三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢

三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢,從人們追求絢麗的視覺體驗，真實的空間展現(xiàn)出發(fā)，3D將帶來前所未有的震撼。GPU硬件的快速發(fā)展是3D實現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。常見的3D應(yīng)用：電影、電視、游戲等娛樂空間環(huán)境(虛擬現(xiàn)實)計算機圖形界面,3D時代,2,前言,環(huán)境規(guī)劃是人類為使社會經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展而對自身活動和環(huán)境所做的時間和空間上的合理安排。其基本研究對象是諸如水、大氣、土壤、人口等環(huán)境要素具有明顯的空間分布特性。,環(huán)境規(guī)劃,3,前言,GIS,4,GIS將地理對象抽象成點、線、面的空間實體及其相關(guān)屬性，研究其空間位置、空間分布和空間關(guān)系。GIS可準(zhǔn)確直觀的描述環(huán)境規(guī)劃中的許多反映環(huán)境問題和環(huán)境過程的模型，如污染物大氣擴散模型等，從而為環(huán)境規(guī)劃提供了有力的決策依據(jù)。,前言,二維GIS將實際的三維對象抽象為二維的方式表達，具有很大的局限性，不能給人以自然界的本原感受。三維GIS比二維圖像更直觀，空間分析能力能加突出，結(jié)合環(huán)境分析模型，能全面的審核和評價環(huán)境規(guī)劃方案的優(yōu)劣、視覺效果以及與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)等。,三維GIS,5,目錄CONTENTS,6,三維GIS介紹,三維、GIS和三維GIS定義,三維GIS常見功能,三維GIS的特點,7,定義：,三維GIS介紹,三維是指在平面二維系中又加入了一個方向向量構(gòu)成的空間系，一般可指由長、寬、高（X，Y，Z）三軸所構(gòu)成的空間。地理信息系統(tǒng)（簡稱GIS）是在計算機軟、硬件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。三維地理信息系統(tǒng)（簡稱三維GIS或3DGIS）是利用3S技術(shù)（GIS、GPS、RS）、虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）、計算機技術(shù)等對地球空間信息進行編碼、存儲、轉(zhuǎn)換、分析和顯示的信息系統(tǒng)，是三維描述、可視化和分析管理的地理信息系統(tǒng)。,1,8,三維GIS介紹,三維GIS比二維GIS更加直觀、逼真的表達客觀世界，能夠以虛擬立體的方式展現(xiàn)地理空間對象。與CAD及各種科學(xué)計算可視化軟件相比，三維GIS以三維空間數(shù)據(jù)庫為核心，具有獨特的管理復(fù)雜空間對象能力及空間分析的能力。,特點：,2,9,三維GIS介紹,比較常見的功能包括：空間瀏覽功能空間查詢與統(tǒng)計動態(tài)實時立體模擬三維空間分析和顯示飛行瀏覽空間數(shù)據(jù)管理三維模型支持,功能：,3,10,空間瀏覽功能,三維場景的快速瀏覽：能夠?qū)χ攸c區(qū)域的周邊情況進行完整的、立體的展示；能夠進行基本的放大、縮小、平移、傾斜、旋轉(zhuǎn)、地形夸大等操作；可以從不同的視點、瀏覽方向來觀察三維地理環(huán)境；可觀察不同三維景物的橫斷面、縱斷面特征，并能對其參數(shù)進行實時修改；,11,空間查詢與統(tǒng)計,查詢和統(tǒng)計三維立體模型及相關(guān)屬性。支持快速定位，根據(jù)輸入的經(jīng)緯度坐標(biāo)實現(xiàn)快速定位，如污染源點定位；可按區(qū)域位置、屬性種類、用戶資料等進行圓形、矩形、任意多邊形、底圖圖幅查詢和統(tǒng)計，如多媒體介紹，污染源單項查詢，污染源圖元屬性查詢，地方數(shù)據(jù)庫查詢，污染信息查詢，污染區(qū)域查詢；能根據(jù)不完全的零碎信息進行空間模糊匹配查詢和統(tǒng)計，如地名的模糊匹配查詢；能夠?qū)崿F(xiàn)對影像數(shù)據(jù)集的分目錄層次管理。,12,動態(tài)實時立體模擬,采用三維動畫來模擬復(fù)雜的環(huán)境過程。如污染物擴散過程模擬、一維河流中污染物的降解過程模擬和規(guī)劃方案實際執(zhí)行過程模擬等。,13,三維空間分析和顯示,三維分析主要包括挖填方分析、剖面分析、通視分析、高程分析、坡度分析、淹沒分析、距離量測、面積量測、疊加分析、緩沖區(qū)分析和網(wǎng)絡(luò)分析等。,14,三維緩沖區(qū)分析,三維空間分析和顯示,緩沖區(qū)分析可用于自然保護區(qū)規(guī)劃和對確定位置和地物的風(fēng)險評價和管理，通過緩沖區(qū)分析、鄰域分析來顯示被分析對象的相關(guān)信息。如國控污染源、監(jiān)測斷面、排污口等。,15,通視分析可用于噪聲污染在交通干道沿線和城市區(qū)域范,三維空間分析和顯示,三維通視分析,16,三維空間分析和顯示,日照分析,17,三維空間分析和顯示,淹沒分析,18,三維空間分析和顯示,疊加分析,能將二維矢量、專題圖、遙感影像和多媒體影像等數(shù)據(jù)圖層疊加到三維層上進行顯示，可用于環(huán)境功能區(qū)規(guī)劃、生產(chǎn)力布局調(diào)整和建設(shè)項目選址等。,19,飛行瀏覽,自定義巡航路線進行飛行瀏覽，并且通過自定義飛行參數(shù)進行多種視角的飛行瀏覽。,20,空間數(shù)據(jù)管理,三維GIS能夠一體化管理海量空間信息數(shù)據(jù)；可同時管理矢量/柵格數(shù)據(jù)，實現(xiàn)矢量快速顯示和二、三維矢量聯(lián)動等問題；能夠結(jié)合圖形和業(yè)務(wù)的專題屬性，實現(xiàn)圖文屬性一體化。能夠管理用戶感興趣的地標(biāo)數(shù)據(jù)，方便地標(biāo)的添加、屬性修改和功能拓展。,21,三維模型支持,三維GIS不僅能全視角的展示地形數(shù)據(jù)展示，還能將局部的三維模型逼真地渲染出來。用戶可以自由添加、修改和刪除各類型的三維模型。,22,目錄CONTENTS,23,三維GIS平臺,GoogleEarthWorldWindSkylineGlobeVirtualEarthArcGISExplorer,EV-GlobeUniGlobeSmartEarthVRMapGeoGlobe,國外三維GIS平臺,1,國內(nèi)三維GIS平臺,2,24,MapGIS-TDESuperMapiSpaceIMAGISCityMakerAlaGIS,GoogleEarth用戶最多的三維地球軟件,介紹：GoogleEarth以三維地球的形式把大量衛(wèi)星圖片、航拍照片和模擬三維圖像組織在一起，使用戶從不同角度瀏覽地球。GoogleEarth的數(shù)據(jù)來源于商業(yè)遙感衛(wèi)星影像和航片，包括DigitalGlobe公司的QuickBird，IKOONOS及法國SPOTS。特點：GoogleEarth仰仗其強大的技術(shù)實力和經(jīng)驗，以操作簡單、用戶體驗超群的優(yōu)勢吸收了全球近十分之一的人口使用。產(chǎn)品方式：GoogleEarth客戶端軟件提供三個版本：個別免費版、Plus版、Pro版以及企業(yè)級解決方案，用于正在企業(yè)內(nèi)部安排GoogleEarth應(yīng)用。,25,SkylineGlobe個性化的三維地理信息系統(tǒng),介紹：SkylineGlobe產(chǎn)品能夠基于地表的衛(wèi)星影像、航空影像創(chuàng)建高分辨率的三維虛擬地球場景。Skyline具有強大空間信息展示功能，支持交互式繪圖工具，提供三維測量及地形分析工具，提供數(shù)據(jù)庫接口支持如Oracle，ArcSDE，擁有強大數(shù)據(jù)處理能力。產(chǎn)品形式：TerraExplorer、TerraExplorerPro、TerraBuilder、TerraGate。應(yīng)用：中國數(shù)字海洋系統(tǒng)、公安部警衛(wèi)基礎(chǔ)工作信息系統(tǒng)、數(shù)字深圳三維平臺、黃河可視化防汛預(yù)案管理系統(tǒng)、數(shù)字煙臺三維城市規(guī)劃信息系統(tǒng)等。,26,WorldWind最強大的開源地理科普軟件,介紹：WorldWind是NASA發(fā)布的一個開放源代碼的地理科普軟件，它是一個可視化地球儀，該軟件用C#編寫，調(diào)用微軟SQLServer影像庫TerrainServer來進行全球地形三維顯示。特點：WorldWind最大的特是衛(wèi)星數(shù)據(jù)的主動更新能力。這種能力使得WorldWind具有在世界范疇內(nèi)跟蹤近期事情、天氣改變、火災(zāi)等情況的能力。WorldWind是個完全免費的軟件，在使用上沒有任何限制，主要面向科學(xué)家、研究工作者和學(xué)生群體。另外WorldWind是完全開放的，用戶可以修改WorldWind軟件本身。,27,ArcGISExplorerArcGIS家族的3D后代,介紹：ArcGISExplorer是一個免費的虛擬地球瀏覽器，提供自由、快速的2D和3D地理信息瀏覽，充滿趣味性且簡捷易用。ArcGISExplorer通過繼承ArcGISServer完整的GIS性能（包括空間處理和3D服務(wù)），達到整合豐富的GIS數(shù)據(jù)集和服務(wù)器空間處理應(yīng)用的目的。特點：AreG1SExplore具有和GoogleEarth相似的功能，支持來自ArcGISServer、GML、WMS、GoogleEarth（KML）的數(shù)據(jù)。,28,EV-Globe國內(nèi)三維海量空間信息平臺佼佼者,介紹：EV-Globe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時漫游功能，支持三維空間查詢、分析和運算，可與常規(guī)GIS軟件集成，可方便快速構(gòu)建三維空間信息服務(wù)系統(tǒng)，亦可快速在二維GIS系統(tǒng)完成向三維的擴展。EV-Globe提供距離測量、線段剖面、折線剖面、區(qū)域淹沒、通視分析等三維GIS特色的空間分析功能?？梢栽贓V-Globe中看到煙霧、塵暴、火焰以及下雨、下雪等特殊效果。,29,EV-Globe國內(nèi)三維海量空間信息平臺佼佼者,特點：EV-Globe基于組件式開發(fā)，具備在普通PC機上就能實現(xiàn)的海量三維模型和影像流暢地進行各項漫游操作的功能。此外在EV-Globe服務(wù)器端，用戶可根據(jù)需要綁定常規(guī)GIS平臺如SuperMap，ArcGIS等。EV-Globe功能強大、三維表達尺度全面，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了地上、地表、地下、水下信息一體化集成表達。應(yīng)用：全國海島海岸帶三維可視化信息系統(tǒng)、中石油海外應(yīng)急系統(tǒng)、中國石油中長期油氣管網(wǎng)建設(shè)預(yù)測分析、寧波鎮(zhèn)海環(huán)保三維影像瀏覽系統(tǒng)、遨游天府-四川省地理空間三維管理系統(tǒng)。,30,CityMaker數(shù)字城市的三維應(yīng)用,介紹：CityMaker是數(shù)字城市三維可視化平臺，主要針對城市規(guī)劃領(lǐng)域，提供覆蓋規(guī)劃設(shè)計、展示、評估、管理的全方位服務(wù)。提供從三維地理信息系統(tǒng)建設(shè)到應(yīng)用的全面解決方案。通過CityMaker三維地理信息平臺，可以疊加顯示城市面貌、規(guī)劃圖冊、戶籍信息、監(jiān)控視頻等各種二三維數(shù)據(jù)，還可快速集成已有專業(yè)系統(tǒng)，開展基于網(wǎng)絡(luò)的三維專業(yè)應(yīng)用。,31,CityMaker數(shù)字城市的三維應(yīng)用,特點：是面向規(guī)劃設(shè)計師和建筑師的三維輔助設(shè)計軟件，它將虛擬可視化技術(shù)融入設(shè)計過程，讓設(shè)計師在三維環(huán)境下進行城市的設(shè)計、評估、分析和交流。它可以與3dsMAX等建模軟件配合使用，支持材質(zhì)編輯和物體運動編輯，支持火焰、噴泉、爆炸和雨雪等虛擬現(xiàn)實效果的制作等。應(yīng)用：數(shù)字北京、數(shù)字斯圖加特、虛擬圓明園、上海世博會虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)等。,32,目錄CONTENTS,33,三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的主要應(yīng)用,34,35,3DEIA軟件NOVA,三維環(huán)境影響評價系統(tǒng),通用的近場浮射流模型,近場-遠場無縫耦合,三維水動力模型,三維地理信息系統(tǒng),三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的主要應(yīng)用,具有靈活和簡便導(dǎo)航技術(shù)的三維虛擬現(xiàn)實和模擬數(shù)據(jù)可視化。,環(huán)境評價：,1,36,香港大學(xué)WATERMAN（創(chuàng)新型環(huán)境知識庫系統(tǒng)）項目之3DEnvironmentalImpactAssessment（EIA，三維環(huán)境影響評估系統(tǒng)）,三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的主要應(yīng)用,用標(biāo)準(zhǔn)等濃度線來表示受影響地區(qū)。,環(huán)境評價：,1,37,香港大學(xué)WATERMAN（創(chuàng)新型環(huán)境知識庫系統(tǒng)）項目之3DEnvironmentalImpactAssessment（EIA，三維環(huán)境影響評估系統(tǒng)）,三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的主要應(yīng)用,環(huán)境預(yù)測，通過分析各污染物與相關(guān)因素的原始數(shù)據(jù)，得出該污染物形成的一般規(guī)律和演變趨勢，依據(jù)這一規(guī)律和演變趨勢，預(yù)測未來某段時間內(nèi)環(huán)境的狀況,環(huán)境模擬與預(yù)測：,2,38,三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的主要應(yīng)用,環(huán)境功能區(qū)劃是依據(jù)社會經(jīng)濟發(fā)展需要和不同地區(qū)在環(huán)境結(jié)構(gòu)、環(huán)境狀態(tài)和使用功能上的差異，將區(qū)域合理地劃分為不同的功能區(qū)。在三維GIS平臺支持下，以合適的基本評價單元，進行空間分析、遙感處理及三維建模和顯示，建立區(qū)劃數(shù)據(jù)庫，對影響功能區(qū)劃的主要因子，如地形、地貌、植被類型、土壤類型、土地利用現(xiàn)狀等，分別建立評價圖層，進行疊加分析，得到相關(guān)評價的指標(biāo)數(shù)據(jù)，并逐級歸并，形成分區(qū)方案。,環(huán)境功能區(qū)劃：,3,39,三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的主要應(yīng)用,環(huán)境規(guī)劃，將區(qū)域環(huán)境現(xiàn)狀研究中的各要素、指標(biāo)結(jié)合相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)，建立多源信息數(shù)據(jù)庫，并構(gòu)建三維GIS系統(tǒng)。借助環(huán)境演變過程的模擬預(yù)測結(jié)果和環(huán)境現(xiàn)狀的分析，綜合考慮和分析社會、經(jīng)濟和自然各方面因素。根據(jù)不同要求，所見即所得的修改規(guī)劃參數(shù)，從而得到不同的規(guī)劃方案，達到預(yù)期的環(huán)境規(guī)劃目標(biāo)。,環(huán)境規(guī)劃與決策：,4,40,三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的主要應(yīng)用,環(huán)境決策三維GIS通過模擬仿真提供有力、可靠的決策依據(jù)。通過三維GIS直觀展現(xiàn)環(huán)境規(guī)劃方案，做出全方面的對比，有助于發(fā)現(xiàn)設(shè)計中多余、不協(xié)調(diào)或不可行的內(nèi)容，并方便及時的做出調(diào)整，最后選定最優(yōu)方案。在三維GIS虛擬環(huán)境中獲取、分析和處理所需的各種信息，可加快了方案設(shè)計的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計和修正的效率。,環(huán)境規(guī)劃與決策：,4,41,三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的主要應(yīng)用,環(huán)境規(guī)劃的延續(xù)性和超前性要求較高，三維GIS結(jié)合環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)可以迅速、直觀的表現(xiàn)環(huán)境規(guī)劃的實施效果，還可以對實施進度、結(jié)果進行評價和審核，并能夠適時提供修正方案。采用三維GIS可以直觀便捷的展現(xiàn)采取某種措施的結(jié)果。環(huán)境管理人員可從任意角度，實時互動真實地看到規(guī)劃效果，更好地掌握規(guī)劃區(qū)域的形態(tài)和理解規(guī)劃方案的意圖。,環(huán)境規(guī)劃的實施：,5,42,三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的主要應(yīng)用,三維GIS可用于環(huán)境規(guī)劃成果的展示，這種成果的展示，既可以面向大眾，作為宣傳的需要。在設(shè)計階段，可以將方案的設(shè)計成果展示給決策者或公眾，供其提出修改意見，及時修正。與傳統(tǒng)的平面的、靜態(tài)的和動畫的成果展示方式相比，它是三維的、動態(tài)的、交互的和仿真的。他可以任意角度、高度和時段的交互式漫游，展現(xiàn)環(huán)境現(xiàn)狀和環(huán)境演變過程，通過疊加專題圖可以展現(xiàn)各環(huán)境因素狀況和相互之間關(guān)系。EV-Globe開發(fā)的江西省三維信息共享平臺系統(tǒng)在三維場景下利用文字、圖片、視頻等手段可對江西省10個富有特色的試驗示范區(qū)進行全面描述，展示近年來試驗示范區(qū)建設(shè)的豐碩成果。,環(huán)境規(guī)劃成果展示：,6,43,三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的主要應(yīng)用,空間布局涉及空間選址、空間搜索等空間分析問題。環(huán)境規(guī)劃要求對區(qū)域土地和空間資源進行合理配置，使人類與所處空間環(huán)境和諧共處?？茖W(xué)合理地安排生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和布局。利用三維GIS，不僅能利用其空間分析功能進行空間規(guī)劃，還可以直觀地展現(xiàn)規(guī)劃結(jié)果的空間布局。特別是在山地復(fù)雜地形區(qū)域的空間布局不能向平原地區(qū)一樣集中成片布置，而只能采取依山就勢、順應(yīng)地形的靈活分散格局。其中地形、局地氣候、山地自然災(zāi)害等因素的影響較大，而綜合利用三維可視化模擬與空間分析可以在三維虛擬場景中方便的設(shè)計和修改空間規(guī)劃，合理控制和優(yōu)化區(qū)域空間布局結(jié)構(gòu)，使空間布局更加合理。,環(huán)境規(guī)劃空間布局：,7,44,三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的主要應(yīng)用,水環(huán)境：,8,45,三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的主要應(yīng)用,大氣環(huán)境：,9,46,三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的主要應(yīng)用,噪聲地圖是根據(jù)噪聲預(yù)測模型計算出道路交通噪聲、鐵路噪聲、工業(yè)噪聲和機場噪聲等噪聲源對城市地圖上各接收點的貢獻值，再采用能量疊加原理得到各接收點的噪聲值，并擬合繪制于城市地圖上。,三維噪聲地圖：,10,47,2008年我國第一個城市區(qū)域噪聲地圖誕生，采用凱納仿真模擬技術(shù)，描繪深圳市中心