三维GIS在自然资源管理中的应用探索

郑纬 湖南工程职业技术学院

GIS主要探测地球上某个位置直接或者间接的目标以及相关的现象等信息，不仅要描述地理空间实体的性质、特征、实体间的相互关系以及实体变化的状态，还需要将采集到的信息进行加工、表达、传输、处理、整合、分析和输出。随着科学技术的进步，GIS也得到了巨大的发展空间，各种硬件设备不断的完善，极大的提高了信息系统的处理功能，同时进一步完善了运行数据的输入。GIS也不断地更新换代，新一代三维GIS技术，主要以二三维一体化GIS技术作为基础框架，三维GIS技术的发展也加快了自然资源管理的进展。

一、三维GIS的简介

（一）三维GIS介绍

三维GIS即三维地理信息系统，最早可追溯到20世纪60年代初，经过几十年的发展，已经成为一种采集、储存、管理、分析、整合与显示的计算机软件系统，是分析处理大量自然资源数据库通用的一种技术，三维GIS是信息技术时代计算机快速发展的产物，可以快速、有效、准确、综合性的对复杂的自然资源进行系统的空间定位和动态变化分析。

（二）三维GIS软件

三维GIS技术在原有的GIS技术上有极大的突破，很大程度上是因为软件的成熟、硬件设备的更新以及实践应用的普及。目前，国际市场上有几百家各类GIS软件研发与供应单位，但是，占据主要市场的是少数的几家，三维GIS软件的研发是编程系统的进一步完善，使得软件在获取大数据之后，分析所得结果通过计算机传输到所需要的设备上。目前常见的三维GIS系统有：CLRview软件、三维城市地图、CyberCity Modeler 系统、ArcGIS软件、Skyline软件、MablockquoteGIS软件、VRMablockquote、CCGIS/ VGEGIS、IMAGIS/ CyberCity等。

（三）三维GIS软件具备的功能

三维GIS软件主要具备以下功能：数据采集、数据结构化、分析计算（方向、中心、距离、表面积、体积）、从其它系统引进数据、最佳路径、保存并操作真三维坐标数据、针对地理对象及其数据库进行交互式修改、不同数据模型要求进行模型重建、比例尺差异性处理、内部流体运动和其它方面的处理、视觉、分析各种模型构建的趋势模式与其它GIS模块的联系、核心数据库存储模型并导出报表等。

二、三维GIS的发展史

GIS 技术是源于计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）技术，在CAD技术的基础上发展起来得，上世纪60年代，加拿大土地管理应用了GIS系统，在这之后的很长时间里，计算机主要是一些专家在使用，GIS技术更是一种“曲高和寡”的技术，只有一些欧美的发达国家在系统中进行了初步的应用。GIS软件的操作与应用不太方便，无法普及，在国家自然资源管理中的应用只是简单的制图，只具备一些简单的空间检索、定位、计算面积量等功能。

上世界90年代是一个转折点，基本上在中部普及。上世界90年代中期，随着个人计算机（personal computer，PC）的普及，网络技术的发展，GIS发生了巨大的变化，GIS的软件研发变得更加灵活、多样化，能够更好的将同类型业务系统整合到一起，在服务端能够与通用关系数据库进行更好的集成，将国家自然资源的空间地图数据更严谨的存储到关系数据库中，并且与互联网技术进行集成，把国家自然资源的信息以图文的形式通过web方式浏览、检索、查询，这些技术的融合，使得GIS技术真正的融入到了我国自然资源的管理以及决策过程当中。

GIS最初的时候应用在土地资源的开发与管理。主要进行土地资源的利用情况调研、城镇地籍管理调查图件以及属性的数据存储、查询。几乎没有数据的空间分析和决策的能力，但是，随着技术的进步与发展，当前在土地中的应用主要包括：土地规划、利用、覆盖、评价等的现状分类、制图、分析，以及土地实际应用的动态监测。为了更加清楚、明确的了解我国土地资源特别是耕地资源的应用情况，1984年，国务院全面的开展了土地资源的调研，历时5年时间，主要采用航拍技术，与大比例尺的地形图相结合，同时进行野外实地考察，应用GIS软件进行图件编制、数据汇总与分析。通过初步的全国土地资源摸底调查，为更好的进行国土资源的规划、开发、管理与有效利用提供了基础。

从1996年开始，GIS开始应用于农田监测与保护。国家科委、农业部与土地管理局施行全国范围内的基本农田监测与保护工作。而GIS也成为了我国动态监测全国土地利用的数据库建设的最核心的技术，用于海量数据的管理、分析、整合。1999年9月份，申请数字国土工程项目，并获批立项，该项目统一规划、组织国土资源，实施新一轮的国土资源调查纲领、方案，建设县级土地利用数据库，以1:1万的比例，同年10月份项目正式启动，GIS在该项目中数据库的管理与数据挖掘起到了无以取代的作用。

GIS技术率先应用到土地资源的管理中，主要有两方面的原因：①土地资源的管理是一项非常重要且复杂的工作，因为土地是人类赖以生存的资源，且是不可再生的自然资源，古往今来，对于土地资源的重视程度一直居高不下，土地资源的管理包含以下几方面的内容：土地资源的调研、土地规划与应用、土地市场管理、地籍管理等，是一项非常复杂的工作，亟需应用信息化的方法进行科学、高效率的管理；②土地管理中存在着海量的空间数据，这些数据需要空间技术进行管理，传统的管理对于普通的数据管理十分成熟，但对于空间数据的管理有些空缺，而GIS系统的研发与应用，很好的解决了这一问题，同时，GIS不仅可以管理空间信息、属性信息，还可以实现两者之间的关系化的管理。

三、三维GIS系统在自然资源管理中的重要性

（一）三维GIS可以有效的规范自然资源管理过程

随着社会的快速发展，我国自然资源的管理压力也越来越大，对于自然资源的浪费情况也愈发的严重，进而增加了自然资源的管理难度，若是不能够对自然资源施行科学、有效的管理，很容易造成自然资源的浪费，使得我国经济受到极大的影响。将三维GIS的应用在国家自然资源的管理中具有十分重要的、不可替代的意义，不仅能够规范我国自然资源的管理方式，还能够进行海量数据的整合、分析，进一步支撑我国自然资源的管理，以免出现质量问题，因此，进一步加强对于三维GIS的研发非常重要。

（二）三维GIS有效的降低了自然资源管理的难度

三维GIS系统具有多种优势，能够快捷、便捷的对自然灾害进行预报、监测、评估，例如火山爆发的火灾、旱灾、水灾、虫灾等等，进而有效的、极大程度的降低国家自然资源管理的问题，进一步降低对于自然资源的管理难度。我国的自然资源十分丰富，如煤炭资源、国土资源、矿石资源、石油资源等等，这些自然资源的有效管理与应用对于我国经济的发展有着重要的影响。三维GIS系统，不仅能够直接的反馈这些自然资源的分布、空间属性、动态变化等信息，还能够在开发的过程中注重环境的保护，确保自然资源整体管理的科学性、有效性。

（三）三维GIS为自然资源的管理提供了必要的技术支撑

国家自然资源的管理工作涉及到的内容非常广泛，具有非常强的专业性，三维GIS能够将地理信息系统中的空间数据管理能力得到充分的、有效的利用，主要使用了移动终端的嵌入式技术，进而保证在国家自然资源中应用移动终端的空间地理信息，进行会议数据的采集、管理、更新，同时完成相关数据的存储、输出工作，形成一套科学、系统、完善的管理流程，确保自然资源工作的管理简单、方便、规范化，进而推进我国自然资源的管理工作。

四、三维GIS在自然资源管理中的应用

（一）空间数据基础设施的建设

空间基础设施主要负责空间数据方面以及相关的工作，主要包括大数据的采集、分析、建立档案、数据共享等方面，空间基础设施的目的主要是为了能够能方便信息平台上的地理空间相关数据的处理与完成。地理空间数据是三维GIS技术中非常重要的、必不可少的一部分，因此，为了确保我国自然资源工作的开展必须要做好三维GIS技术的研发进度，进而加强对这方面的空间数据基础设施的建设工作，需要不断的加强研发，为国家自然资源的科学、有效的管理奠定坚实的科技基础。

（二）自然资源的分类管理

自然资源十分丰富、多样，在管理的过程中需要讲究分类管理。对于不同的资源，采取相应的管理方式。如对于土地资源的管理，在管理中使用三维GIS技术能够更好地提供相关技术的服务，使得信息的调节与管理更加方便，进而降低土地资源开发的难度。使用三维GIS技术还能够进一步处理好自然资源开发的关系，做好相关信息的登记、变更，以免出现问题，更加科学、合理的保证整体信息的合理性。在自然资源管理中应用三维GIS能够优化资源管理的整个过程，保证整体工作的准确性，需要重点控制。三维GIS在空间探测、分析、管理方面有极高的能力，能够对自然资源进行合理的规划，对实际规划进行评估，获取对应的资源规划指标。三维GIS能够更好的确保资源规划质量，有效的控制资源开发、整合的成本，减少纠纷情况。将三维GIS应用到自然资源的规划中能够更好的进行空间状态方面的规划，保证整体的准确性，因此，对于三维GIS空间方面的技术，还需要不断的研发与完善，进而更好的服务于自然资源的管理。

（三）应用三维GIS整合相关信息

就当前的实际情况来看，我国的三维GIS水平还在持续研发的阶段，不能够最大程度的发挥该系统的作用，无法更好的保证国家自然资源的管理水平。政府的各个部门和机构之间都有着十分明确的分工工作、职责，如果不能确保三维GIS系统的完整性，使得各个部门、机构之间能够进行信息的有效沟通，则会使得三维GIS的性能发挥不充分。针对这种情况，应该对三维GIS的应用要更加专业，充分的发挥该系统的最大的优势，确保整个系统的全方位的应用，进而提升国家自然资源的管理质量，在实际使用的过程中高效的进行数据信息的整合，从而完善相关的数据，为国家自然资源管理工作科学、高效的开展提供保障。

结束语：综上所述，GIS的发展经过几十年的不断研究与更新，在实用性方面取得了重大的进展，由最初简单的地理信息的采集、存储，到之后的全方位的空间信息的分析、整合等，都为自然资源的科学化管理提供了帮助。随着技术的不断发展，GIS的发展也不断的向多维方向发展，三维GIS的研发也得到了极大的进步，在各个方面的性能都得到了升级。虽然三维GIS相比之前的地理信息系统有了长足的进步，但是，三维GIS在自然资源管理中的应用还需要不断的实践，并在实践的过程中，根据相应的问题进行进一步的研发、改进、完善，使得三维GIS技术更好的为国家自然资源的治理水平的提升贡献力量。