地理信息可視化技術(shù)精選(九篇)
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第1篇：地理信息可視化技術(shù)范文
關(guān)鍵詞：三維可視化; GIS; 空間數(shù)據(jù)
中圖分類號(hào)：C37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
一、前言
目前，科學(xué)可視化、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)蓬勃發(fā)展，并成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的三大熱門(mén)研究方向，它們的核心都是三維真實(shí)感圖形[1]，也就是三維可視化技術(shù)。三維可視化技術(shù)是目前計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像圖形學(xué)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，它是依靠視覺(jué)效果將數(shù)據(jù)所要表達(dá)的信息直觀顯示出來(lái)的一種最好的方法。傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)對(duì)實(shí)物的空間立體感表達(dá)就比較抽象，將三維可視化技術(shù)引入GIS領(lǐng)域中可以動(dòng)態(tài)地、形象地、多視角地、多層次地、如實(shí)逼真地描繪地球科學(xué)中的客觀現(xiàn)象。如通常所見(jiàn)的地形三維可視化、虛擬戰(zhàn)場(chǎng)、數(shù)字社區(qū)和虛擬城市等。本文結(jié)合在GIS中的應(yīng)用介紹三維可視化開(kāi)發(fā)的基本方法。
二、 三維可視化GIS關(guān)鍵技術(shù)
三維可視化技術(shù)可以簡(jiǎn)單的分解為三種技術(shù)的結(jié)合:可視化、三維和GIS。下面分析了可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、體視化技術(shù)、三維技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。
1、可視化技術(shù)
可視化，也稱為科學(xué)計(jì)算可視化(Visualization in Scientific Computer),它是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形和圖像處理技術(shù)，把科學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可視的、能幫助科學(xué)家理解的信息，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。GIS可視化技術(shù)是目前信息領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)技術(shù)，它通過(guò)強(qiáng)大的、有效的地圖系統(tǒng)將復(fù)雜的空間和屬性數(shù)抓以地理的形式進(jìn)行描述，具有界面風(fēng)格人性化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了文本、圖形和圖像信息相結(jié)合的定位、查詢、檢索模式信息表達(dá)形象化、自觀化操作簡(jiǎn)單便利等特點(diǎn)[2]。
2、虛擬現(xiàn)實(shí)
虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)技術(shù)是一個(gè)由圖像技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及人機(jī)對(duì)話技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用高性能、高度集成的計(jì)算機(jī)硬、軟件及各類先進(jìn)的傳感器，去創(chuàng)造一個(gè)使參與者處于一個(gè)三維視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)的環(huán)境，具有完善的交互作用能力、能幫助和啟發(fā)進(jìn)入虛擬境界的參與者的構(gòu)思的信息環(huán)境。利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的人機(jī)對(duì)話上具，同虛擬環(huán)境中的物體交互操作，使用戶仿佛置身于現(xiàn)實(shí)環(huán)境之中，使參與者足不出戶就能身處異景，如遙遠(yuǎn)的太空、海洋深處、甚至是微觀世界。
3、體視化技術(shù)
三維體可視化技術(shù)是真正的三維。它是由完全的三維空間體數(shù)據(jù)構(gòu)建模型，可以對(duì)模型切割來(lái)獲取內(nèi)部信息。它是每一個(gè)空間點(diǎn)對(duì)應(yīng)三個(gè)方向，x, y, z，也就是在一個(gè)空間坐標(biāo)上放置每一個(gè)屬性點(diǎn)，可以由關(guān)系V = .f (x, y, z)表示，V表示空間點(diǎn)的屬性值，x, y, z分別表示空間坐標(biāo)[3]。
空間三維實(shí)體的可視化，即體視化主要是處理和分析各種體數(shù)據(jù)，并對(duì)這些體數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、操作和顯示，其目的是讓人們更清楚地認(rèn)識(shí)蘊(yùn)含于體數(shù)據(jù)之中的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。體數(shù)據(jù)可以看成是在有限空間中的一種或多種物理屬性的一組離散采樣，它可以表示成:ƒ(x)，x ∈Rn；{x}是n維空間的采樣點(diǎn)的集合，因此也有人把體數(shù)據(jù)成為數(shù)據(jù)集。
4、 三維技術(shù)
三維立體顯示的出發(fā)點(diǎn)是運(yùn)用三維立體透視技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，通過(guò)將真實(shí)世界的三維坐標(biāo)變換成計(jì)算機(jī)坐標(biāo)，通過(guò)光學(xué)和電子學(xué)處理，模仿真實(shí)的世界并顯示在屏幕上。三維技術(shù)廣泛應(yīng)用在資源環(huán)境模型、地形模擬、CAD輔助設(shè)計(jì)、影視特技、廣告設(shè)計(jì)等方面。它具有可視化程度高、表現(xiàn)形式靈活多樣、動(dòng)態(tài)感和真實(shí)感強(qiáng)、資料更新方便等優(yōu)點(diǎn)。
三、 三維可視化算法
直接體繪制技術(shù)具有能夠產(chǎn)生三維數(shù)據(jù)場(chǎng)的整體圖象，包括每一細(xì)節(jié)，并具有圖象質(zhì)量高，便于并行處理等優(yōu)點(diǎn)，因而成為當(dāng)前科學(xué)計(jì)算可視化中有吸引力的重要研究課題之一。鑒于直接體繪制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，下面重點(diǎn)介紹了光線投射法，移動(dòng)立方體法以及Z-Buffer消隱算法[4]。
1、光線投射算法
光線投射算法是目前使用最廣泛的體繪制方法之一。對(duì)于圖像平面上的每一象素，從視點(diǎn)投射出一穿過(guò)該象素的視線，該視線穿過(guò)體數(shù)據(jù)空間，算法直接利用該視線上的采樣值計(jì)算該象素的光強(qiáng)。其過(guò)程包括：數(shù)據(jù)預(yù)處理；數(shù)據(jù)值分類；重新采樣；圖象合成。
2、移動(dòng)立方體法
移動(dòng)立方體法(Marching Cubes算法)是三維數(shù)據(jù)場(chǎng)等值面生成的經(jīng)典算法，是體素單元內(nèi)等值面抽取技術(shù)的代表。與光線投射法不同，移動(dòng)立方體法屬于表面擬合算法之一。
移動(dòng)立方體法基本思想為：首先逐個(gè)體素依次處理，找出該等值面經(jīng)過(guò)體素的位置，求出該體素內(nèi)的等值面并計(jì)算出相關(guān)參數(shù)，以便繪制出等值面。等值面的定義如下：
{(x, y, z)| s (x, y, z) = c0}，c0是常數(shù)。其中s(x, y, z) = a0+a1x+a2y+a3z+a4xy+a5xz+a6yz+a7xyz
ai (i=0, 1,..., 7)為常數(shù)，它們由體素的八個(gè)角點(diǎn)值唯一決定。
該算法中，體素是一邏輯上的立方體，由相鄰層上的各四個(gè)象素組成立方體上的八個(gè)頂點(diǎn)。算法以掃描線方式逐個(gè)處理數(shù)據(jù)場(chǎng)中每一立方體體素，求出每一體素內(nèi)包含的等值面，由此生成整個(gè)數(shù)據(jù)場(chǎng)的等值面。
3、Z-Buffer消隱算法
從一個(gè)視點(diǎn)去觀察一個(gè)三維物體，必然只能看到該物體表面上的部分點(diǎn)、線、面，而其余部分則被這些可見(jiàn)部分遮擋住。如果觀察的是若千個(gè)三維物體，則物體之間還可能彼此遮擋而部分不可見(jiàn)。因此，如果想有真實(shí)感地顯示三維物體，必須在視點(diǎn)確定之后，將對(duì)象表面上不可見(jiàn)的點(diǎn)、線、面消去。執(zhí)行這一功能的算法，稱為消隱算法。
Z-Buffer算法的步驟如下：(1)初始化，幀緩沖器CB置成背景的光強(qiáng)或顏色，Z緩沖器ZB置成最小z值；(2)對(duì)多邊形P，計(jì)算它在點(diǎn)(I,j)處的深度值z(mì)ij；(3) zij>ZB(i,j)，則ZB(i,j) =zij, CB(i,j)二多邊形P的顏色；(4)對(duì)每個(gè)多邊形重復(fù)(2), (3)兩步，最終在CB中存放的就是消隱后的圖形。
四、三維可視化GIS實(shí)體的表達(dá)和三維數(shù)據(jù)的可視化
對(duì)于三維地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)的表達(dá)和二維地理信息系統(tǒng)有一定的差別，因此在數(shù)據(jù)實(shí)體的表達(dá)上，也有三維地理實(shí)體的特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)學(xué)者李清泉等人提出了以下表達(dá)建筑物和地形的三維信息[5]：地形被表達(dá)為數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字地形模型(DTM)；建筑、構(gòu)筑物等用實(shí)體(CSG)和邊界表示(B-rep)。每種不同的表達(dá)方式都有各自的特點(diǎn)，根據(jù)不同的口的和不同的要求而定。在國(guó)內(nèi)，地形數(shù)據(jù)的表達(dá)普遍采用的是DEM和DOM匹配，生成地形圖；建筑物通常以2.5維的形式存在，之后進(jìn)行紋理貼圖。
DTM是描述地表單元空間位置的和地形屬性分布的有序集合，是定義于二維區(qū)域之上的一個(gè)有限向的向量系列。它以離散分布的平面點(diǎn)來(lái)模擬連續(xù)分布的地形，通過(guò)存貯在介質(zhì)上的大量的地面點(diǎn)空間坐標(biāo)和地形屬性數(shù)據(jù)，以數(shù)字形式來(lái)描述地形地貌。它隨用途不同具有不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但一般均可變換成為規(guī)格點(diǎn)組成的柵格數(shù)據(jù)形式。
DEM通常用地表規(guī)則網(wǎng)格單元構(gòu)成的高程矩陣表示，廣義的DEM還包括等高線、三角網(wǎng)等所有表達(dá)地面高程的數(shù)字表示。在GIS中，DEM是建立三維地形的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其他的地形要素可由DEM直接或間接導(dǎo)出，成為“派生數(shù)據(jù)”，如坡度、坡向。DEM主要有三種表示模型:規(guī)則格網(wǎng)模型(GRID、等高線模型和不規(guī)則三角網(wǎng)模型(Triangulated Irregular Network，TIN)。
由于三維幾何表示能提供物體的幾何描述，使空間物體可用計(jì)算機(jī)來(lái)存貯、處理、顯示。物體3D表示可以有多種方法，大致分為基于體表示和基于面表示兩大類，其中，具有代表性的是結(jié)構(gòu)實(shí)體表示(Constructed Solid Geometry, CSG)和邊界表示(Boundary representation, B-rep)方法。CSG方法在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)中應(yīng)用廣泛，它通過(guò)預(yù)定義的模型單兀來(lái)表示空間物體，這些單元具有規(guī)則的形狀，如:立方體、圓柱體、圓錐體等，單元間的關(guān)系主要是布爾操作。CSG方法的優(yōu)點(diǎn)是模型關(guān)系簡(jiǎn)單，便于顯示和數(shù)據(jù)更新，缺點(diǎn)是空間分析難以進(jìn)行:而B(niǎo)-rep表示方法，可以通過(guò)對(duì)構(gòu)成物體邊界的點(diǎn)、線、面和體四種類型兀素的精確描述，即能夠精確表示物體幾何位置以及兀素間的拓?fù)潢P(guān)系，雖然B-rep方法適于空間操作和分析，但存儲(chǔ)空間占用多，計(jì)算速度較慢。
五、三維可視化在GIS中的應(yīng)用
目前在社會(huì)的各行各業(yè)中，地理信息三維可視化系統(tǒng)都得到了廣泛的應(yīng)用[6]：
1.城市：地理信息三維可視化系統(tǒng)應(yīng)用于城市建設(shè)的很多領(lǐng)域，如大樓的建筑結(jié)構(gòu)和住戶管理、空氣污染與流動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、地下水源污染監(jiān)測(cè)、地下管線的規(guī)劃與管理等。
2.環(huán)境：二十一世紀(jì)全社會(huì)都更加重視環(huán)境保護(hù)，地理信息三維可視化系統(tǒng)可以表達(dá)大上、地面、地下多層次的環(huán)境狀況，更好地模擬真實(shí)三維環(huán)境，幫助人們更好的管理與治理環(huán)境。
3.地質(zhì)：地質(zhì)是資源、礦山、環(huán)境等眾多學(xué)科與工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。地理信息、三維可視化系統(tǒng)應(yīng)用于表達(dá)復(fù)雜的三維地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)(如地層界面、不整合面、斷層等不規(guī)則的面狀構(gòu)造)，表達(dá)巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如層理、紋理、走向、孔隙度、孔隙連通方向等微細(xì)的內(nèi)部構(gòu)造)以及巖體內(nèi)部物質(zhì)的分布狀況。
4.礦山：在礦山領(lǐng)域，地理信息三維可視化系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)用于表現(xiàn)礦體及圍巖形態(tài)，表達(dá)巷道、采礦工作面形態(tài)，表達(dá)礦井風(fēng)流狀況、瓦斯?jié)舛?、地?chǎng)應(yīng)力等三維現(xiàn)象，如果再加上各種知識(shí)庫(kù)、專家系統(tǒng)，還可支持三維環(huán)境下的工程管理與決策。
5.海洋：二十一世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，海洋的研究與管理在我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中將占據(jù)越來(lái)越重要的位置。海洋在不同深度的含鹽量、水溫、壓力、水流方向都是不同的，地理信息三維可視化系統(tǒng)應(yīng)用于表達(dá)海洋世界，可以幫助人們更好地研究與開(kāi)發(fā)海洋。
6.氣象：地理信息三維可視化系統(tǒng)應(yīng)用于反映不同高度上氣流、氣壓、大氣成分的變化情況。
六、結(jié)束語(yǔ)
目前，三維可視化地理信息系統(tǒng)的研究已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及相關(guān)三維可視化技術(shù)的發(fā)展和地理科學(xué)、大氣科學(xué)、海洋科學(xué)等研究三維空間特征的深入，三維可視化地理信息系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)已成為地理信息系統(tǒng)研究領(lǐng)域的重要方面和今后發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。
參考文獻(xiàn)：
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第2篇：地理信息可視化技術(shù)范文
【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化；可視化技術(shù)
電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化集成系統(tǒng)可視化的目的是將計(jì)算中所產(chǎn)生的數(shù)字信息轉(zhuǎn)變成直觀的以圖形或圖像形式表示的信息，使用戶對(duì)仿真計(jì)算的對(duì)象有形象而全面的了解，并使用戶可以觀察到數(shù)值模擬和計(jì)算的過(guò)程，甚至可以在仿真過(guò)程中對(duì)象進(jìn)行交互控制，從而更加有效地處理和分析海量的工程數(shù)據(jù)，為工程人員提供一個(gè)探索和研究物理現(xiàn)象的先進(jìn)工具，反映客觀世界的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系。
一、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化集成系統(tǒng)可視化技術(shù)的研究背景
隨著大電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)智能化調(diào)度的要求越來(lái)越高，監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)多元化 ，使得傳統(tǒng)數(shù)據(jù)展現(xiàn)手段有所局限，需要將電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)利用可視化技術(shù)將系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)以圖形或圖像方式予以顯示，使系統(tǒng)運(yùn)行人員更方便、更直觀地了解當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以便其采取的運(yùn)行控制措施更有效、更有針對(duì)性。
電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)模向巨型網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，分區(qū)電網(wǎng)之間得相互支援、相互補(bǔ)充成為現(xiàn)實(shí)和趨勢(shì)。精確化數(shù)據(jù)來(lái)源（PMU， IED等）使數(shù)據(jù)采集種類大大增加。天氣監(jiān)控，環(huán)境監(jiān)控，地理信息的融入使得電力系統(tǒng)運(yùn)行成為一門(mén)綜合類學(xué)科。電網(wǎng)規(guī)模的增加使得采集數(shù)據(jù)的數(shù)量和頻度都在急劇增加，需要監(jiān)視分析的數(shù)據(jù)量巨大。面對(duì)海量的不斷變化的信息，調(diào)度員往往對(duì)數(shù)字并不敏感，同時(shí)靜態(tài)的數(shù)據(jù)式表達(dá)無(wú)法滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)發(fā)展趨勢(shì)，變化區(qū)域，運(yùn)動(dòng)速率和方向觀察和分析需求。電網(wǎng)運(yùn)行裕度越來(lái)越小，為了保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，對(duì)智能調(diào)度提出了更高的要求。
二、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化集成系統(tǒng)可視化技術(shù)的引入意義
可視化核心思想是Show me what I need to see Less is More .采用可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的監(jiān)視，讓調(diào)度員在很短的時(shí)間內(nèi)直觀地感受到電網(wǎng)運(yùn)行的情況和趨勢(shì)；提高電網(wǎng)的調(diào)度水平，有助于電網(wǎng)調(diào)度向“智能化”轉(zhuǎn)變，減輕調(diào)度人員分析壓力，將會(huì)給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。。智能調(diào)度是今后調(diào)度自動(dòng)化的發(fā)展方向，而可視化技術(shù)是智能調(diào)度的重要展現(xiàn)手段，因此具有很強(qiáng)的技術(shù)研究和應(yīng)用意義。
三、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化集成系統(tǒng)可視化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
第3篇：地理信息可視化技術(shù)范文
關(guān)鍵詞：砂土液化;勘察;信息技術(shù);GIS;優(yōu)勢(shì);應(yīng)用
中圖分類號(hào)：TU413 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）06-0073-02
受振動(dòng)影響，細(xì)砂土等物質(zhì)會(huì)呈現(xiàn)液態(tài)現(xiàn)象，將其稱之為砂土液化。有時(shí)在孔隙水壓影響下，砂土所受應(yīng)力發(fā)生變化也會(huì)使其從常見(jiàn)狀態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。砂土液化現(xiàn)象的出現(xiàn)很容易造成地下水漫溢，造成“噴水冒砂”現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至可導(dǎo)致地面大面積沉陷，給建筑物帶來(lái)極大的危害。由于砂土液化現(xiàn)象多發(fā)生在地下位置，人眼無(wú)法直視，故借助信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)勘察可視化操作成為了該項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用的突破口。
1 信息技術(shù)與地質(zhì)勘察
信息技術(shù)主要用于信息處理，是多種應(yīng)用技術(shù)的統(tǒng)稱，按照操作、功能、設(shè)備等差異進(jìn)行劃分，可分為多個(gè)技術(shù)類型。它集信息采集、傳輸、存儲(chǔ)、加工于一體，應(yīng)用十分廣泛。在地質(zhì)勘察工作中，信息技術(shù)憑借一系列優(yōu)勢(shì)也得到普及和推廣，利用信息技術(shù)配合地質(zhì)勘察相關(guān)技術(shù)應(yīng)用能幫助人們更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，進(jìn)而優(yōu)化操作，有利于推進(jìn)地質(zhì)勘察工作便捷化。目前，在這一領(lǐng)域中，信息技術(shù)與地質(zhì)勘察技術(shù)的綜合應(yīng)用已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)，越來(lái)越多的信息技術(shù)逐漸融入到地質(zhì)勘察技術(shù)中，推進(jìn)了新型勘察手段的研發(fā)，在砂土液化勘察工作中也是如此，其應(yīng)用優(yōu)越性一目了然。本文結(jié)合勘察工作的具體開(kāi)展對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)加以說(shuō)明。
2 砂土液化勘察中信息技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)分析――以
可視化為例
信息技術(shù)在砂土液化勘察工作中應(yīng)用十分廣泛，可以說(shuō)基于科技手段開(kāi)展的勘察工作或多或少都會(huì)運(yùn)用到信息技術(shù)。由于篇幅有限，本文選取地理信息系統(tǒng)為主要研究對(duì)象，分析信息技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
2.1 GIS的應(yīng)用機(jī)理
可視化操作是砂土液化勘察技術(shù)發(fā)展、創(chuàng)新的一大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。它的實(shí)現(xiàn)主要是基于地理信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)（GIS）是地理學(xué)研究領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的信息技術(shù)。GIS屬空間信息系統(tǒng)，信息處理主要作用在地球表層空間，除具備前文提及的信息技術(shù)作用功能外，還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算、信息的分析與描述等。
GIS系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具備如下功能：①通過(guò)數(shù)據(jù)獲取建立相關(guān)信息數(shù)據(jù)庫(kù);②通過(guò)格式化操作變換數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);③存取、組織數(shù)據(jù);④查詢、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算;⑤空間分析;⑥顯示輸出。
這些功能為砂土液化勘察工作實(shí)現(xiàn)可視化操作奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，特別是顯示輸出功能的存在，能夠幫助砂土液化勘察通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕進(jìn)行數(shù)據(jù)表達(dá)。
2.2 GIS的具體應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
①砂土液化勘察所用數(shù)據(jù)或勘察工作所得數(shù)據(jù)極具空間性，大部分的應(yīng)用信息都數(shù)據(jù)空間型數(shù)據(jù)。以SPT數(shù)據(jù)為例，錘擊數(shù)與勘察深度兩個(gè)條件只有同時(shí)具備時(shí)，技術(shù)人員才能進(jìn)行分析。諸如此類的空間數(shù)據(jù)在砂土液化勘察中十分常見(jiàn)，因此為方便管理需要有專門(mén)性質(zhì)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)集中存放，而這正是空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)GIS的強(qiáng)項(xiàng)。
②砂土液化勘察過(guò)程復(fù)雜，特別是勘察工作進(jìn)入到評(píng)價(jià)階段時(shí)需大量巖土工程數(shù)據(jù)，除SPT數(shù)據(jù)、巖土體分層信息數(shù)據(jù)、地震設(shè)防數(shù)據(jù)、CTP數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)之外，還需要土層物理指標(biāo)、固結(jié)、荷載、地質(zhì)構(gòu)造、地貌形態(tài)等一系列數(shù)據(jù)。GIS系統(tǒng)擬建數(shù)據(jù)庫(kù)將上述信息分門(mén)別類存放，能夠極大的提高信息提取效率，便于數(shù)據(jù)取用，從而推進(jìn)勘察工作的順利開(kāi)展。
③有利于實(shí)現(xiàn)勘察數(shù)據(jù)可視化。在信息領(lǐng)域中，可視化對(duì)于接受、傳輸信息而言意義重大。特別是空間數(shù)據(jù)，由于其具有多維性，利用可視化操作的優(yōu)點(diǎn)更是明顯。砂土液化產(chǎn)生的原因通過(guò)前文分析可以看出同巖土環(huán)境關(guān)系甚密，為了能夠?qū)⒌乩憝h(huán)境因素更多的融入到砂土液化勘察工作中，需要系統(tǒng)具備可視功能，以擴(kuò)寬研究人員的想象空間，激發(fā)其創(chuàng)造性思維。
④在砂土液化研究方面，我國(guó)現(xiàn)階段使用的辦法借助GIS可以達(dá)成一定目的，例如：GIS可擬建分析模型，用以對(duì)液化問(wèn)題展開(kāi)評(píng)價(jià)，這也在一定程度上為GIS在砂土液化勘察中的應(yīng)用提供了契機(jī)。
3 信息技術(shù)下可視化的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用
3.1 可視化系統(tǒng)建設(shè)
在信息數(shù)據(jù)反應(yīng)方面，GIS空間性強(qiáng)，對(duì)空間數(shù)據(jù)的處理的也能體現(xiàn)出多維性。不僅如此，砂土液化問(wèn)題的多因素效應(yīng)也能通過(guò)GIS來(lái)展現(xiàn)，從這兩方面可以看出，將GIS與砂土液化勘察充分結(jié)合在GIS平臺(tái)上開(kāi)發(fā)可視化系統(tǒng)對(duì)于優(yōu)化勘察工作而言具有現(xiàn)實(shí)意義?？梢暬到y(tǒng)的具體應(yīng)用建設(shè)在砂土液化勘察工作中主要用于評(píng)價(jià)階段。
可視化系統(tǒng)的具體應(yīng)用建設(shè)在砂土液化勘察工作中主要用于評(píng)價(jià)階段，其基本構(gòu)成示意圖如圖1所示。
圖1為可視化系統(tǒng)應(yīng)用于砂土液化勘察工作的大體構(gòu)成情況，用戶界面模塊之下又劃分出多個(gè)模塊內(nèi)容，不同的模塊具備不同的功能，如空間分析模塊，其主要功能是開(kāi)展數(shù)據(jù)空間分析。
可視化操作系統(tǒng)由地震導(dǎo)致的砂土液化，它不僅借用了GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)功能，還疊加了其它一些信息，如地質(zhì)構(gòu)造信息、水系信息等。通過(guò)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)，勘察評(píng)價(jià)工作能夠在數(shù)據(jù)空間分布顯示狀態(tài)下開(kāi)展。
3.2 GIS數(shù)據(jù)庫(kù)在砂土液化勘察中的應(yīng)用建設(shè)
在砂土液化勘察中，通過(guò)系統(tǒng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)可視化評(píng)價(jià)的重要前提是擁有空間數(shù)據(jù)庫(kù)。空間數(shù)據(jù)庫(kù)依照數(shù)據(jù)信息的不同又分為兩種，具體建設(shè)如下：
首先，空間圖形庫(kù)。這一類型數(shù)據(jù)庫(kù)詳細(xì)劃分下來(lái)也分為多種，如地理底圖庫(kù)。GIS之下某一方面具有共性的目標(biāo)數(shù)據(jù)可歸為一個(gè)數(shù)據(jù)層，用以描述某個(gè)屬性特征，即為圖層。多個(gè)圖層集合后，則構(gòu)成砂土液化勘察地的相應(yīng)目標(biāo)數(shù)據(jù)。
從各層數(shù)據(jù)內(nèi)容方面來(lái)看，可從以下幾方面進(jìn)行信息系統(tǒng)建設(shè)：
①基本地理信息。包括交通圖層、水系圖層、居民地圖層、地形地貌圖層等。
②地質(zhì)構(gòu)造信息。主要包括描述斷裂的相關(guān)圖層。
③專題評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。如SPT數(shù)據(jù)、取樣分析等數(shù)據(jù)。
④專題評(píng)價(jià)成果數(shù)據(jù)。如砂土液化預(yù)測(cè)、危害評(píng)估、防治處理等相關(guān)圖層。
⑤水溫地質(zhì)信息。如水文地質(zhì)界線圖層等。
上述信息系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容根據(jù)勘察工作的實(shí)際情況可適當(dāng)進(jìn)行增減，以凸顯勘察研究工作的重點(diǎn)內(nèi)容。
4 結(jié) 語(yǔ)
隨著研究領(lǐng)域加深，科技不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法由于局限已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)新時(shí)期的砂土液化勘察工作?，F(xiàn)階段，信息技術(shù)的應(yīng)用正好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法所固有的局限性，特別是GIS的應(yīng)用，在很大程度上優(yōu)化了砂土液化勘察工作的相關(guān)環(huán)節(jié)。
參考文獻(xiàn)：
第4篇：地理信息可視化技術(shù)范文
【關(guān)鍵詞】三維；GIS；問(wèn)題；探討
中圖分類號(hào)：O343文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、前言
人類在改善技術(shù)方面是一直沒(méi)有止境的，目前三維GIS技術(shù)已經(jīng)在地球信息系統(tǒng)方面得到了廣泛的運(yùn)用，在城市規(guī)劃以及在氣象的預(yù)報(bào)，甚至在軍事方面是有非常廣泛的運(yùn)用，因此三維GIS技術(shù)到底是什么，在實(shí)際的使用過(guò)程中有什么特點(diǎn)無(wú)疑是很多人非常關(guān)心的問(wèn)題。
二、三維GIS的行業(yè)應(yīng)用
目前三維GIS在諸多行業(yè)中獲得了廣泛運(yùn)用，如城市規(guī)劃、城鄉(xiāng)建設(shè)、國(guó)土資源、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)、環(huán)境氣象、通訊行業(yè)、綜合應(yīng)急、軍事仿真、旅游展示等?，F(xiàn)就三維GIS在以下幾個(gè)方面的行業(yè)應(yīng)用進(jìn)行探討。
1、城市規(guī)劃在城市發(fā)展中要求高瞻遠(yuǎn)矚，因此一直是三維可視化技術(shù)應(yīng)用的主要領(lǐng)域。城市規(guī)劃在城市發(fā)展中要求高瞻遠(yuǎn)矚，因此一直是三維可視化技術(shù)應(yīng)用的主要領(lǐng)域。有效提高規(guī)劃編制的工作效率。三維GIS可以集成多源規(guī)劃數(shù)據(jù)，擁有大量三維模型、紋理、遙感航攝影像，具有海量信息，從而減少踏勘的工作量和成本，提高了工作效率。縮短建設(shè)項(xiàng)目的審查周期。在三維GIS中，展示待審查項(xiàng)目的相關(guān)信息，如建筑物的密度、高度、風(fēng)格、協(xié)調(diào)性等，并實(shí)時(shí)對(duì)建設(shè)目標(biāo)進(jìn)行參數(shù)化修改與調(diào)整，立即展示審查意見(jiàn)，最終得出科學(xué)的審查結(jié)論。
2、城鄉(xiāng)建設(shè)管理
計(jì)算建設(shè)項(xiàng)目挖填方量。在建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，根據(jù)三維GIS中建立的數(shù)字高程模型（DEM）和設(shè)計(jì)高，計(jì)算挖方量和填方量，經(jīng)多次模擬計(jì)算，可求得挖填方平衡的最佳設(shè)計(jì)高。提高道路設(shè)計(jì)效率。輸入各種設(shè)計(jì)參數(shù)，如行車道、隔離帶、路緣、人行道、邊坡、附屬物等要素尺寸，使道路按設(shè)計(jì)高與DEM上融合，并計(jì)算建設(shè)時(shí)的挖方量和填方量，提高道路設(shè)計(jì)效率。快速實(shí)現(xiàn)水利工程的前期選址和災(zāi)害評(píng)估。結(jié)合水動(dòng)力水文模型，對(duì)淹沒(méi)損失和水利工程前期選址的科學(xué)性等進(jìn)行空間分析，從而合理確定移民安置范圍、科學(xué)評(píng)估淹沒(méi)地區(qū)生態(tài)環(huán)境等。
3、國(guó)土資源、國(guó)情監(jiān)測(cè)管理
借助三維GIS技術(shù)，建立國(guó)土三維信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)國(guó)土資源、地理國(guó)情的高效、準(zhǔn)確和科學(xué)管理。在三維場(chǎng)景中能夠?qū)崿F(xiàn)一系列有關(guān)地理信息系統(tǒng)和圖形的操作，如漫游、查詢、量測(cè)等，實(shí)現(xiàn)空間地理信息服務(wù)可視化，保障國(guó)土資源管理的有序發(fā)展。 在三維GIS中，模擬三維地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)、巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)等分布狀況，展示礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀、礦產(chǎn)資源遙感調(diào)查和監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)查詢、分析、統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量計(jì)算，有效監(jiān)測(cè)礦產(chǎn)資源。依托三維GIS平臺(tái)，可以多維多時(shí)態(tài)展示道路交通、水系信息、植被覆蓋、滑坡等信息，進(jìn)而分析地形地貌、道路密度、城鎮(zhèn)建設(shè)、人口密度、建筑用地適宜性、土地利用和土地覆蓋變化等，實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)利用地理信息資源、加強(qiáng)應(yīng)急保障、國(guó)情監(jiān)測(cè)的目的。
4、環(huán)境、氣象管理
三維GIS能夠展示出多層次的復(fù)雜環(huán)境情況，涵蓋地下到空中，如對(duì)大氣成分、氣壓、氣流以及空氣質(zhì)量在不同高度時(shí)的變化情況，空氣中的污染物受風(fēng)流影響遷移情況，地面或地下的污染物受水流影響遷移情況。通過(guò)分析技術(shù)，展示氣象及環(huán)境的發(fā)展規(guī)律，并進(jìn)行預(yù)測(cè)，有效地進(jìn)行環(huán)境管理，將天氣系統(tǒng)的演變情況以及未來(lái)的趨勢(shì)更好地展示給公眾。
5、通訊行業(yè)管理
在三維GIS平臺(tái)中，通過(guò)對(duì)通信業(yè)各種資源的有效展示，并實(shí)現(xiàn)基于GIS的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃預(yù)算、工程設(shè)計(jì)、工程項(xiàng)目管理、資產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析、市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)、通信線路運(yùn)行檢查和實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能，有利于實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一管理、迅速準(zhǔn)確地進(jìn)行滾動(dòng)規(guī)劃研究、動(dòng)態(tài)地查詢網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況、提高通信企業(yè)的客戶服務(wù)質(zhì)量。
6、公安、消防、水利應(yīng)急管理
三維GIS技術(shù)也可以在公安系統(tǒng)中發(fā)揮作用。運(yùn)用攝像頭等設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控、監(jiān)聽(tīng)警情，把握治安狀況，提升工作效率。建立消防地理信息管理數(shù)據(jù)與三維GIS的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以有效提高處警效率。例如，在郊區(qū)森林防火方面，展示山勢(shì)、道路走向，根據(jù)系統(tǒng)分析功能，模擬火勢(shì)發(fā)展及影響面域，從而快速滅火；市中心部分區(qū)域，可以分析最近消防警力、消防水源，實(shí)現(xiàn)有效滅火，減少社會(huì)損失。建立交互式的三維管理調(diào)度系統(tǒng)，配合防汛防洪預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水利應(yīng)急管理。制定、修改、維護(hù)、更新防汛預(yù)案，提供決策支持平臺(tái)更加直觀的做好防汛減災(zāi)工作。
7、軍事培訓(xùn)演練
在軍事領(lǐng)域，三維GIS技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)軍事學(xué)而言，建設(shè)可靠的三維地形地貌平臺(tái)系統(tǒng)至關(guān)重要。此外，還可以依據(jù)實(shí)際需求，構(gòu)建軍事演練的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，方便進(jìn)行單項(xiàng)演練，同時(shí)也支持大型的綜合演練，為作戰(zhàn)機(jī)動(dòng)車和人員配置專業(yè)的GPS定位系統(tǒng)，依靠三維GIS技術(shù)進(jìn)行實(shí)施跟蹤和定位，確保觀察效果，降低軍事培訓(xùn)和演練的成本，節(jié)約人力物力。
8、三維旅游展示管理
旅游景區(qū)擁有獨(dú)特且豐富的人文資源、自然風(fēng)光，將互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)和三維GIS技術(shù)引入其中，建立多功能互動(dòng)式旅游服務(wù)平臺(tái)，將旅游資源特色全面展現(xiàn)出來(lái)，除了推介旅游產(chǎn)品、展示景區(qū)風(fēng)貌以外，還能實(shí)現(xiàn)品牌效應(yīng)，使景區(qū)的對(duì)外形象得到提升。
三、三維GIS技術(shù)在我國(guó)電力行業(yè)中具體分析
三維可視化是一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，再現(xiàn)三維世界中的物體，并能夠表示三維物體的復(fù)雜信息，使其具有實(shí)時(shí)交互的能力的一種可視化技術(shù)，是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)再現(xiàn)[2]。三維可視化技術(shù)始于20世紀(jì)80年代后期，但由于受到計(jì)算機(jī)硬件條件（如內(nèi)存小、速度慢等的限制，該技術(shù)的應(yīng)用受到了一定制約。20世紀(jì)90年代中期以后，三維可視化技術(shù)才日趨成熟。由于人們對(duì)三維信息的需求與日俱增，三維可視化技術(shù)方興未艾，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。交互的三維可視化在學(xué)科與產(chǎn)業(yè)中日益成為一個(gè)主流技術(shù)，它完善了地理信息系統(tǒng)空間分析處理能力并拓展了地理信息的表現(xiàn)形式，而且它是實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)與人的交互的窗口和工具，所以三維可視化可以動(dòng)態(tài)地、形象地、多視角地、多層次地描繪地球科學(xué)中的客觀現(xiàn)象。
三維可視化的發(fā)展，縮短了現(xiàn)實(shí)世界和計(jì)算機(jī)虛擬世界的差距，其對(duì)三維現(xiàn)實(shí)世界的可視化是以GIS為前提的。三維GIS能以其真實(shí)可視化效果生動(dòng)地再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)景觀，直觀地表達(dá)智能變電站中設(shè)備同周圍地理環(huán)境在空間上的相互關(guān)系，并將各種巡檢信息綜合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)在變電站的統(tǒng)一、規(guī)范、精細(xì)化管理。
隨著變電站的增加，傳統(tǒng)的以文字加圖片描述對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行管理的方式由于信息表現(xiàn)的不足，越來(lái)越不適應(yīng)電網(wǎng)建設(shè)的需要。例如文字和圖片無(wú)法表現(xiàn)變電站內(nèi)部各種設(shè)備的空間位置關(guān)系[5]。將三維GIS技術(shù)應(yīng)用到智能變電站巡檢中，采用三維GIS技術(shù)對(duì)變電站場(chǎng)景進(jìn)行高仿真建模，從而在系統(tǒng)中真實(shí)呈現(xiàn)變電站場(chǎng)景，為業(yè)務(wù)人員提供設(shè)備異常預(yù)警、智能巡檢等功能，為變電站的日常運(yùn)維工作提供支撐。
我們將三維GIS技術(shù)應(yīng)用到智能變電站巡檢中，通過(guò)自定義常用巡檢路線，集成設(shè)備帳臺(tái)數(shù)據(jù)、歷史缺陷數(shù)據(jù)、自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)控系統(tǒng)視頻監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，結(jié)合三維仿真場(chǎng)景的設(shè)備空間數(shù)據(jù)，提供第一人稱、第三人稱漫游方式，在高仿真三維場(chǎng)景中進(jìn)行自動(dòng)巡檢，并結(jié)合雙屏場(chǎng)景及數(shù)據(jù)輸出，全方位展示巡檢，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程巡視。
將三維GIS用于智能變電站巡檢中是建設(shè)智能電網(wǎng)的需要，也是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要。通過(guò)GIS的模擬、虛擬功能，對(duì)變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對(duì)缺陷數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化綜合展示，為變電站的日常運(yùn)維工作及輔助決策提供有力支撐。
四、目前國(guó)內(nèi)外公司三維GIS的發(fā)展遇到的主要問(wèn)題
隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和GIS應(yīng)用的不斷深入，在很多領(lǐng)域如地質(zhì)、礦山、環(huán)境、海洋、氣象、數(shù)字城市等，二維地理信息系統(tǒng)已不能滿足人們的需求，取而代之的是空間的、立體的三維GIS。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，三維可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅猛發(fā)展使得建立三維GIS成為可能，而“數(shù)字地球”對(duì)建立三維GIS也提出了更為迫切的要求。三維GIS不僅能表達(dá)空間對(duì)象間的平面關(guān)系和垂向關(guān)系，而且也能對(duì)其進(jìn)行三維空間分析和操作，向用戶立體展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象，給人以更真實(shí)的感受。
由于三維GIS的復(fù)雜性和涉及領(lǐng)域的廣泛性，需要實(shí)現(xiàn)真正意義上的三維地理信息可視化，面臨著一些應(yīng)用方面的需求： 首先是海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和快速處理。由于數(shù)據(jù)量龐大，海量數(shù)據(jù)需要分布存儲(chǔ)技術(shù)，可以采用云計(jì)算的分布式存儲(chǔ)技術(shù)保證數(shù)據(jù)量的可靠性和可用性。云計(jì)算可以同時(shí)滿足大量用戶的需求，并行地為大量用戶提供服務(wù)，并且具有高吞吐率和高傳輸率。
其次是，空間數(shù)據(jù)模型的合理選擇。由于3D-GIS的應(yīng)用領(lǐng)域不盡相同，各領(lǐng)域?qū)?D-GIS的功能需求差別甚大，尋找一種適合于所有領(lǐng)域的3D空間數(shù)據(jù)模型是不現(xiàn)實(shí)的，不可能研制出一個(gè)通用的3D-GIS系統(tǒng)。各專業(yè)領(lǐng)域可以根據(jù)其具體的專業(yè)需求，選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)模型，開(kāi)發(fā)出適合于其需求的專業(yè)3D-GIS。
目前國(guó)內(nèi)外三維GIS主要面臨的挑戰(zhàn)。三維GIS的空間數(shù)據(jù)模型需要滿足以下要求：明確對(duì)象的定義語(yǔ)言，幾何變化關(guān)系；可以包括多種可視化模型的顯示；具有一定的計(jì)算分析能力；形成高效的信息檢索機(jī)制；并可與其他模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換[4]。已有的數(shù)據(jù)模型主要是從面、體、集成和對(duì)象四個(gè)方面進(jìn)行描述和分析。但現(xiàn)在的三維數(shù)據(jù)模型缺少統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述模型，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界地理實(shí)體三維數(shù)據(jù)模型的高度統(tǒng)一。 目前國(guó)內(nèi)外面臨的挑戰(zhàn)包括：
1、三維數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取
實(shí)現(xiàn)三維GIS表達(dá)非常困難，由于三維GIS數(shù)據(jù)采樣率很低，無(wú)法像二維地圖那樣準(zhǔn)確的描述，容易出現(xiàn)偏差。同時(shí)，三維GIS的屬性對(duì)于二維來(lái)說(shuō)并不是線性增長(zhǎng)的，且其復(fù)雜性使得幾乎無(wú)法準(zhǔn)確描述。因此，二維的數(shù)據(jù)模型在三維中是不可用的，三維數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取尤為關(guān)鍵。
2、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析
三維數(shù)據(jù)量相比二維數(shù)據(jù)量更是指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)，快速處理海量數(shù)據(jù)是一個(gè)巨大的問(wèn)題。除提升硬件性能外，更需要高效的數(shù)據(jù)模型和高并行多線程處理和分析技術(shù)。
3、三維GIS數(shù)據(jù)模型
空間數(shù)據(jù)庫(kù)是GIS的基石與核心，三維亦如此。而要建立三維空間數(shù)據(jù)庫(kù)，必須首先建立準(zhǔn)確的空間數(shù)據(jù)模型，否則根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)三維GIS的客觀描述
4、智能決策是GIS的高級(jí)應(yīng)用，在二維中以顯示其能力的不足，目前仍很難實(shí)現(xiàn)，只能做一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)操作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能決策。在三維GIS中，同樣面臨著這個(gè)問(wèn)題
五、三維GIS的發(fā)展前景
隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和GIS應(yīng)用的不斷深入，在很多領(lǐng)域如地質(zhì)、礦山、環(huán)境、海洋、氣象、數(shù)字城市等，二維地理信息系統(tǒng)已不能滿足人們的需求，取而代之的是空間的、立體的三維GIS。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，三維可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅猛發(fā)展使得建立三維GIS成為可能，而“數(shù)字地球”對(duì)建立三維GIS也提出了更為迫切的要求。三維GIS不僅能表達(dá)空間對(duì)象間的平面關(guān)系和垂向關(guān)系，而且也能對(duì)其進(jìn)行三維空間分析和操作，向用戶立體展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象，給人以更真實(shí)的感受。
由于三維GIS的復(fù)雜性和涉及領(lǐng)域的廣泛性，需要實(shí)現(xiàn)真正意義上的三維地理信息可視化，面臨著一些應(yīng)用方面的需求。例如海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和快速處理。由于數(shù)據(jù)量龐大，海量數(shù)據(jù)需要分布存儲(chǔ)技術(shù)，可以采用云計(jì)算的分布式存儲(chǔ)技術(shù)保證數(shù)據(jù)量的可靠性和可用性。云計(jì)算可以同時(shí)滿足大量用戶的需求，并行地為大量用戶提供服務(wù)，并且具有高吞吐率和高傳輸率。
隨著3D-GIS的發(fā)展已經(jīng)出現(xiàn)了4D-GIS，即在三維的基礎(chǔ)上增加了時(shí)間維。如自然災(zāi)害會(huì)造成局部地址條件劇烈變化，需要將時(shí)間數(shù)據(jù)與3D模型相結(jié)合，形成時(shí)間-空間的4D-GIS。例如地質(zhì)學(xué)家評(píng)價(jià)某時(shí)刻的所有地質(zhì)條件或某時(shí)間段內(nèi)的平均地質(zhì)條件，就可以考慮時(shí)間數(shù)據(jù)與3D模型的結(jié)合，形成4D的空間-時(shí)間GIS模型。
另一方面，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，3D-GIS不僅局限于單機(jī)，而更多的應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)，使得更多的用戶通過(guò)Internet突破空間限制，共享地球空間的各種信息。
三維GIS優(yōu)勢(shì)在于對(duì)空間信息更加形象生動(dòng)的表現(xiàn)形式，其目的是使用戶更容易完成對(duì)空間信息的認(rèn)知。三維GIS涉及到很多支撐技術(shù)和研究領(lǐng)域，重點(diǎn)在于空間數(shù)據(jù)的分析處理。目前準(zhǔn)三維平臺(tái)一樣在發(fā)揮強(qiáng)大的作用，支持專業(yè)的應(yīng)用。三維GIS開(kāi)始向空間決策支持系統(tǒng)方向發(fā)展，對(duì)智慧城市中的主動(dòng)聚焦決策服務(wù)提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。
六、結(jié)束語(yǔ)
總之，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維GIS技術(shù)一定不會(huì)僅僅滿足于目前的現(xiàn)狀，在圖像的生動(dòng)以及在圖像的效果上肯定是有更大的追求，因此隨著人們對(duì)于地質(zhì)了解的需求越來(lái)越高，那么三維GIS技術(shù)無(wú)疑是會(huì)得到更快的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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第5篇：地理信息可視化技術(shù)范文
數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)作為一項(xiàng)理論成熟的數(shù)據(jù)管理技術(shù)，應(yīng)用非常廣泛。它在信息系統(tǒng)的構(gòu)建中起到信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析、展示的作用，可以實(shí)現(xiàn)有組織、動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)處理服務(wù)。目前石油勘探開(kāi)發(fā)所涉及的地質(zhì)、構(gòu)造、勘探、鉆井等專業(yè)的信息系統(tǒng)都要數(shù)據(jù)庫(kù)支持才能正常工作。國(guó)際通用的勘探數(shù)據(jù)庫(kù)和企業(yè)自建的數(shù)據(jù)庫(kù)都能給石油勘探開(kāi)發(fā)提供寶貴的信息資源和龐大的勘探數(shù)據(jù)。但由于目前很多數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)還處于初級(jí)階段，石油勘探開(kāi)發(fā)人員只能下載數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和推理，不能從根本掌握數(shù)據(jù)中隱藏的知識(shí)。長(zhǎng)此以往，研究人員處于一種數(shù)據(jù)豐富知識(shí)貧乏的境地。
地理信息技術(shù)系統(tǒng)
地理信息系統(tǒng)的使用給石油勘探開(kāi)發(fā)帶來(lái)了方便，它可以給石油勘探開(kāi)發(fā)提供更為直觀的支持，是石油勘探開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中必不可少的工具。尤其在油氣勘探開(kāi)發(fā)中，主要研究的是地質(zhì)構(gòu)造、物性、巖性、油性等地質(zhì)的實(shí)體特征，地理信息技術(shù)系統(tǒng)發(fā)揮了非常重要的作用。地理信息技術(shù)系統(tǒng)的定位技術(shù)，可以評(píng)估潛在的石油資源，并直觀準(zhǔn)確的定位油氣資源的空間分布特征。通過(guò)圖像可視化，可以將數(shù)據(jù)生成圖形，有助于更好地開(kāi)展石油勘探開(kāi)發(fā)工作。另外，地理信息技術(shù)系統(tǒng)具有強(qiáng)大的空間地理分析能力，可以通過(guò)數(shù)據(jù)資源的集成和分析給石油勘探開(kāi)發(fā)提供、適用性很強(qiáng)的完整方案。在國(guó)內(nèi)，石油行業(yè)基于地理信息技術(shù)系統(tǒng)自主開(kāi)發(fā)了不同專業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，而國(guó)外一些大的石油公司對(duì)地理信息技術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了企業(yè)級(jí)。
三維可視化技術(shù)
隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)，作為一種顯示描述地質(zhì)現(xiàn)象的特殊工具，三維可視化技術(shù)已經(jīng)在石油勘探開(kāi)發(fā)中得到了深入的應(yīng)用。它不但可以利用大量的相關(guān)數(shù)據(jù)檢查資料的連續(xù)性，還能辨認(rèn)資料的真?zhèn)?，分析、理解?shù)據(jù)。在石油勘探研究中，三維可視化技術(shù)既是一種理解和解釋的工具又是一種成果表達(dá)工具。其關(guān)鍵技術(shù)包括三維建模技術(shù)、三維顯示技術(shù)和三維操作技術(shù)。利用三維可視化軟件可以直觀的感受地層的巖性、構(gòu)造和沉積等特點(diǎn)，幫助石油勘探開(kāi)發(fā)人員快速準(zhǔn)確地了解地質(zhì)狀況，最終確定油氣存儲(chǔ)的位置，跟蹤油氣的運(yùn)動(dòng)，找出便于開(kāi)采的最優(yōu)路徑。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
第6篇：地理信息可視化技術(shù)范文
關(guān)鍵詞：IMAGIS；三維地理信息系統(tǒng)；三維建模；高程
中圖分類號(hào)：TP 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)33-1411-02
Design and Realization of Geographic Information System for Rural Based on IMAGIS
ZHANG Zhen-mei, GAO Yu-zhuo, YUAN Fang
(Network Center of Ningxia University,Yinchuan 750021,China)
Abstract: With deepening of a new socialist countryside the rural people's living standards continued to improve,the new countryside planning and management will reach to a new level,in order to improve the information construction in rural areas of the visual effect for publicity,in this paper,IMAGIS,the new rural Three-dimensional scenes of the construction issues were discussed,and It would create three-dimensional model of rural scenes which based on the principles and methods, to analyze its system of space data and attribute data Management.
Keywords: IMAGIS;Three-dimensional Geographic Information System;Three-dimensional Modeling;elevation
1 引言
傳統(tǒng)二維地理信息系統(tǒng)是對(duì)三維地理空間中的各種地理對(duì)象進(jìn)行二維平面投影的一種簡(jiǎn)化，它所表達(dá)的地理信息是平面的，因此無(wú)法完整地反映客觀世界。隨著GIS技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等相關(guān)學(xué)科的深入研究，傳統(tǒng)的二維地理信息系統(tǒng)在很多領(lǐng)域已不能滿足人們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界認(rèn)識(shí)與表達(dá)的需要，三維GIS正成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。三維地理信息系統(tǒng)是應(yīng)用三維可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)[1]，以直觀的三維地形地物代替了抽象的二維地圖符號(hào)，使地理空間信息在電腦中立體化顯示，從而更加真實(shí)的反映三維客觀世界，使用戶有身臨其境的感覺(jué)。通過(guò)三維GIS，可以完成二維GIS無(wú)法進(jìn)行的某些特性分析，如淹沒(méi)分析、通視分析、斷面分析等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)三維場(chǎng)景的實(shí)時(shí)瀏覽。
新農(nóng)村三維景觀建設(shè)是新農(nóng)村規(guī)劃建設(shè)的重點(diǎn)之一，是農(nóng)村信息化的具體實(shí)施，其相關(guān)的空間屬性和數(shù)據(jù)對(duì)新農(nóng)村規(guī)劃建設(shè)有很大的幫助。本文利用IMAGIS在三維地理信息系統(tǒng)可視中的應(yīng)用，用三維立體空間場(chǎng)景代替?zhèn)鹘y(tǒng)的抽象二維地圖及其相應(yīng)的描述文件，以其生動(dòng)的模型來(lái)模擬和顯示三維空間，以人機(jī)互動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)新農(nóng)村景觀的實(shí)時(shí)漫游，為農(nóng)村綜合事務(wù)的管理和服務(wù)提供一個(gè)科學(xué)簡(jiǎn)便、形象直觀的可視化人機(jī)交互平臺(tái)，也為自身對(duì)外宣傳提供一個(gè)直觀的平臺(tái)。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則
為使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，減少數(shù)據(jù)冗余，提高工作效率，系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須遵循以下一些基本的原則：1) 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化原則：為了便于數(shù)據(jù)的共享和交換，對(duì)地理要素的分類和編碼，屬性數(shù)據(jù)的命名和編碼，文件的命名以及數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)等都采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。2) 與二維地理信息系統(tǒng)集成原則：二維地理信息系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)相當(dāng)成熟了，和三維地理信息系統(tǒng)相比較，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)充分利用二維地理信息系統(tǒng)研究的成果，將二者有機(jī)的集合起來(lái)。三維地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型也常常要利用二維平面數(shù)據(jù)。3) 易擴(kuò)展、易維護(hù)原則：采用軟件工程學(xué)的原理方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中各模塊之間盡可能地獨(dú)立，便于以后進(jìn)行修改擴(kuò)展。同時(shí)做出的三維模型也要便于修改和維護(hù)。
2.2 系統(tǒng)結(jié)設(shè)計(jì)流程
整個(gè)系統(tǒng)主要完成三維建模和三維瀏覽兩部分工作，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖1。
2.3 空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的管理
圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程
系統(tǒng)中所涉及的數(shù)據(jù)比較多，主要可以分為兩類：空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)主要包括原有的二維地面數(shù)據(jù)以及三維農(nóng)村模型；屬性數(shù)據(jù)主要包括村內(nèi)地物的各種屬性信息，以及村民的各種相關(guān)信息，另外還有一些多媒體信息如建筑物影像文件，語(yǔ)音文件，文本文件等。二維及三維空間數(shù)據(jù)根據(jù)所采用的地理信息系統(tǒng)軟件所能處理的文件格式進(jìn)行存儲(chǔ)，屬性數(shù)據(jù)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，如Access進(jìn)行管理，多媒體信息采用文件方式進(jìn)行管理，系統(tǒng)記錄其存儲(chǔ)位置。各類數(shù)據(jù)通過(guò)唯一的標(biāo)識(shí)碼（ID號(hào)）進(jìn)行連接，系統(tǒng)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
3.1 平臺(tái)選擇
本系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有的比較成熟的三維可視化地理系統(tǒng)軟件IMAG1S進(jìn)行三維模型的建立及瀏覽。IMAGIS軟件是武漢適普公司開(kāi)發(fā)的一套以數(shù)字正射影像(DOM)、數(shù)字地而模型(DAM)、數(shù)字線劃圖(DRG)作為對(duì)象的虛擬現(xiàn)實(shí)管理的GIS系統(tǒng)。IMAGIS是基于4D產(chǎn)品的二維可視化地理信息系統(tǒng)，它將常規(guī)的而為數(shù)據(jù)模型推廣到三維空間，為用戶提供了強(qiáng)大的交互操作工具。在二維動(dòng)態(tài)環(huán)境中，用戶可以真實(shí)地重現(xiàn)或創(chuàng)建各種復(fù)雜的二維形體，如地貌、地物等。為了進(jìn)一步的空間決策服務(wù)，IMAGIS系統(tǒng)可以直接從二維模型上進(jìn)行分析和查詢，如面積、周長(zhǎng)、距離、體積和剖面等。該系統(tǒng)結(jié)合了二維可視化技術(shù)（Visual Reality）與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality)真正做到了管理意義上的“所見(jiàn)及所得”。通過(guò)調(diào)用IMAGIS影像快速漫游系統(tǒng)（IMAGIS 3D Browser)實(shí)現(xiàn)對(duì)三維農(nóng)村模型的顯示、場(chǎng)景漫游、空間信息和屬性信息的查詢和分析等功能[2]。
3.2 三維模型建立
首先選擇農(nóng)村1:500地形圖作為底圖，利用AutoCAD對(duì)其地圖進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為IMAGIS兼容的數(shù)據(jù)接口.dwf (R14)格式，將處理過(guò)數(shù)字化地圖利用IMAGIS中的二維圖形編輯系統(tǒng)進(jìn)行屏幕數(shù)字化，獲得IMAGIS能處理的二維農(nóng)村矢量平面圖。對(duì)二維農(nóng)村矢量平面圖中的幾何實(shí)體添加必要的屬性，如建筑物實(shí)體添加建筑物高度，顏色等屬性。同時(shí)利用IMAGIS中的二維圖形編輯系統(tǒng)打開(kāi)等高線文件或?qū)擞善渌浖傻牡雀呔€文件，根據(jù)等高線文件生成數(shù)字高程模型DEM。調(diào)用IMAGIS中的三維編輯系統(tǒng)，打開(kāi)二維矢量平面圖，然后在其上添加數(shù)字高程模型DEM，以真實(shí)的再現(xiàn)地形地貌。如果還有農(nóng)村正射影像，還可以使用正射影像為DEM貼上紋理，有了正射影像，地面看上去將更加真實(shí)，重現(xiàn)了建筑物所在的周圍環(huán)境。利用IMAGIS中提供的豐富的三維建模功能，根據(jù)二維矢量平面圖中的線條數(shù)據(jù)以及屬性信息創(chuàng)建三維模型。對(duì)于比較規(guī)則的建筑物，可以根據(jù)建筑物高度，然后統(tǒng)一進(jìn)行自動(dòng)創(chuàng)建建筑物或人工創(chuàng)建建筑物。一些較復(fù)雜的建筑物可以采用系統(tǒng)提供的三維建模工具進(jìn)行建模，[3] 也可以先用3DMAX建立模型，再導(dǎo)人到IMAGIS中。基本模型建成之后，再將實(shí)地采集的建筑物原始紋理，先用Photoshop加工處理，再采用自動(dòng)貼紋理或?qū)?yīng)點(diǎn)貼紋理等功能貼到各個(gè)建筑物表面，從而獲得更加真實(shí)的農(nóng)村三維模型。對(duì)于樹(shù)和廣告牌等特殊的模型，可以從IMAGIS的模型庫(kù)中選擇相應(yīng)的模型按照一定的參數(shù)添加到當(dāng)前的場(chǎng)景中。建立的三維農(nóng)村模型如圖3所示。
圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)圖
利用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，定義和農(nóng)村三維模型相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)表的名稱和結(jié)構(gòu)，添加農(nóng)村三維模型中各個(gè)建筑物的屬性信息。系統(tǒng)可以將和各建筑物相關(guān)的一些多媒體數(shù)據(jù)添加到系統(tǒng)中，供用戶進(jìn)行瀏覽和查看，比如選中的一個(gè)建筑物實(shí)體，如果多媒體屬性文件為“.AVI”格式，則彈出多媒體播放器進(jìn)行播放。
3.3 三維模型瀏覽
有了農(nóng)村三維模型，用戶就可以進(jìn)行一些二維地理信息系統(tǒng)所無(wú)法完成的一些三維空間查詢與分析，如通視分析，水淹分析等等，將所建立的農(nóng)村三維模型以及相對(duì)應(yīng)的數(shù)字高程模型加入該場(chǎng)景中，用戶可以任何的方式進(jìn)行漫游，進(jìn)行一些視圖操作。用戶還可以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制飛行或指定一條路徑進(jìn)行飛行，并將飛行的過(guò)程錄制一段電影以供其他文件的調(diào)用。
3.4 數(shù)據(jù)系統(tǒng)
可利用IMAGIS平臺(tái)所提供的VRML數(shù)據(jù)接口，將三維農(nóng)村模型輸出為.wrl格式的數(shù)據(jù)文件,然后借助專門(mén)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器插件(如:Cortona 2.0等等)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。
3.5 系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)
圖3 三維農(nóng)村模型
作為一個(gè)三維地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，IMAGIS所提供的功能不可能完成所有的專業(yè)任務(wù)。因此，IMAGIS提供了二次開(kāi)發(fā)的接口，針對(duì)一些專業(yè)應(yīng)用，用戶可以使用其他語(yǔ)言編寫(xiě)腳本程序，再由IMAGIS調(diào)用，實(shí)現(xiàn)IMAGIS所無(wú)法提供的一些功能。通過(guò)編寫(xiě)腳本程序進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，就可以開(kāi)發(fā)出符合用戶要求的三維地理信息系統(tǒng)[4]。
4 總結(jié)
三維農(nóng)村地理信息系統(tǒng)的建立將給用戶展示一個(gè)更加真實(shí)的新農(nóng)村，可以為相關(guān)部門(mén)對(duì)新農(nóng)村的布局及規(guī)劃進(jìn)行可視化[5]瀏覽，提供可視化的分析和決策，同時(shí)可作為新農(nóng)村對(duì)外宣傳的一個(gè)窗口。三維地理信息系統(tǒng)的技術(shù)及方法正逐漸應(yīng)用于城市規(guī)劃，工程勘察等其他部門(mén)，如建筑方案的比較與選擇、災(zāi)害預(yù)測(cè)與防治、資源調(diào)查與環(huán)境保護(hù)等、在數(shù)字城市的建設(shè)中發(fā)揮很大的作用，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
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第7篇：地理信息可視化技術(shù)范文
關(guān)鍵詞：EV-Globe平臺(tái)；飛行器；三維顯示；轉(zhuǎn)發(fā)控制
中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）04-0941-04
Aircraft Dynamic Display of Three-dimensional Trajectory System Design
YANG Wei， WANG Hong-xu
（91，550 Troops Command and Control Center， Dalian 116023， China）
Abstract： The use of geographic information technology and 3D visualization techniques， combined with distributed mass data extraction of satellite image maps， digital elevation data and vector geographic information management tools to achieve dynamic reconstruction of three-dimensional space scene on the aircraft trajectory The three-dimensional dynamic display. System has to support the multi-dimensions of land， sea， and air， along with the time and space scene change， the situation information of the movement of all types of equipment， facilities， and other entities， the cross-linking data integration performance ability and a great convenience to the command staff of the decision-making .
Key words： EV-Globe platform； aircraft； 3D display； forwarding control
地理信息系統(tǒng)（GIS）是以采集、存儲(chǔ)、管理、描述、分析地球表面及空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)[1]。它是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)硬、軟件環(huán)境的支持下，對(duì)空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究、綜合評(píng)價(jià)、管理、定量分析和決策服務(wù)而建立起來(lái)的一類計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，GIS 得到了廣泛的重視和應(yīng)用，目標(biāo)定位與GIS的集成也已深入到各行各業(yè)特別是軍事領(lǐng)域。它可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信息在地圖上的可視化、一體化和集成化，能夠在地圖上實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地跟蹤目標(biāo)和顯示地理方位，給用戶的決策帶來(lái)極大的方便，尤其是為高技術(shù)條件下的軍事作戰(zhàn)任務(wù)提供了高效、快速的決策方案。
EV-Globe是大型三維空間信息服務(wù)平臺(tái)。集成了最新的地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)和三維軟件技術(shù)，具有大范圍的、海量的、多源的數(shù)據(jù)一體化管理和快速三維實(shí)時(shí)漫游功能，支持三維空間查詢、分析和運(yùn)算，提供全球范圍的基礎(chǔ)影像資料，能夠方便快速的構(gòu)建三維空間信息服務(wù)系統(tǒng)。EV-Globe平臺(tái)具有以下功能：直觀的全空間三維可視化能力、海量多元數(shù)據(jù)集成、高效的三維模型渲染與分析、三維特效功能、逼真的海水渲染效果、地圖服務(wù)器端的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新切割。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)
飛行器三維軌跡動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是利用地理信息技術(shù)和三維可視化技術(shù)，將飛行器等關(guān)鍵對(duì)象和要素嵌入空間，結(jié)合衛(wèi)星影像地圖、數(shù)字高程數(shù)據(jù)和矢量地理信息，在動(dòng)態(tài)構(gòu)建的三維空間場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維軌跡顯示信息的分層表現(xiàn)、空間表現(xiàn)和立體表現(xiàn)，以滿足顯示需求。
對(duì)軟件設(shè)計(jì)方案和硬件的選擇，在確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，保證系統(tǒng)有一定的處理能力余量；保證系統(tǒng)具有一定的先進(jìn)性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)盡可能做到操作簡(jiǎn)單、易用。采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)及成熟先進(jìn)的技術(shù)和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，兼顧未來(lái)的使用需求和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，以便系統(tǒng)不斷擴(kuò)充、完善。保證系統(tǒng)的可靠性，具備較強(qiáng)的容錯(cuò)能力與適應(yīng)突發(fā)事件能力，具有必要的冗余設(shè)計(jì)和應(yīng)急處置方案，防止因突發(fā)事件而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或系統(tǒng)喪失支持能力。
2 系統(tǒng)硬件組成
三維軌跡動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)主要由兩臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器、兩臺(tái)態(tài)勢(shì)圖形工作站、兩臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)控制微機(jī)以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，設(shè)計(jì)成主備機(jī)配置。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.1 數(shù)據(jù)服務(wù)器
用于存儲(chǔ)數(shù)字高程數(shù)據(jù)、地理信息矢量數(shù)據(jù)、衛(wèi)星影像信息、飛行器數(shù)據(jù)文件等，飛行器數(shù)據(jù)文件包括軌跡數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)模型、靜態(tài)場(chǎng)景、測(cè)控裝備參數(shù)及模型等。
2.2 態(tài)勢(shì)圖形工作站
用行器飛行全過(guò)程的三維綜合態(tài)勢(shì)顯示，包含飛行航跡、速高曲線、軌跡參數(shù)、特征點(diǎn)事件等。
2.3 轉(zhuǎn)發(fā)控制工作站
用于接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為態(tài)勢(shì)圖形工作站提供控制指令和數(shù)據(jù)源。
2.4 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括千兆交換機(jī)、網(wǎng)卡、網(wǎng)線以及配套工具等。用于完成數(shù)據(jù)服務(wù)器、轉(zhuǎn)發(fā)與控制工作站和態(tài)勢(shì)圖形工作站之間的信息交換。
3 系統(tǒng)軟件接口
系統(tǒng)外部軟件接口包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、三維空間信息開(kāi)發(fā)平臺(tái)、顯示服務(wù)器軟件等。操作系統(tǒng)為系統(tǒng)運(yùn)行提供基礎(chǔ)支持；數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)管理服務(wù)；三維空間信息開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供GIS服務(wù)和基本的三維操作服務(wù)；指揮顯示服務(wù)器軟件為系統(tǒng)實(shí)時(shí)提供飛行器位置、姿態(tài)、遙測(cè)指令等信息。系統(tǒng)操作系統(tǒng)選用Microsoft Windows7和Microsoft Windows Server2008；數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)選用Microsoft SQL Server2008；三維空間信息開(kāi)發(fā)平臺(tái)選用EV-Globe3.1，系統(tǒng)軟件接口關(guān)系如圖2所示。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1 軟件結(jié)構(gòu)
軟件由三維顯示模塊和轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊兩部分組成，如圖3所示。其中，三維顯示模塊在三維地理信息平臺(tái)的支持下，通過(guò)調(diào)用衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)高程數(shù)據(jù)及地理信息矢量數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，構(gòu)建所需三維地理虛擬環(huán)境；在三維可視化技術(shù)支持下，通過(guò)驅(qū)動(dòng)模型、特效等完成相關(guān)信息的可視化展示；地理信息開(kāi)發(fā)平臺(tái)主要為三維顯示模塊提供高程數(shù)據(jù)、地理信息矢量數(shù)據(jù)、衛(wèi)星影像信息等。轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊主要完成數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)發(fā)送、控制命令生成與流程驅(qū)動(dòng)等功能，在設(shè)計(jì)中通過(guò)UD協(xié)議通信，控制三維顯示模塊的場(chǎng)景渲染，完成態(tài)勢(shì)信息綜合顯示，采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和人工干預(yù)相結(jié)合的方式，驅(qū)動(dòng)流程執(zhí)行。
三維顯示模塊在邏輯上通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)及渲染驅(qū)動(dòng)構(gòu)成模塊的運(yùn)行機(jī)制。三維顯示模塊通過(guò)讀取配置文件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，啟動(dòng)UDP偵聽(tīng)線程和渲染線程。通過(guò)UPD偵聽(tīng)線程接收轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)處理結(jié)果和命令集對(duì)彈道位置狀態(tài)進(jìn)行更新，對(duì)場(chǎng)景要素進(jìn)行控制等。渲染線程通過(guò)幀同步與刷新機(jī)制對(duì)飛行器、場(chǎng)景要素及地理信息等進(jìn)行更新渲染。三維顯示模塊信息流程圖如下。
4.2 三維顯示模塊功能設(shè)計(jì)
三維顯示模塊主要用行器飛行過(guò)程三維可視化實(shí)時(shí)顯示和其它模型及關(guān)鍵事件的精細(xì)化動(dòng)畫(huà)演示。三維顯示模塊在EV-Globe平臺(tái)的支持下，完成各種環(huán)境的虛擬顯示及相關(guān)信息的可視化展示。根據(jù)需求分析，三維顯示模塊具體包括：飛行軌跡顯示、參數(shù)曲線繪制、視角管理、地理信息管理、顯示管理、動(dòng)態(tài)模型管理等子模塊。
1）飛行軌跡顯示
飛行軌跡顯示主要是根據(jù)實(shí)際測(cè)量出來(lái)的飛行器軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，使用空間軌跡和軌跡參數(shù)信息來(lái)顯示實(shí)測(cè)軌跡。
空間軌跡顯示主要是在三維地理空間通過(guò)繪制軌跡的方式展示飛行器實(shí)測(cè)軌跡信息。軌跡線可分為理論軌跡和實(shí)測(cè)軌跡，理論軌跡可用于對(duì)飛行器狀態(tài)進(jìn)行預(yù)示，同時(shí)也可用于與實(shí)測(cè)軌跡進(jìn)行比較顯示。
理論軌跡是根據(jù)預(yù)先裝訂的理論軌跡文件，在三維空間進(jìn)行繪制顯示。理論軌跡數(shù)據(jù)采用excel表的設(shè)計(jì)方式，方便理論數(shù)據(jù)的編輯和管理。
實(shí)測(cè)軌跡是通過(guò)UDP包接收轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊處理的軌跡數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。通過(guò)連續(xù)顯示實(shí)時(shí)接收的數(shù)據(jù)，展示飛行器當(dāng)前運(yùn)動(dòng)位置及運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。理論軌跡和實(shí)測(cè)軌跡均具備空間數(shù)據(jù)點(diǎn)和投影數(shù)據(jù)點(diǎn)的顯示模式?？臻g數(shù)據(jù)點(diǎn)模式是以空間數(shù)據(jù)點(diǎn)、空間圖標(biāo)模式繪制的空間軌跡；投影數(shù)據(jù)點(diǎn)模式是以投影數(shù)據(jù)點(diǎn)、投影圖標(biāo)模式繪制空間軌跡在地球表面上的投影點(diǎn)軌跡。飛行軌跡顯示形式靈活、多樣，系統(tǒng)支持多條軌跡同時(shí)繪制顯示，軌跡上的點(diǎn)大小、顏色，以及軌跡的顯示或隱藏，用戶可設(shè)置，設(shè)置參數(shù)可存入配置文件。
2）動(dòng)態(tài)模型管理
三維動(dòng)態(tài)模型表現(xiàn)是三維顯示與二維顯示的主要不同點(diǎn)。軟件設(shè)計(jì)通過(guò)加入三維動(dòng)態(tài)模型，將飛行器等實(shí)體的外形、結(jié)構(gòu)、動(dòng)作、運(yùn)動(dòng)方式等進(jìn)行表現(xiàn)，提高顯示的直觀性。
系統(tǒng)中模型對(duì)象的位置及姿態(tài)采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式，模型的表現(xiàn)包括三維模型、動(dòng)畫(huà)、特效等要素。動(dòng)畫(huà)用于展示模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，特效用于模擬如起飛、噴氣等動(dòng)態(tài)效果，兩者結(jié)合展示關(guān)鍵事件，增強(qiáng)表現(xiàn)效果。
模型管理可分為模型裝訂、動(dòng)畫(huà)配置及演示、特效綁定及演示、動(dòng)態(tài)模型的位置姿態(tài)驅(qū)動(dòng)。模型采用專業(yè)建模軟件構(gòu)建，根據(jù)需求制作關(guān)鍵事件的動(dòng)畫(huà)。模型文件由系統(tǒng)讀取并裝訂，在系統(tǒng)中通過(guò)特效編輯器綁定特效。利用工具軟件創(chuàng)建三維模型后，生成模型文件，在三維顯示模塊中進(jìn)行裝訂加載，可對(duì)模型進(jìn)行添加、刪除，并對(duì)模型的位置等相關(guān)屬性進(jìn)行編輯。用戶可對(duì)系統(tǒng)中裝訂加載的模型進(jìn)行動(dòng)畫(huà)配置，包括將動(dòng)畫(huà)集與模型部件進(jìn)行綁定，通過(guò)動(dòng)畫(huà)集調(diào)用的方式對(duì)模型動(dòng)作進(jìn)行驅(qū)動(dòng)演示。同時(shí)，通過(guò)動(dòng)畫(huà)調(diào)用的方式對(duì)部件進(jìn)行隱藏。用戶可對(duì)系統(tǒng)中加載的模型進(jìn)行特效綁定，指定模型部件使用的特效，并可設(shè)定綁定特效的大小、位置等屬性
3）參數(shù)曲線繪制
根據(jù)顯示需求，三維顯示模塊具備高度、速度等參數(shù)時(shí)間特性信息的表現(xiàn)，具備理論、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比顯示的表現(xiàn)形式。系統(tǒng)采用在三維空間場(chǎng)景疊加參數(shù)曲線窗體的方式對(duì)參數(shù)曲線進(jìn)行繪制表現(xiàn)。為了滿足多參數(shù)曲線繪制的需求，三維顯示模塊設(shè)計(jì)可設(shè)置多個(gè)曲線窗體進(jìn)行參數(shù)繪制。
曲線的橫軸為時(shí)間值，縱軸為參數(shù)值，曲線的設(shè)置包含時(shí)間 軸設(shè)置和縱軸設(shè)置兩部分。時(shí)間軸參數(shù)包括起始刻度、終止刻度、刻度大小、字體等；縱軸設(shè)置包括最大值、最小值、刻度大小、理論曲線顏色、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顏色、單位、系數(shù)等。用戶可對(duì)曲線窗體進(jìn)行管理，包括設(shè)置曲線窗體的大小、位置以及曲線窗體的顯示或隱藏等。
4）視角管理
視角管理采用視角分組和視角列表的方式對(duì)視角進(jìn)行組織。視角分為固定視角模式、同步視角模式等。固定視角采用固定觀察者位置和視角方向，對(duì)觀察目標(biāo)進(jìn)行靜態(tài)觀察；同步視角采用跟隨目標(biāo)移動(dòng)方式，以動(dòng)態(tài)的視角觀察目標(biāo)特寫(xiě)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)等信息。
通過(guò)視角分組和視角列表選擇視角，用戶可對(duì)每一個(gè)視角進(jìn)行編輯，包括視角捕獲、添加視角、視角修改和視角刪除等功能。由于視角參數(shù)的復(fù)雜性不利于用戶以參數(shù)設(shè)置方式進(jìn)行編輯，設(shè)計(jì)采用靈活的場(chǎng)景捕獲方式，用戶通過(guò)人機(jī)交互界面鼠標(biāo)拖動(dòng)等形式，提取視角參數(shù)捕獲視角，以及進(jìn)行修改編輯。用戶可通過(guò)視角預(yù)覽的方式對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)用，檢查視角是否滿足需求。為了使系統(tǒng)便于擴(kuò)展，提高準(zhǔn)備效率，用戶可對(duì)視角文件進(jìn)行導(dǎo)入、導(dǎo)出，提高視角的復(fù)用性和繼承性。
4.3 轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊功能設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊主要完成數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)發(fā)送、控制指令生成與發(fā)送等功能。同時(shí)為了適應(yīng)多任務(wù)的需求及后續(xù)任務(wù)發(fā)展需要，轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊具備信息可靈活調(diào)整、功能方便擴(kuò)展、代碼修改量少、方便任務(wù)準(zhǔn)備等特性，任務(wù)信息的設(shè)置采用配置文件的方式設(shè)計(jì)。通過(guò)配置文件的方式對(duì)任務(wù)信息進(jìn)行管理，具備多任務(wù)處理的能力。轉(zhuǎn)發(fā)控制模塊主要具備以下子模塊：數(shù)據(jù)處理、軌跡控制、動(dòng)態(tài)模型控制、視角控制、地理信息控制、顯示控制、理論數(shù)據(jù)模擬飛行。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文從軍事任務(wù)的實(shí)際需要出發(fā)，對(duì)飛行器三維軌跡動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。系統(tǒng)在三維空間場(chǎng)景中，通過(guò)多種表現(xiàn)方式對(duì)飛行器三維軌跡和其它關(guān)鍵要素進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。重點(diǎn)解決了隨著空間場(chǎng)景變化，如何將飛行器等實(shí)體運(yùn)動(dòng)與陸、海、空多維度相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)信息一體化的綜合顯示問(wèn)題。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使得飛行器的飛行過(guò)程更加直觀生動(dòng)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確豐富，為指揮人員的決策提供了有力的技術(shù)支持。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，三維顯示系統(tǒng)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛，將會(huì)為提高軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益作出更大貢獻(xiàn)。
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第8篇：地理信息可視化技術(shù)范文
關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)水利水電工程仿真應(yīng)用
水利水電工程多數(shù)較為龐大而復(fù)雜。如何采用科學(xué)有效的設(shè)計(jì)方法以提高設(shè)計(jì)效率，怎樣直觀清晰地描述復(fù)雜工程建設(shè)的施工動(dòng)態(tài)過(guò)程，是提高工程設(shè)計(jì)和管理現(xiàn)代化水平的關(guān)鍵。因此，尋求新的技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法成為必然趨勢(shì)。GIS是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)地學(xué)空間數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的新型空間信息技術(shù)，它把現(xiàn)實(shí)世界中對(duì)象的空間位置和相關(guān)屬性有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，滿足用戶對(duì)空間信息的管理，并借助其特有的空間分析功能和可視化表達(dá)，進(jìn)行各種輔助決策。
一、GIS在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用綜述
將GIS應(yīng)用于水利水電工程建設(shè)，以信息的數(shù)字化、直觀化、可視化為出發(fā)點(diǎn)，可以將復(fù)雜施工過(guò)程用動(dòng)畫(huà)圖像形象地描繪出來(lái)，為全面、準(zhǔn)確、快速地分析掌握工程施工全過(guò)程提供有力的分析工具，實(shí)現(xiàn)工程信息的高效應(yīng)用與科學(xué)管理，以及設(shè)計(jì)成果的可視化表達(dá)，進(jìn)而為決策與設(shè)計(jì)人員提供直觀形象的信息支持。這給施工組織設(shè)計(jì)與決策提供了一個(gè)科學(xué)簡(jiǎn)便、形象直觀的可視化分析手段，有助于推動(dòng)水利水電設(shè)計(jì)工作的智能化、現(xiàn)代化發(fā)展，極大地提高工程設(shè)計(jì)與管理的現(xiàn)代化水平，促進(jìn)工程設(shè)計(jì)界的“設(shè)計(jì)革命”。
1．GIS應(yīng)用于施工導(dǎo)截流三維動(dòng)態(tài)可視化
采用GIS軟件系統(tǒng)與其他平臺(tái)結(jié)合的模式中集成模式與擴(kuò)展連接模式相結(jié)合的方式來(lái)開(kāi)發(fā)施工導(dǎo)截流三維動(dòng)態(tài)可視化仿真系統(tǒng)。將水文實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和大壩施工實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)等數(shù)據(jù)庫(kù)存放在GIS平臺(tái)的表br中，通過(guò)Windows的DDE技術(shù)將數(shù)據(jù)傳遞給調(diào)洪演算、日徑流模擬、導(dǎo)流實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)率計(jì)算等模塊，這些模塊用VC＋＋、VB等平臺(tái)開(kāi)發(fā)16，模擬所得數(shù)據(jù)再傳回GIS平臺(tái)，以圖形、報(bào)表的形式輸出。GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)管理和圖形顯示輸出能力在這種開(kāi)發(fā)模式中得到了充分利用。數(shù)據(jù)在GIS平臺(tái)和VC＋＋、VB等平臺(tái)間簡(jiǎn)便迅速地傳遞，保證了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
通過(guò)系統(tǒng)分解，對(duì)各子系統(tǒng)分別進(jìn)行仿真計(jì)算和圖形建模，形成初始圖形數(shù)據(jù)庫(kù)。各子系統(tǒng)的圖形在GIS中以主題地圖Theme的形式分層存放，圖形有其對(duì)應(yīng)的屬性Attributesofbr與之對(duì)應(yīng)，圖形與屬性信息具有一一對(duì)應(yīng)的聯(lián)系。
GIS中三維可視化過(guò)程具體表現(xiàn)為：首先創(chuàng)建和組裝三維場(chǎng)景，接著通過(guò)三維實(shí)體建模創(chuàng)建三維形狀。三維實(shí)體模型可以直接由其三維形體坐標(biāo)參數(shù)構(gòu)建，也可由二維形體生成，其高度由形體特征的幾何屬性提供，或由表面紋理數(shù)據(jù)提取。三維實(shí)體模型再經(jīng)過(guò)紋理、光照、消隱、陰影等計(jì)算顯示在三維場(chǎng)景中。
借助GIS強(qiáng)大的空間查詢能力可以方便地查詢?nèi)我鈺r(shí)刻施工導(dǎo)流面貌及相應(yīng)信息。具體實(shí)現(xiàn)途徑是：通過(guò)仿真模塊得到施工系統(tǒng)各方面的信息，包括主體及擋泄水建筑物幾何形體面貌及其屬性，各施工單元的開(kāi)始時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、水流幾何形狀及其屬性，由此得到各施工單元任意時(shí)刻的面貌，組合起來(lái)得到施工導(dǎo)流系統(tǒng)任意時(shí)刻的整體面貌，把它貯存在施工圖形庫(kù)中并與其一一對(duì)應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)建立聯(lián)系，通過(guò)用戶輸入的查詢時(shí)刻，查找該時(shí)刻施工圖形庫(kù)對(duì)應(yīng)的記錄，激活其所對(duì)應(yīng)的圖素，利用GIS的條件查詢與圖形顯示機(jī)制，顯示出該時(shí)刻施工導(dǎo)流場(chǎng)景及導(dǎo)流信息，如圖1所示。
2．GIS應(yīng)用于地下廠房施工動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)
GIS三維空間數(shù)據(jù)模型主要是表達(dá)空間目標(biāo)的幾何信息和屬性信息，同時(shí)相對(duì)獨(dú)立的表達(dá)空間目標(biāo)的拓?fù)潢P(guān)系。動(dòng)態(tài)演示是依靠對(duì)任意時(shí)刻施工面貌的再現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的。首先運(yùn)行仿真程序得到確定方案下的洞室施工過(guò)程的信息，包括洞室開(kāi)挖時(shí)間參數(shù)（持續(xù)時(shí)間、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間）、進(jìn)度參數(shù)、強(qiáng)度參數(shù)，將這些參數(shù)按工序以電子表格的形式輸出。GIS讀取這些數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。利用其中的時(shí)間參數(shù)，通過(guò)編程生成任一工序任意時(shí)刻的面貌Sit（i工序t時(shí)刻的面貌），則地下廠房系統(tǒng)任意時(shí)刻的整體面貌St＝∑Sit。演示時(shí)通過(guò)對(duì)施工面貌數(shù)據(jù)庫(kù)的循環(huán)，逐條讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中每條記錄的形體數(shù)據(jù)及其他的相關(guān)信息，形體數(shù)據(jù)以圖形的形式顯示在三維圖上，其他信息以文本的形式顯示在信息框中。從地下廠房施工面貌動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)中可以獲得以下信息：
1虛擬的工程環(huán)境。應(yīng)用三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)，制作工程的三維模型，在計(jì)算機(jī)內(nèi)虛構(gòu)一個(gè)完整的工程布置，從各種各樣的視角和路徑都能看見(jiàn)。既能在遠(yuǎn)處觀看工程全貌，也能就近了解細(xì)部結(jié)構(gòu)。廠房、引水洞、母線洞、尾水管等建筑物結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系清晰、明了。由于GIS所特有的地形顯示功能，使得地下洞室群所處的地形地貌一目了然。
2地下洞室在各個(gè)時(shí)刻的形象進(jìn)度。在施工面貌動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)有時(shí)間坐標(biāo)軸，可觀察任意時(shí)刻的形象進(jìn)度和對(duì)應(yīng)于該時(shí)刻的地下洞室群施工面貌。
3單項(xiàng)洞室開(kāi)挖過(guò)程、工作面數(shù)量和開(kāi)挖程序等信息。
4洞室群施工中各單洞施工的邏輯關(guān)系。
5施工期間任一時(shí)刻同時(shí)施工的活動(dòng)。
實(shí)時(shí)演示能夠清晰地顯示單洞施工、洞群施工等時(shí)間、空間上的邏輯關(guān)系，幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)施工方案的分析、確認(rèn)。有助于信息溝通，為決策者提供信息服務(wù)。
3．GIS應(yīng)用于混凝土壩施工全過(guò)程三維動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)
利用GIS強(qiáng)大的空間信息處理能力來(lái)表現(xiàn)混凝土壩的復(fù)雜施工過(guò)程具有極大優(yōu)越性。GIS特有的空間數(shù)據(jù)組織形式能夠充分反映混凝土壩施工系統(tǒng)復(fù)雜的空間關(guān)系和施工過(guò)程。在混凝土壩施工全過(guò)程三維動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)中，GIS的可視化過(guò)程，即實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)到圖像的變換，分為三個(gè)子過(guò)程：
（1）數(shù)據(jù)操縱。數(shù)據(jù)操縱主要完成數(shù)據(jù)的過(guò)濾，是原始數(shù)據(jù)的加細(xì)或增強(qiáng)，并轉(zhuǎn)化為適合后續(xù)可視化操作的表示形式。
（2）可視化映射。可視化映射將數(shù)據(jù)過(guò)濾導(dǎo)出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為抽象可視化對(duì)象（AVO），體現(xiàn)為各種可視化技術(shù)。GIS的可視化過(guò)程是基于信息處理的，模型以信息鏈的形式表示，并存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中。
（3）繪制。繪制將AVO轉(zhuǎn)換為可顯示的圖像?？梢岳肎IS強(qiáng)大的動(dòng)畫(huà)及圖形圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)、仿真過(guò)程的可視化表達(dá)。
通過(guò)建立坐標(biāo)系，把現(xiàn)實(shí)世界的事物在計(jì)算機(jī)中對(duì)應(yīng)位置重現(xiàn)出來(lái)，及建立實(shí)體的數(shù)字模型，并按照一定方式將實(shí)體與其屬性一一對(duì)應(yīng)，從而反映實(shí)體的靜態(tài)空間特征。混凝土壩施工系統(tǒng)的三維可視化仿真數(shù)學(xué)模型的建立分為兩個(gè)步驟。首先建立數(shù)字地形模型。數(shù)字地形是整個(gè)施工系統(tǒng)布置和活動(dòng)的場(chǎng)所，是三維圖像展示的重要“背景”。通過(guò)人工輸入或掃描儀、數(shù)字化儀等將地形原始數(shù)據(jù)（等高線）輸入到系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)過(guò)濾后轉(zhuǎn)化為三維矢量數(shù)據(jù)，進(jìn)一步生成三維地表面模型DTM。利用內(nèi)插手段，可以生成更高精度的DTM。DTM在經(jīng)紋理、光照等圖先渲染操作，即生成逼真的壩區(qū)數(shù)字地形模型，然后建立混凝土壩施工系統(tǒng)中建筑物的三維實(shí)體模型。GIS中提供了point，line，polygon三種最基本的形（shape），利用它們可以反映任意復(fù)雜的對(duì)象。GIS的3D模塊提供了實(shí)現(xiàn)三維圖形的拓?fù)溥\(yùn)算、繪制、渲染、紋理和顯示的功能。與地形模型不同的是，實(shí)體模型尚需反映其屬性信息。實(shí)體與屬性的一一對(duì)應(yīng)可以利用GIS的空間數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外為了體現(xiàn)施工的動(dòng)態(tài)過(guò)程，在反映實(shí)體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中還應(yīng)包括時(shí)間特征，以便在三維演示中根據(jù)時(shí)間順序調(diào)用不同的實(shí)體單元組成施工面貌。把工程施工任意時(shí)刻的整體面貌儲(chǔ)存在圖形庫(kù)中，并與其一一對(duì)應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)建立聯(lián)系，從而在動(dòng)畫(huà)演示時(shí)，按時(shí)間順序讀取圖形庫(kù)中的形體數(shù)據(jù)及相應(yīng)的屬性信息，不斷更新繪圖變量和屬性變量賦值，并不斷刷新屏幕顯示。這樣高速地顯示一系列靜止圖像，當(dāng)圖像快速連續(xù)時(shí)，由于視覺(jué)的暫留，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)混凝土壩施工過(guò)程的三維面貌及相應(yīng)信息的動(dòng)態(tài)顯示。同時(shí)利用過(guò)程信息，生成三維動(dòng)畫(huà)，如圖2。
4．GIS應(yīng)用于水利水電工程施工總布置可視化動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)
以GIS軟件為平臺(tái)，建立數(shù)字化地形，施工場(chǎng)地布置系統(tǒng)中各系統(tǒng)部件的三維數(shù)字化模型。系統(tǒng)部件的數(shù)據(jù)信息與其他相關(guān)信息，通過(guò)映射關(guān)系聯(lián)系形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，成為系統(tǒng)的底層支持。這樣就實(shí)現(xiàn)了各系統(tǒng)部件表層的獨(dú)立性和深層的耦合性。根據(jù)不同工程的施工期長(zhǎng)短，選擇恰當(dāng)?shù)幕緯r(shí)間步長(zhǎng)，再輔以典型時(shí)刻面貌，可以使施工生產(chǎn)管理者對(duì)工程進(jìn)展情況有一個(gè)全面直觀的了解。GIS中信息的可視化組織表現(xiàn)在對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作及管理上。由于GIS特有的混合數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，把數(shù)據(jù)貯存形式分為兩個(gè)部分：一是圖形數(shù)據(jù)庫(kù)，它主要是存放各種專題圖及組成它們的所有圖素。根據(jù)需要，可將不同性質(zhì)的圖素放在不同的圖層上，以便今后查詢或進(jìn)行圖層疊加分析。二是圖素的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，它主要用來(lái)存放描述圖素的屬性數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部代碼和用戶標(biāo)識(shí)碼作為公共數(shù)據(jù)項(xiàng)連接起來(lái)，使得描述圖素的屬性數(shù)據(jù)與其圖素建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總體功能概括如下：
（1）顯示樞紐施工總布置三維全景。
（2）演示樞紐施工全過(guò)程三維動(dòng)態(tài)形象，直觀反映各組成部分空間上和時(shí)間上的相互關(guān)系。
（3）基于三維樞紐布置模型上實(shí)現(xiàn)樞紐布置的各種信息可視化查詢，包括建筑物設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)圖紙、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、附屬物信息、工程施工進(jìn)度等。
（4）實(shí)現(xiàn)樞紐施工全過(guò)程總體施工強(qiáng)度的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)及統(tǒng)計(jì)結(jié)果動(dòng)態(tài)的柱狀圖顯示，包括混凝土澆筑強(qiáng)度、施工機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)率、砂石料等原材料需求量及人力需求量等信息的統(tǒng)計(jì)顯示。
（5）實(shí)現(xiàn)樞紐工程主要建筑物施工全過(guò)程動(dòng)態(tài)演示，包括地下洞室群施工全過(guò)程仿真及演示、大壩混凝土澆筑全過(guò)程仿真及演示、施工場(chǎng)內(nèi)交通運(yùn)輸系統(tǒng)仿真與演示等。
二、討論與展望
GIS本身在不斷發(fā)展，它在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用亦需不斷發(fā)展。應(yīng)用的發(fā)展不僅要與GIS本身的發(fā)展相結(jié)合，還要與水利水電工程專業(yè)相結(jié)合。在水利水電工程未來(lái)的建設(shè)中，GIS與其他技術(shù)的結(jié)合將更加緊密，應(yīng)用更加廣泛。
1．三維建模
GIS中三維幾何造型技術(shù)已很成熟，對(duì)于三維地質(zhì)模型的建立、圖形顯示目前均有較多研究。但水利水電工程中三維數(shù)字地形模型的建立大多只是停留在面模型這一層面上。對(duì)諸如壩區(qū)地形模型等的地質(zhì)模型的構(gòu)造，除層狀地層外仍有一定難度。常用模型方法有兩種：表面模型和實(shí)體模型。兩種模型對(duì)復(fù)雜地質(zhì)體非均勻性的描述均感不足。GIS用于水利水電工程中地質(zhì)建模是今后應(yīng)用研究的主要內(nèi)容之一。但影響GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素繁多，存在許多不確定性，把握適度質(zhì)量有一定難度。若進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量過(guò)高，則造成浪費(fèi)；反之，質(zhì)量偏低，則達(dá)不到要求。
2．4DGIS
三維GIS目前研究重點(diǎn)集中在三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)技術(shù)的運(yùn)用，三維系統(tǒng)的功能和模塊設(shè)計(jì)等方面。但是，地理信息系統(tǒng)所描述的地理對(duì)象往往具有時(shí)間屬性，即時(shí)態(tài)。隨著時(shí)間的推移、地理對(duì)象的特征會(huì)發(fā)生變化，而目前大多數(shù)地理信息系統(tǒng)都不能很好地支持地理對(duì)象和組合事件維的處理。實(shí)際上許多用戶要求都是基于時(shí)間特征的，如洪水的最高水位變化等。對(duì)這樣的應(yīng)用背景，僅采取作為屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中的一個(gè)屬性不能很好地解決問(wèn)題。故，如何設(shè)計(jì)并運(yùn)用4DGIS來(lái)描述、處理對(duì)象的時(shí)態(tài)特征也是個(gè)重要研究領(lǐng)域。
3．WebGIS
水利水電工程中地理信息和數(shù)據(jù)的交流范圍要求越來(lái)越廣泛。隨著Internet的發(fā)展，利用Internet技術(shù)在Web上空間數(shù)據(jù)供用戶瀏覽、使用是GIS發(fā)展的必然趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)GIS（WebGIS），以網(wǎng)絡(luò)瀏覽器為應(yīng)用工作平臺(tái)，使得從WWW的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)，用戶可以瀏覽WebGIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)，制作專題圖，并進(jìn)行各種空間檢索和空間分析，且能在多個(gè)客戶端實(shí)現(xiàn)原來(lái)在本機(jī)上才能實(shí)現(xiàn)的功能。由于水利工程中地理信息和大量的空間數(shù)據(jù)都是以文字、數(shù)字、圖形和影像方式表示的，將它們數(shù)字化，便可方便、快速和及時(shí)地將地理信息傳遞到需要的地方，發(fā)揮GIS在整個(gè)水利水電工程中的應(yīng)用價(jià)值。數(shù)據(jù)的保密性需加以控制。
4．ComGIS
水利水電工程布置方案的可視化的要求已不局限在單純的表現(xiàn)上。對(duì)于布置方案交互式修改，組件式GIS（ComGIS）也是重要的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)之一。
三、結(jié)語(yǔ)
第9篇：地理信息可視化技術(shù)范文
關(guān)鍵詞：GIS 電力系統(tǒng) 配電管理
1.配電GIS系統(tǒng)概述
配電GIS基于地理信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行電力設(shè)備的運(yùn)行、管理和檢修等，主要針對(duì)10千伏以下的配電管理系統(tǒng)，通常包括地理信息系統(tǒng)、設(shè)備管理和自動(dòng)繪圖。充分利用GIS對(duì)空間位置和地理坐標(biāo)的分析和表達(dá)能力，為獲取、存儲(chǔ)、分析、檢索和顯示電力設(shè)備的空間定位和屬性資料建立計(jì)算機(jī)化的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，為管理部門(mén)提供直觀、詳盡的信息資料和決策依據(jù)。綜合分析與檢索空間定位數(shù)據(jù)是配電GIG系統(tǒng)的主要功能，它利用數(shù)據(jù)可信息建立地物空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)聯(lián)系，提高設(shè)備調(diào)度與維護(hù)人員了解設(shè)備工作狀況與處理設(shè)備故障的能力[2]。根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)和設(shè)備的運(yùn)行工況，設(shè)備管理人員可以經(jīng)常進(jìn)行設(shè)備的檢修，保持設(shè)備良好的運(yùn)行狀態(tài)，并延長(zhǎng)其使用壽命。
配電管理系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)與地理空間信息有著密不可分的關(guān)系，可以將這些信息描述成空間定位數(shù)據(jù)和非空間定位數(shù)據(jù)兩類，使其成為配電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)需要描述的數(shù)據(jù)?？臻g定位數(shù)據(jù)指以地理地圖為背景，分層顯示變電站、變壓器、線路、電桿路燈、用戶等的地理位置，將其繪制成單線圖；電力設(shè)備及用戶信息、供電服務(wù)等表示事物特征的數(shù)據(jù)與地理坐標(biāo)無(wú)關(guān)，屬于非空間定位數(shù)據(jù)。
2.GIS在配電管理中的應(yīng)用
明顯的空間分布性是配電網(wǎng)管理的特點(diǎn)，它的發(fā)電、變電、輸電、配電和用電五大資源，具有廣闊的空間區(qū)域分布，因此電力企業(yè)管理電網(wǎng)應(yīng)將空間數(shù)據(jù)作為核心管理對(duì)象。引入GIS技術(shù)后，利用地理信息系統(tǒng)的可視化空間事物管理優(yōu)勢(shì)，將系統(tǒng)中的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象，分成點(diǎn)、線、面三類[3]。其中，可以將配電網(wǎng)中的變壓器、開(kāi)關(guān)、桿塔等是不依比例尺的獨(dú)立符號(hào)表示成點(diǎn)，作為地圖中的最基本單元；用封閉的多邊形表示配電網(wǎng)系統(tǒng)中的供電區(qū)域和城市街區(qū)、房屋等面狀物體。GIS的引用為電力系統(tǒng)提供了維護(hù)和管理的平臺(tái)，使企業(yè)已有的MIS、DMS、SCADA、和EIP在維護(hù)和管理的基礎(chǔ)上統(tǒng)一集成?？傊?，地理信息系統(tǒng)在配電管理中的應(yīng)用提供了電力部門(mén)可視化信息管理的有力工具，在配電管理中發(fā)揮著重要的作用。
2.1利用地理信息系統(tǒng)的可視化技術(shù)優(yōu)勢(shì)，配電管理系統(tǒng)將配電網(wǎng)分布圖以電子地圖的形式展現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)建立數(shù)據(jù)庫(kù)的連接進(jìn)行統(tǒng)一的空間信息和屬性信息管理，促進(jìn)配電網(wǎng)管理系統(tǒng)的科學(xué)化。配電網(wǎng)的運(yùn)行管理人員利用GIS系統(tǒng)能夠方便地了解線路設(shè)備的檔案情況，為配電網(wǎng)提供完整形象的巡檢維護(hù)信息支持；幫助規(guī)劃設(shè)計(jì)人員掌握用戶分布和線路設(shè)備的情況，并結(jié)合地理背景展開(kāi)模擬勘察、進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，有效的減輕查勘人員的工作量，進(jìn)行科學(xué)、高效的配網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)；可以提供完整的配網(wǎng)設(shè)計(jì)、設(shè)備運(yùn)行和用戶分布情況，幫助管理人員進(jìn)行科學(xué)管理，提供決策的依據(jù)。
2.2在配電管理系統(tǒng)的電子地圖上，利用GIS技術(shù)查詢用戶的定位、區(qū)域以及進(jìn)行收費(fèi)管理、區(qū)域統(tǒng)計(jì)等，從而方便用戶管理、提高服務(wù)質(zhì)量。按照證號(hào)和地址碼等可以對(duì)用戶進(jìn)行快速定位；對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的用戶信息，可以根據(jù)地圖上選擇的區(qū)域進(jìn)行查詢；根據(jù)實(shí)際的地理環(huán)境分區(qū)打印收費(fèi)清單，并逐一進(jìn)行用戶地址編碼，從而避免不同區(qū)域內(nèi)的交叉混亂，提高收費(fèi)的準(zhǔn)確性和可管理性；還可以進(jìn)行全局、分區(qū)或指定區(qū)域的總戶數(shù)、電量和收費(fèi)率統(tǒng)計(jì)并進(jìn)行分析比較。
2.3配電GIS系統(tǒng)改變了配電網(wǎng)系統(tǒng)的資料管理形式，可以靈活地表現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，如隨時(shí)根據(jù)用戶需要更改臺(tái)賬的表格形式，或根據(jù)具體需要打印各地區(qū)、各條線路的電網(wǎng)分布圖。將電網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)庫(kù)信息、圖形信息和地理信息有機(jī)結(jié)合起來(lái)，在地理背景之中顯示設(shè)備的數(shù)據(jù)和圖形信息的資料，將供電設(shè)施及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與地理信息聯(lián)系，使管理部門(mén)能夠準(zhǔn)確地掌握配電網(wǎng)的空間分布，更好地進(jìn)行設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)。
2.4電力系統(tǒng)的用戶眾多，GIS技術(shù)的使用，可以保證數(shù)據(jù)的安全性。配電管理系統(tǒng)可以根據(jù)各部門(mén)的具體使用情況對(duì)客戶進(jìn)行權(quán)限管理，管理人員可以賦予某些用戶特定的權(quán)限。安檢科應(yīng)負(fù)責(zé)定期檢查各個(gè)電網(wǎng)線路的安全，提供給巡線員所需的功能權(quán)限，將外業(yè)采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，將采集到的數(shù)據(jù)的危險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行分級(jí)顯示，并打印出圖。根據(jù)安檢科上報(bào)的信息，生技科對(duì)需要更新、維修的設(shè)備進(jìn)行預(yù)算，并打印輸出報(bào)表。
3.小結(jié)
GIS具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和空間分析功能，因此在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。在配電管理系統(tǒng)中引入GIS技術(shù)，可以利用地理信息系統(tǒng)的可視化空間事物管理優(yōu)勢(shì)，為電力企業(yè)提供提供基于地理信息的維護(hù)和管理平臺(tái)，促進(jìn)配電網(wǎng)管理的信息化和科學(xué)化?；贕IS的配電管理為電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、用電和管理等提供科學(xué)的決策依據(jù)，提高了配電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)：
[1]杜旭漢.探討配網(wǎng)管理中的GIS技術(shù)[J]. 廣東科技,2008(16):103-104.
