三维地理信息系统建设研究

张军 靳娟丽

摘要：数字三维地理信息系统建设项目，制作完成三维地形场景，全部以三维立体化的形式展现，利用该系统可更加有效地服务于国土资源管理等各个领域。用3D模型直观显示出城区及规划区现状和农村土地的利用现状分布情况，构成了三维立体景观，建成数字三维地理信息系统。该系统还可以实现多系统兼容功能，为未来“数字城市”的建设提供重要基础保障，对信息时代经济和社会的快速发展起到积极的推动作用。

关键词：数字三维地理信息系统建设 GIS 数据库

利用计算机技术、地理信息技术、遥感技术等多种高新技术手段，建立一个多尺度、多数据源的城市空间基础数据库。系统实现在三维可视化环境中对多源多时相影像、矢量等海量数据的组织管理、查询浏览、统计分析等操作，为政府决策和城市建设提供基础测绘保障，为政府部门、城市建设和国民经济各行业提供基础地理信息服务，为“数字城市”建设和应用提供信息支撑，为城市可持续发展服务。

1 系统建设内容

①按照系统建设的相关技术规范和标准，对系统所需的基础数据及属性数据进行处理并入库，设计和建立“地理信息数据库”。其中基础数据的处理包括基础数据的质量检查、数据分类存贮等；数据的入库包括矢量数据的入库、影像数据的入库以及属性数据的入库。

②系统展示了地形地貌的三维地表模型，制作城区和规划区主要建筑物的精细模型，开发了数字成县三维地理信息系统，展示成县的地形地貌、城镇建设与县域全貌。

③整合各部门配合提供的相关资料与成果，系统主要实现国土部门的文本、图片、多媒体等专题信息与成果安全共享、高效管理与维护的功能。

④根据经济文化特色，以空间数据为信息载体，在地理空间信息共享平台上发布各类专题数据，形成相应的专题应用系统，直观地反映经济发展状况、城市建设现状。

⑤通过功能设计、功能开发、系统测试等阶段建设一个集数据管理、数据浏览、成果展现、专题应用、应用分析、三维可视化浏览等功能于一体的数字成县三维地理信息系统。

2 系统开发与功能实现

对数字三维地理信息系统平台建设项目进行开发，实现以下功能：

2.1 基本功能。①三维交互浏览：系统通过鼠标、键盘、操纵杆、控制面板或者任意组合方式来控制飞行的速度、高度视角，使得用户可以灵活、便捷的在三维场景中浏览漫游，操作简单，易于使用。随着鼠标的移动显示到达的地域名称、状态栏坐标切换显示。②地图缩放：通过鼠标滚轮滚动方式或者左下方的工具条来自由缩放三维影像地球，从不同的高度来浏览窗口，并且直接定位到房屋、街道、城市、国家、全球的高度。③量测功能：系统利用空间距离测量工具、垂直距离测量工具和面积测量工具进行简单的量测。④查询功能：查询功能包括基本查询、三维坐标查询、对象的属性信息查询等。⑤图层控制：带有图层管理的树状结构，对地形、影像、模型、矢量等数据图层的分层管理。设置图层开关，控制图层显示与否。矢量图层选择标注属性项，并可改变矢量线划、文字等样式。用户能够根据自己的需要对三维场景中的图层显示进行控制，可以任意选择要显示的图层。⑥定点漫游：系统允许用户选择预先定义的路径进行飞行漫游；用户也可以自定义路径进行飞行漫游，并可以控制飞行过程中的观看速度、角度和姿态。

2.2 国土专题功能。①国土信息叠加：国土信息叠加包括土地清理清查工作成果数据叠加和第二次全国土地调查成果数据疊加。②信息实时标注：三维场景实时标注信息（包括文字和图片信息）并保存到工程中（保存在

服务器端）。③搜索定位：包括地名查询和坐标定位。④二维导航：系统支持同步显示二维图形和三维场景，在三维场景中漫游时，二维图形实时指示用户的位置和行走方向。

2.3 辅助分析功能。①日照分析：根据当前系统时间，反映真实时间中城市的明暗变化，并能够表现出建筑物不同面的明暗变化，可任意角度观察建筑物单体的全天日照表现动画，可模拟显示瞬时的日照阴影遮挡效果。②通视分析：能对三维场景中两点之间的可见性进行通视效果演示。③视域分析：分析观察点到某一扇形弧线上所有点的全部视线。④地形剖面分析：分析两点间的最大、最小坡度以及最大高程等，分析的结果是绘制出剖面图。

2.4 其他功能。①场景输出：可定制高分辨率三维场景图像输出；②视频输出：可定制飞行浏览视频输出。

3 技术路线

4 空间数据库设计

数字城市地理信息系统主要由城市基础空间数据库以及对该库进行管理操作的应用软硬件系统组成，其中， 数据库是系统建设的核心。基础空间数据库是将表示城市基本面貌的道路、建筑物、水系、境界、植被、高程、地名等信息以数据库形式组成的集合，具有基础性、公益性和共享性等特征。

基础空间数据库的建设由四部分组成：矢量数据库、栅格数据库、元数据库以及三维数据库。

4.1 矢量数据库建库。主要包括核心地形要素数据库、地名地址数据库、土地覆盖数据库、城镇地籍数据库等。根据城市系列比例尺的基础地形数据，进行分层分类编码、属性数据建库、空间数据模型设计、空间数据整理、数据质量检验、拓扑检查、拓扑重建、空间数据与属性数据的入库、空间数据存储优化、索引优化等工作。

4.2 栅格数据库建库。主要包括数字正射影像数据库和数字高程模型数据库等。栅格数据能够快速、直观、形象、全面地反映城市的变化，是数字规划、应急指挥等应用系统的重要基础参照数据，也是更新矢量数据和进行城市部件调查、位置信息服务数据采集更新的重要基础数据源。

栅格数据库建库主要针对城市多种比例尺的航空和卫星影像数据、栅格地图数据和数字高程模型数据的建库、入库、管理、查询检索与快速获取。

4.3 元数据库建库。城市地理空间元数据是对城市地理空间数据的描述，元数据库建设能够对城市基础地理数据进行有效管理，保障城市数据层矢量线划数据、栅格影像数据、网格数据、地名地址数据、位置信息数据的有效使用和共享交换。元数据库建设的最终目标是建立起地理空间信息数据资源的共享交换平台。

4.4 三维数据库。三维数据的建库与一般二维数据的建库具有很大的区别，一般经过数据采集、数据生产和数据上传等几个主要的过程。

5 结束语

三维地理信息系统建设是在原有数字城市建设的思路上，结合实际社会各行业需求的发展，以三维景观模型为基础，以地理信息系统为基础平台，实现城市发展规划和管理，是目前社会发展的必然，如何获取高效的地理信息系统，是目前系统建设的主要研究内容，各个地方、行业、企业都在这一方面做研究，三维地理信息系统建设必然日趋成熟。

参考文献：

[1]《基础地理信息标准数据基本规定》（GB21139-2007）.

[2]《数字城市地理空间信息公共平台技术规范》（CH/Z9001-

2007）.

[3]《数字城市地理空间信息公共平台地名/地址分类、描述及编码规则》（CH/Z9002-2007）.

[4]《地理空间框架基本规定》（CH/T9003-2009）.

[5]《地理信息公共平台基本规定》（CH/T9004-009）.

[6]《基础地理信息数据库基本规定》（CH/T9005-2009）.