工程測量中如何有效應(yīng)用三維GIS技術(shù)的研究

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，我國空間探索能力的不斷提高，GIS作為一種新興的空間定位技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用到了工程測量中。以往，GIS系統(tǒng)都只是一種二維技術(shù)，但是隨著應(yīng)用的廣泛性，GIS技術(shù)對三維空間的處理能力也在不斷提高。本文首先闡述了三維GIS技術(shù)的含義，然后就三維GIS技術(shù)在工程中的實(shí)際應(yīng)用，對如何有效應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)提出了幾點(diǎn)建設(shè)性的意見。

關(guān)鍵詞：工程測量；應(yīng)用；三維；GIS技術(shù)

中圖分類號(hào)：P258

GIS作為一種地理信息系統(tǒng)，在采礦，地質(zhì)勘察和石油開采等事業(yè)中被廣泛地應(yīng)用。GIS作為一種地理信息系統(tǒng)技術(shù)，在空間分析上具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢。這門技術(shù)的核心就是要在實(shí)地測量的基礎(chǔ)上建立一個(gè)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。這種技術(shù)能對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行有效地管理，還能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的制圖。隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，GIS技術(shù)也得以快速發(fā)展，為了提高工程測量的準(zhǔn)確性，人們對GIS應(yīng)用技術(shù)的要求也越來越高。目前這門技術(shù)已經(jīng)從處理二維空間上升到處理三維空間了，衍生出了三維GIS技術(shù)。

1 正確理解三維GIS技術(shù)的含義

目前，對三維GIS的定義主要有三種看法。第一種看法是從工具箱的角度出發(fā)的，認(rèn)為GIS就是多種工具的總和。這些工具包括從現(xiàn)實(shí)世界中收集數(shù)據(jù)的工具、進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換的工具和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的工具。第二種看法是從組織結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)的，持這種觀念的學(xué)者將GIS看作一種組織結(jié)構(gòu)，認(rèn)為這種組織結(jié)構(gòu)具有存儲(chǔ)、搜索和顯示地理數(shù)據(jù)的功能。這個(gè)組織結(jié)構(gòu)中包含了數(shù)據(jù)庫、專家學(xué)者、和提供經(jīng)濟(jì)支持等幾部分的內(nèi)容，這幾個(gè)部分負(fù)責(zé)提出解決各種環(huán)境問題的對策，并給予相應(yīng)的決策支持。第三種看法是從數(shù)據(jù)庫的角度出發(fā)的，將GIS技術(shù)看作一種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，認(rèn)為它的主要功能就是檢索和處理數(shù)據(jù)庫中的各種數(shù)據(jù)，可以回答各種各樣的問題。這三種定義的出發(fā)點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)雖然有很大區(qū)別，但是都能體現(xiàn)出三維GIS技術(shù)在建造模型和進(jìn)行空間測量上的精確性。

三維GIS技術(shù)在地理空間的處理上擁有非常強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫，通過對地理模型進(jìn)行分析，能夠給工程測量提供各種信息，為他們進(jìn)行地理研究和做出決策提供參考。運(yùn)用三維GIS技術(shù)時(shí)，操作人員會(huì)利用X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸來對空間目標(biāo)進(jìn)行定位，這樣呈現(xiàn)在使用者眼前的就是一種立體的地理空間信息。在采用三維GIS技術(shù)進(jìn)行工程測量時(shí)，需要很多不同的組成部分共同來完成。這種技術(shù)最核心的部分就是三維空間的數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)的輸入、分析和輸出，就可以得出工作人員所需要的信息，為合理地進(jìn)行工程測量提供數(shù)據(jù)支持。毫不夸張地說，整個(gè)地球或者是部分區(qū)域內(nèi)的資源使用情況都可以通過三維GIS技術(shù)反映出來，它就是對人類實(shí)際生活環(huán)境的一種記錄。同時(shí)，三維GIS技術(shù)也是利用計(jì)算機(jī)程序和相關(guān)的數(shù)據(jù)建立起來的一種地理空間的模型。這種技術(shù)除了為管理者提供決策支持外，還能對空間內(nèi)的特定目標(biāo)進(jìn)行分析和處理，具有很強(qiáng)的空間分析功能。

2 三維GIS技術(shù)在工程測量中的表現(xiàn)特點(diǎn)

2.1 具有空間上的可視性

三維GIS技術(shù)在工程測量的過程中，具有空間上的可視性，具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。一是能夠很清楚地看到空間物體的輪廓特征，二是能夠直觀地反映出物體的地理屬性信息。從第一點(diǎn)的角度來說，因?yàn)槿SGIS技術(shù)能夠利用相關(guān)數(shù)據(jù)模擬出空間關(guān)系的模型，所以操作者能清楚地看到空間中各種物體的本來狀態(tài)。同時(shí)，由于這種技術(shù)是根據(jù)實(shí)際物體的具體大小進(jìn)行等比例縮放的，所以對現(xiàn)實(shí)物體的反映不會(huì)失真失實(shí)，能夠清晰地反映出它們的原本特征。從第二點(diǎn)的角度來說，三維GIS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)空間物體具體分布的可視化，這是因?yàn)樗軐⑽矬w的地理信息和空間屬性結(jié)合起來。例如測量人員想要了解某一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)的地理情況、人口密度和資源使用，只需要通過測量圖片中的距離就能計(jì)算出實(shí)際的距離，相關(guān)的負(fù)責(zé)人就會(huì)對施工方案有一個(gè)初步的構(gòu)思和設(shè)計(jì)。這樣就實(shí)現(xiàn)了地理屬性信息的可視化。

2.2 具有很強(qiáng)的空間指向性

在工程測量的過程中，三維GIS技術(shù)除了能夠?qū)崿F(xiàn)空間信息的可視化之外，還具有很強(qiáng)的空間指向性，在對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行信息分析的同時(shí)，還能幫助操作人員找到具有潛在開發(fā)價(jià)值的區(qū)域。這是因?yàn)槿SGIS技術(shù)能通過不同的比例反映出地域空間的整體信息和局部特征。在比例的轉(zhuǎn)換中，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)地處理就會(huì)不斷地變化。這就和我們看全國地圖和全省地圖一樣。在全國地圖中，我們只能看到一些比較大的山川河流。在省內(nèi)地圖中就會(huì)反映出省內(nèi)的主要交通干線，一些不太明顯內(nèi)的山川河流也會(huì)出現(xiàn)在地圖中。如果更進(jìn)一步放大，甚至還可以看到具體的一個(gè)城鎮(zhèn)的地理環(huán)境信息。綜上所述，三維GIS技術(shù)可以根據(jù)操作人員的主觀意志來對空間信息進(jìn)行處理，所以具有很強(qiáng)的空間指向性。

2.3 具有清晰的空間思維能力

三維GIS技術(shù)能對空間事物進(jìn)行具體地描述，在數(shù)據(jù)處理中儲(chǔ)存空間事物之間的位置關(guān)系，所以在對空間分析的過程中，就能顯示出清晰的思維性。它的空間思維性主要表現(xiàn)為，在利用三維GIS技術(shù)對相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理的過程中，能夠得到非常直觀的數(shù)據(jù)分析圖。因?yàn)槿SGIS技術(shù)也是各種工具的總和，所以每個(gè)工具利用本身的特性對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，都會(huì)得出不一樣的結(jié)果，系統(tǒng)在對這些結(jié)果進(jìn)行分析時(shí)，就會(huì)對它們進(jìn)行綜合歸納，得出一個(gè)可視化的空間結(jié)果。利用三維GIS技術(shù)的這種空間思維性，我們可以找到空間之間的內(nèi)在關(guān)系和具體的空間分布情況以及發(fā)展趨勢。這種空間思維性是三維GIS技術(shù)所獨(dú)有的特點(diǎn)，其是他信息系統(tǒng)所不具備的。

3 在工程測量中應(yīng)用三維GIS技術(shù)的前景和方法

3.1 在工程測量中應(yīng)用三維GIS技術(shù)的前景分析

三維GIS技術(shù)具有精確程度高、工作效率高和操作方便的特點(diǎn)，能為工程測量提供精確的數(shù)據(jù)，將誤差控制在最小的范圍內(nèi)。同時(shí)，工程測量中運(yùn)用三維GIS技術(shù)是工程測量技術(shù)發(fā)展的主要方向。所以三維GIS技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用前景是非常廣闊的。通過航空拍攝或者是衛(wèi)星的攝影圖像技術(shù)，三維GIS技術(shù)對我國的國土資源開發(fā)和城市的建設(shè)規(guī)劃提供了很多寶貴的資料，繪制了很多大比例尺的地形圖和工程圖，為工程測量奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。另外，三維GIS技術(shù)能夠避免環(huán)境惡劣條件的干擾，保證工作的高效率和高精確度。而且，隨著近些年來掌上電腦技術(shù)的不斷發(fā)展，使得三維GIS技術(shù)的操作不再局限在室內(nèi)，使用更加便捷，加快了它在城市規(guī)劃和工程測量中的應(yīng)用速度。

3.2 在工程測量中應(yīng)用三維GIS的方法

（1）為工程測量提供相關(guān)數(shù)據(jù)

三維GIS技術(shù)在進(jìn)行工程的地理數(shù)據(jù)測量時(shí)，會(huì)在屏幕上顯示出相關(guān)的地理數(shù)據(jù)，這是三維GIS技術(shù)應(yīng)用的主要內(nèi)容之一。在屏幕上出現(xiàn)相關(guān)的地理數(shù)據(jù)之前，測量人員要提前選好屏幕的視覺變量，確定恰當(dāng)?shù)膱D形色彩和具體尺寸，從而確保圖片的分層、分區(qū)和要素顯示。在具體的工程測量中，三維GIS技術(shù)會(huì)將數(shù)據(jù)符號(hào)作為數(shù)據(jù)顯示的重要內(nèi)容。通過工具和技術(shù)的更新，三維GIS技術(shù)對數(shù)據(jù)符號(hào)的處理功能將不斷強(qiáng)化，在充分運(yùn)用圖例的基礎(chǔ)上，可以將相關(guān)的地理信息非常直觀地反映在屏幕上，通過屏幕，測量人員就能實(shí)現(xiàn)對地理空間的可視化。另外，測量人員還可以根據(jù)屏幕上的標(biāo)記，更加方便、更加快捷地獲取到電子地圖的數(shù)據(jù)。要想在工程測量中有效地應(yīng)用三維GIS技術(shù)，獲取數(shù)據(jù)就是必不可少的一步。

（2）進(jìn)行科學(xué)地計(jì)算

在工程測量中應(yīng)用三維GIS技術(shù)需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)地計(jì)算。在工程測量中，三維GIS技術(shù)要對模型中的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的管理，將各種信息進(jìn)行等級(jí)和類別的劃分，并且將這些數(shù)據(jù)根據(jù)不同的主題，用圖表的形式反映出來。例如，在實(shí)際的工程測量中，測量人員如果需要對不同的顏色和紋路走向進(jìn)行對比分析，那么就可以利用三維GIS技術(shù)展示出數(shù)據(jù)的分類圖。如果測量人員想對色彩的飽和度進(jìn)行分類，就可以利用三維GIS技術(shù)對相關(guān)的圖形進(jìn)行分類，讓圖形數(shù)據(jù)滿足使用者的需求。

（3）充分利用它的可視化功能

三維GIS技術(shù)能夠利用三維仿真地圖來實(shí)現(xiàn)空間的可視化，并且這種技術(shù)是建立在仿真基礎(chǔ)之上的。在工程測量中，利用三維GIS技術(shù)能夠?qū)⒖臻g信息用三維立體的圖像表現(xiàn)出來，讓測量人員如同身臨其境。隨著三維GIS技術(shù)可視化的發(fā)展，將之應(yīng)用在工程測量中能夠促進(jìn)地理信息可視化的發(fā)展。而且，現(xiàn)在的可視化技術(shù)已經(jīng)和多媒體等技術(shù)手段結(jié)合起來了，改變了地理信息只能以圖表、文字和圖形等形式進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?，?shí)現(xiàn)了地理信息的空間表達(dá)。三維GIS技術(shù)和圖形、文字、動(dòng)畫、聲音等一系列的表現(xiàn)形式互相融合之后，會(huì)極大地促進(jìn)地理信息的可視化的發(fā)展，為工程測量創(chuàng)造更為便利的條件。

（4）充分利用查詢和檢索功能

要在工程測量中充分發(fā)揮三維GIS的作用，需要充分利用它的查詢和搜索功能，通過搜索相關(guān)的地理信息，對數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行查詢，就能夠直觀地反映出測量人員需要的地理信息。在實(shí)現(xiàn)三維GIS技術(shù)搜索和查詢功能的過程中，查詢的結(jié)果會(huì)通過圖形、文字、表格等形式反映出來。同時(shí)，充分利用三維GIS技術(shù)的搜索和查詢功能，還能促使工程測量的信息查詢技術(shù)更上一層樓。

（5）采集地圖的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)

在傳統(tǒng)的工程測量中，數(shù)據(jù)往往是以靜態(tài)的方式呈現(xiàn)出來的。三維GIS技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)收集。之所以能夠?qū)崿F(xiàn)地圖的動(dòng)畫采集，是因?yàn)樵摷夹g(shù)在三維空間中加入了時(shí)間軸，這樣里面的內(nèi)容就會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，并利用動(dòng)畫的方式呈現(xiàn)出來。地圖數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集，可以通過調(diào)節(jié)鏡頭的焦距、開窗的范圍大小，鏡頭的移動(dòng)、閃光的強(qiáng)度和亮度等方式來實(shí)現(xiàn)。在工程測量中應(yīng)用三維GIS技術(shù)是對二維技術(shù)的一種有效補(bǔ)充，能為相關(guān)負(fù)責(zé)人提供決策支持。

4 結(jié)束語

三維GIS技術(shù)如何應(yīng)用在工程測量中不僅是自身的一種突破，還是工程測量發(fā)展的必然趨勢。在工程測量中，三維GIS技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的搜集、分析，是目前比較常用的一種數(shù)字模型解析工具?，F(xiàn)在，這種技術(shù)除了應(yīng)用在工程測量中之外，還能用于環(huán)境監(jiān)測、海洋導(dǎo)航和預(yù)防災(zāi)害等方面的工作中，隨著三維GIS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對它的技術(shù)要求也越來越高，所以掌握該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)人員和使用者應(yīng)該不斷提高它的空間處理能力，為測量事業(yè)的發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)。

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作者簡介：林朝飛（1975-），男，四川攀枝花人，講師，碩士，畢業(yè)于武漢測繪科技大學(xué)，研究方向：工程測量，GPS，GIS。

作者單位：攀枝花學(xué)院交通與汽車學(xué)院，四川攀枝花 617000