄影测量与航空测量组合获得3D空间数据；通过“地图、激光扫描、地面摄影”组合方式，从平面图及空中激光扫描的数字表面模型（DSM）中获取三维信息；利用专业建模工具，如3Dmax、OpenGL、AutoCAD、VRML等建立起三维模型，并将CCD中获得的信息粘贴或者镶嵌到立体模型中，形成逼真的数字景观图；通过CSG方法实现真3D模型，并利用3s技术等构成集成的地面车载或者机载数据系统；通过AutoCAD建立起几何模型，并对模型实行真实的相片纹理映射，以生成真3D模型，再从地面摄影中获得纹理信息。