國(guó)內(nèi)三維GIS發(fā)展綜述

侯雨樂

（阿壩師范高等?？茖W(xué)校，四川 汶川 623002）

地理信息系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)存貯、處理地理信息的一種技術(shù)與工具，是一種在計(jì)算機(jī)軟、硬機(jī)支持下，把各種資源信息和環(huán)境參數(shù)按空間分布或地理坐標(biāo)，以一定格式和分類編碼輸入、處理、存貯、輸出，以滿足應(yīng)用需要的人-機(jī)交互信息系統(tǒng)。近年來(lái)地理信息系統(tǒng)發(fā)展迅速，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，在我國(guó)已經(jīng)成為一門新興的信息產(chǎn)業(yè)。計(jì)算機(jī)大容量存儲(chǔ)介質(zhì)、多媒體技術(shù)和可視化技術(shù)等相繼被引進(jìn)到GIS中，已使GIS發(fā)生了新的變化。

隨著數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的發(fā)展，具有處理真三維數(shù)據(jù)功能的三維GIS的發(fā)展受到了重視。對(duì)現(xiàn)實(shí)中三維對(duì)象的虛擬表示需要三維的方法。三維GIS使用三維數(shù)據(jù)描述地理對(duì)象，即所有的對(duì)象都通過三維立體坐標(biāo)(X，Y，Z或經(jīng)緯度與高程)進(jìn)行表示。三維可視化展現(xiàn)，立體表現(xiàn)效果，擁有二維GPS管理系統(tǒng)所不具備的優(yōu)勢(shì)。三維GIS在日益增長(zhǎng)的三維空間信息需求的牽引和蓬勃發(fā)展的現(xiàn)代新興技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下得到了穩(wěn)步的發(fā)展。首先，諸如城市、海洋、大氣、地下工程和軍事等重大領(lǐng)域問題的完整解決和空間信息的社會(huì)化應(yīng)用服務(wù)迫切需要三維GIS的支持；其次，三維空間數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的發(fā)展極大地方便了各種規(guī)模不同細(xì)節(jié)程度三維空間數(shù)據(jù)的可得性；再有，信息與通信技術(shù)的進(jìn)步為更有效地處理和利用海量三維空間數(shù)據(jù)提供了強(qiáng)有力的支撐。三維GIS雖然空間維數(shù)只增加了一維，但基于此既可以包容幾乎所有豐富的空間信息，也可以突破常規(guī)二維表示對(duì)形式的束縛，為更好地洞察和理解現(xiàn)實(shí)世界提供了多種多樣的選擇。但其由此也面臨大量更加復(fù)雜的問題，如數(shù)據(jù)量急劇增加、空間關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜、真實(shí)感實(shí)時(shí)可視化等。在空間上從二維表示到三維表示日益成在空間上從二維表示到三維表示日益成為GIS的主要發(fā)展方向之一，并趨向于對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的增強(qiáng)表示與延伸——“虛擬地理環(huán)境”。

雖然我國(guó)國(guó)內(nèi)GIS的研究起步較晚，但是近二十年來(lái)，在各級(jí)政府和有關(guān)人士的大力呼吁和促動(dòng)下，我國(guó)的地理信息系統(tǒng)事業(yè)突飛猛進(jìn)，成績(jī)巨大。

1 GIS的高維化發(fā)展

GIS在礦山與地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用受到很大限制的重要原因是其在處理三維問題上的不足。現(xiàn)有的GIS軟件雖然可以用數(shù)字高程模型來(lái)處理空間實(shí)體的高程坐標(biāo)，但是由于他們無(wú)法建立空間實(shí)體的三維拓?fù)潢P(guān)系，使得很多真三維操作難以實(shí)現(xiàn)，因而人們將現(xiàn)有的GIS稱為二維GIS或2.5維GIS。礦山、地質(zhì)以及氣象、環(huán)境、水文等眾多的應(yīng)用領(lǐng)域都需要三維GIS平臺(tái)來(lái)支持他們大量的真三維操作。空間可視化技術(shù)是指在動(dòng)態(tài)、時(shí)空變換、多維的可交互的地圖條件下探索視覺效果和提高視覺效果的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已在游戲中成功使用。運(yùn)用空間可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行地形環(huán)境仿真，真實(shí)再現(xiàn)地景，用于交互式觀察和分析，提高對(duì)地形環(huán)境的認(rèn)知效果，是今后三維GIS可視化發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。

四維GIS（4DGIS）一般是指在原有的三維GIS基礎(chǔ)上加入時(shí)間變量而構(gòu)成的GIS。許多人認(rèn)為地質(zhì)特征是不變的，但實(shí)際上大部分地質(zhì)特征是動(dòng)態(tài)的、變化的，不是所有地質(zhì)情況都是變化緩慢的，水災(zāi)、地震、暴風(fēng)雨以及滑坡都會(huì)使局部地質(zhì)條件發(fā)生快速而巨大的變化。地質(zhì)學(xué)家對(duì)4D(立體3D加上時(shí)間第4D)的空間——時(shí)間模型尤感興趣。但是，增加一維將帶來(lái)很大的問題。比如數(shù)據(jù)量的幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，致使數(shù)據(jù)的采集、存取、處理都帶來(lái)一系列的問題。不過，這些問題可以在計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及相關(guān)電子技術(shù)的發(fā)展而得到解決。因此，如何設(shè)計(jì)4DGIS并運(yùn)用它來(lái)描述和處理地理對(duì)象的時(shí)態(tài)特征是一個(gè)重要的發(fā)展領(lǐng)域。

維GIS還可以是指在原有的三維GIS基礎(chǔ)上加入地形或地貌而構(gòu)成的GIS，這種GIS特別適用于軍隊(duì)。

2 GIS將更加網(wǎng)絡(luò)化、智能化和集成化

隨著Internet的迅速發(fā)展，利用Internet技術(shù)在Web上發(fā)布空間數(shù)據(jù)或用戶通過Internet瀏覽空間數(shù)據(jù)是GIS發(fā)展的必須趨勢(shì)。事實(shí)上，萬(wàn)維網(wǎng)(WWW)已經(jīng)成為GIS的新的操作平臺(tái)，這也會(huì)Web GIS帶來(lái)很好的發(fā)展機(jī)遇。

雖然GIS經(jīng)過多年的發(fā)展已逐漸成熟，但其應(yīng)用還主要停留在數(shù)據(jù)庫(kù)、空間疊加分析上，缺乏知識(shí)處理能力和推理能力?？梢灶A(yù)見，智能GIS將得到很好的發(fā)展，從而更好地服務(wù)于社會(huì)和人類。智能GIS是指與專家系統(tǒng)(Expert System簡(jiǎn)稱ES)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等相結(jié)合的GIS，它實(shí)際上是基于知識(shí)的專家系統(tǒng)在GIS中的應(yīng)用，它將在解決如城市規(guī)劃與管理、交通運(yùn)輸管理、生態(tài)環(huán)境管理等問題時(shí)起到非常重要的作用。

3 MGIS將在我軍建設(shè)過程中走上發(fā)展的快車道

我軍戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)字化建設(shè)水平與國(guó)外先進(jìn)水平相比，還有很大的差距。單兵數(shù)字化系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、管理、施效的綜合電子信息系統(tǒng)。雖然我軍的現(xiàn)代化建設(shè)目前還處于劣勢(shì)，但只要我們抓住發(fā)展機(jī)遇，充分利用好現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的成果，我軍現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程就能走上發(fā)展的快車道，這也就為MGIS的發(fā)展提供了良機(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)、3D、專家系統(tǒng)等一些新的思想和技術(shù)正源源不斷地充實(shí)到GIS中去。在人類進(jìn)入了信息時(shí)代后，GIS也必將借助因特網(wǎng)這一最新傳輸介質(zhì)以實(shí)現(xiàn)地圖交換和數(shù)據(jù)分布。同時(shí)，空間信息可視化作為地理信息系統(tǒng)的新的研究領(lǐng)域，已經(jīng)促進(jìn)了GIS理論和技術(shù)的進(jìn)步，拓寬了學(xué)科領(lǐng)域。MGIS也將會(huì)借我軍戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)字化建設(shè)的東風(fēng)，得到快速發(fā)展，在未來(lái)的信息化戰(zhàn)場(chǎng)上發(fā)揮重要的作用。

可以想象，在不久的將來(lái)，我們可以花很少的錢，就可以買到一個(gè)GIS應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)備，它的大小如同一塊手表，但功能卻很強(qiáng)大。探險(xiǎn)者可以用它只身一人走出沙漠，士兵可以借助它實(shí)現(xiàn)單兵作戰(zhàn)。

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