國內三維GIS發展綜述

侯雨樂

（阿壩師范高等專科學校，四川 汶川 623002）

地理信息系統是利用計算機存貯、處理地理信息的一種技術與工具，是一種在計算機軟、硬機支持下，把各種資源信息和環境參數按空間分布或地理坐標，以一定格式和分類編碼輸入、處理、存貯、輸出，以滿足應用需要的人-機交互信息系統。近年來地理信息系統發展迅速，在國民經濟建設中得到廣泛應用，在我國已經成為一門新興的信息產業。計算機大容量存儲介質、多媒體技術和可視化技術等相繼被引進到GIS中，已使GIS發生了新的變化。

隨著數據獲取技術的發展，具有處理真三維數據功能的三維GIS的發展受到了重視。對現實中三維對象的虛擬表示需要三維的方法。三維GIS使用三維數據描述地理對象，即所有的對象都通過三維立體坐標(X，Y，Z或經緯度與高程)進行表示。三維可視化展現，立體表現效果，擁有二維GPS管理系統所不具備的優勢。三維GIS在日益增長的三維空間信息需求的牽引和蓬勃發展的現代新興技術的驅動下得到了穩步的發展。首先，諸如城市、海洋、大氣、地下工程和軍事等重大領域問題的完整解決和空間信息的社會化應用服務迫切需要三維GIS的支持；其次，三維空間數據獲取技術的發展極大地方便了各種規模不同細節程度三維空間數據的可得性；再有，信息與通信技術的進步為更有效地處理和利用海量三維空間數據提供了強有力的支撐。三維GIS雖然空間維數只增加了一維，但基于此既可以包容幾乎所有豐富的空間信息，也可以突破常規二維表示對形式的束縛，為更好地洞察和理解現實世界提供了多種多樣的選擇。但其由此也面臨大量更加復雜的問題，如數據量急劇增加、空間關系錯綜復雜、真實感實時可視化等。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的主要發展方向之一，并趨向于對現實世界的增強表示與延伸——“虛擬地理環境”。

雖然我國國內GIS的研究起步較晚，但是近二十年來，在各級政府和有關人士的大力呼吁和促動下，我國的地理信息系統事業突飛猛進，成績巨大。

1 GIS的高維化發展

GIS在礦山與地質領域的應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。現有的GIS軟件雖然可以用數字高程模型來處理空間實體的高程坐標，但是由于他們無法建立空間實體的三維拓撲關系，使得很多真三維操作難以實現，因而人們將現有的GIS稱為二維GIS或2.5維GIS。礦山、地質以及氣象、環境、水文等眾多的應用領域都需要三維GIS平臺來支持他們大量的真三維操作。空間可視化技術是指在動態、時空變換、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。虛擬現實技術已在游戲中成功使用。運用空間可視化技術和虛擬現實技術進行地形環境仿真，真實再現地景，用于交互式觀察和分析，提高對地形環境的認知效果，是今后三維GIS可視化發展的一個重點。

四維GIS（4DGIS）一般是指在原有的三維GIS基礎上加入時間變量而構成的GIS。許多人認為地質特征是不變的，但實際上大部分地質特征是動態的、變化的，不是所有地質情況都是變化緩慢的，水災、地震、暴風雨以及滑坡都會使局部地質條件發生快速而巨大的變化。地質學家對4D(立體3D加上時間第4D)的空間——時間模型尤感興趣。但是，增加一維將帶來很大的問題。比如數據量的幾何級數增長，致使數據的采集、存取、處理都帶來一系列的問題。不過，這些問題可以在計算機技術、數據庫技術以及相關電子技術的發展而得到解決。因此，如何設計4DGIS并運用它來描述和處理地理對象的時態特征是一個重要的發展領域。

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

2 GIS將更加網絡化、智能化和集成化

隨著Internet的迅速發展，利用Internet技術在Web上發布空間數據或用戶通過Internet瀏覽空間數據是GIS發展的必須趨勢。事實上，萬維網(WWW)已經成為GIS的新的操作平臺，這也會Web GIS帶來很好的發展機遇。

雖然GIS經過多年的發展已逐漸成熟，但其應用還主要停留在數據庫、空間疊加分析上，缺乏知識處理能力和推理能力。可以預見，智能GIS將得到很好的發展，從而更好地服務于社會和人類。智能GIS是指與專家系統(Expert System簡稱ES)、神經網絡、遺傳算法等相結合的GIS，它實際上是基于知識的專家系統在GIS中的應用，它將在解決如城市規劃與管理、交通運輸管理、生態環境管理等問題時起到非常重要的作用。

3 MGIS將在我軍建設過程中走上發展的快車道

我軍戰場數字化建設水平與國外先進水平相比，還有很大的差距。單兵數字化系統實質上就是一個對戰場信息進行實時采集、存儲、管理、施效的綜合電子信息系統。雖然我軍的現代化建設目前還處于劣勢，但只要我們抓住發展機遇，充分利用好現代科學技術的成果，我軍現代化建設進程就能走上發展的快車道，這也就為MGIS的發展提供了良機。

4 結語

隨著計算機技術的不斷發展，虛擬現實、3D、專家系統等一些新的思想和技術正源源不斷地充實到GIS中去。在人類進入了信息時代后，GIS也必將借助因特網這一最新傳輸介質以實現地圖交換和數據分布。同時，空間信息可視化作為地理信息系統的新的研究領域，已經促進了GIS理論和技術的進步，拓寬了學科領域。MGIS也將會借我軍戰場數字化建設的東風，得到快速發展，在未來的信息化戰場上發揮重要的作用。

可以想象，在不久的將來，我們可以花很少的錢，就可以買到一個GIS應用系統設備，它的大小如同一塊手表，但功能卻很強大。探險者可以用它只身一人走出沙漠，士兵可以借助它實現單兵作戰。

[1]吳立新，史文中.地理信息系統原理與算法[M].北京：科學出版社，2003．

[2]符海芳，朱建軍，崔偉宏.3DGIS數據模型的研究[J].地理信息科學，2002，(2)：45-49．

[3]賈澤露，劉耀林，劉興全.從市場需求看我國高校GIS教學改革[J].地理空間信息，2006，4(2):75-77

[4]郭達志，杜培軍，盛業華.數字地球與3維地理信息系統研究[J].測繪學報，2000，29(3)：250-256．

[5]呂淑華.玉華洞風景名勝區旅游資源地理信息系統設計與開發[D].福建師范大學，2005，(2)：3.

[6]孫敏，陳軍，張學莊.基于表面剖分的3DCM空間數據模型研究[J].測繪學報，2000，29(3)：257-265．

[7]李德仁.地球空間信息學及在陸地科學中的應用[J].自然雜志，2004，27(6):316-322.

[8]王新洲.論《空間數據處理》課程建設[J].地理空間信息，2006，4(3):63-65.

[9]高建新.GIS近期發展趨勢綜述[J].測繪信息與工程，2003，28(5)：15-18.