国内三维GIS发展综述

侯雨乐

（阿坝师范高等专科学校，四川 汶川 623002）

地理信息系统是利用计算机存贮、处理地理信息的一种技术与工具，是一种在计算机软、硬机支持下，把各种资源信息和环境参数按空间分布或地理坐标，以一定格式和分类编码输入、处理、存贮、输出，以满足应用需要的人-机交互信息系统。近年来地理信息系统发展迅速，在国民经济建设中得到广泛应用，在我国已经成为一门新兴的信息产业。计算机大容量存储介质、多媒体技术和可视化技术等相继被引进到GIS中，已使GIS发生了新的变化。

随着数据获取技术的发展，具有处理真三维数据功能的三维GIS的发展受到了重视。对现实中三维对象的虚拟表示需要三维的方法。三维GIS使用三维数据描述地理对象，即所有的对象都通过三维立体坐标(X，Y，Z或经纬度与高程)进行表示。三维可视化展现，立体表现效果，拥有二维GPS管理系统所不具备的优势。三维GIS在日益增长的三维空间信息需求的牵引和蓬勃发展的现代新兴技术的驱动下得到了稳步的发展。首先，诸如城市、海洋、大气、地下工程和军事等重大领域问题的完整解决和空间信息的社会化应用服务迫切需要三维GIS的支持；其次，三维空间数据获取技术的发展极大地方便了各种规模不同细节程度三维空间数据的可得性；再有，信息与通信技术的进步为更有效地处理和利用海量三维空间数据提供了强有力的支撑。三维GIS虽然空间维数只增加了一维，但基于此既可以包容几乎所有丰富的空间信息，也可以突破常规二维表示对形式的束缚，为更好地洞察和理解现实世界提供了多种多样的选择。但其由此也面临大量更加复杂的问题，如数据量急剧增加、空间关系错综复杂、真实感实时可视化等。在空间上从二维表示到三维表示日益成在空间上从二维表示到三维表示日益成为GIS的主要发展方向之一，并趋向于对现实世界的增强表示与延伸——“虚拟地理环境”。

虽然我国国内GIS的研究起步较晚，但是近二十年来，在各级政府和有关人士的大力呼吁和促动下，我国的地理信息系统事业突飞猛进，成绩巨大。

1 GIS的高维化发展

GIS在矿山与地质领域的应用受到很大限制的重要原因是其在处理三维问题上的不足。现有的GIS软件虽然可以用数字高程模型来处理空间实体的高程坐标，但是由于他们无法建立空间实体的三维拓扑关系，使得很多真三维操作难以实现，因而人们将现有的GIS称为二维GIS或2.5维GIS。矿山、地质以及气象、环境、水文等众多的应用领域都需要三维GIS平台来支持他们大量的真三维操作。空间可视化技术是指在动态、时空变换、多维的可交互的地图条件下探索视觉效果和提高视觉效果的技术。虚拟现实技术已在游戏中成功使用。运用空间可视化技术和虚拟现实技术进行地形环境仿真，真实再现地景，用于交互式观察和分析，提高对地形环境的认知效果，是今后三维GIS可视化发展的一个重点。

四维GIS（4DGIS）一般是指在原有的三维GIS基础上加入时间变量而构成的GIS。许多人认为地质特征是不变的，但实际上大部分地质特征是动态的、变化的，不是所有地质情况都是变化缓慢的，水灾、地震、暴风雨以及滑坡都会使局部地质条件发生快速而巨大的变化。地质学家对4D(立体3D加上时间第4D)的空间——时间模型尤感兴趣。但是，增加一维将带来很大的问题。比如数据量的几何级数增长，致使数据的采集、存取、处理都带来一系列的问题。不过，这些问题可以在计算机技术、数据库技术以及相关电子技术的发展而得到解决。因此，如何设计4DGIS并运用它来描述和处理地理对象的时态特征是一个重要的发展领域。

维GIS还可以是指在原有的三维GIS基础上加入地形或地貌而构成的GIS，这种GIS特别适用于军队。

2 GIS将更加网络化、智能化和集成化

随着Internet的迅速发展，利用Internet技术在Web上发布空间数据或用户通过Internet浏览空间数据是GIS发展的必须趋势。事实上，万维网(WWW)已经成为GIS的新的操作平台，这也会Web GIS带来很好的发展机遇。

虽然GIS经过多年的发展已逐渐成熟，但其应用还主要停留在数据库、空间叠加分析上，缺乏知识处理能力和推理能力。可以预见，智能GIS将得到很好的发展，从而更好地服务于社会和人类。智能GIS是指与专家系统(Expert System简称ES)、神经网络、遗传算法等相结合的GIS，它实际上是基于知识的专家系统在GIS中的应用，它将在解决如城市规划与管理、交通运输管理、生态环境管理等问题时起到非常重要的作用。

3 MGIS将在我军建设过程中走上发展的快车道

我军战场数字化建设水平与国外先进水平相比，还有很大的差距。单兵数字化系统实质上就是一个对战场信息进行实时采集、存储、管理、施效的综合电子信息系统。虽然我军的现代化建设目前还处于劣势，但只要我们抓住发展机遇，充分利用好现代科学技术的成果，我军现代化建设进程就能走上发展的快车道，这也就为MGIS的发展提供了良机。

4 结语

随着计算机技术的不断发展，虚拟现实、3D、专家系统等一些新的思想和技术正源源不断地充实到GIS中去。在人类进入了信息时代后，GIS也必将借助因特网这一最新传输介质以实现地图交换和数据分布。同时，空间信息可视化作为地理信息系统的新的研究领域，已经促进了GIS理论和技术的进步，拓宽了学科领域。MGIS也将会借我军战场数字化建设的东风，得到快速发展，在未来的信息化战场上发挥重要的作用。

可以想象，在不久的将来，我们可以花很少的钱，就可以买到一个GIS应用系统设备，它的大小如同一块手表，但功能却很强大。探险者可以用它只身一人走出沙漠，士兵可以借助它实现单兵作战。

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