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

三維GIS在環(huán)境規(guī)劃中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì),從人們追求絢麗的視覺體驗(yàn)，真實(shí)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(shí)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(shí))計(jì)算機(jī)圖形界面,3D時(shí)代,2,前言,環(huán)境規(guī)劃是人類為使社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展而對(duì)自身活動(dòng)和環(huán)境所做的時(shí)間和空間上的合理安排。其基本研究對(duì)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(duì)象抽象成點(diǎn)、線、面的空間實(shí)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(kuò)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(shí)際的三維對(duì)象抽象為二維的方式表達(dá)，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(píng)價(jià)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(diǎn),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(gè)方向向量構(gòu)成的空間系，一般可指由長(zhǎng)、寬、高（X，Y，Z）三軸所構(gòu)成的空間。地理信息系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱GIS）是在計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)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(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)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(jiǎn)稱三維GIS或3DGIS）是利用3S技術(shù)（GIS、GPS、RS）、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）、計(jì)算機(jī)技術(shù)等對(duì)地球空間信息進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)、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(dá)客觀世界，能夠以虛擬立體的方式展現(xiàn)地理空間對(duì)象。與CAD及各種科學(xué)計(jì)算可視化軟件相比，三維GIS以三維空間數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，具有獨(dú)特的管理復(fù)雜空間對(duì)象能力及空間分析的能力。,特點(diǎn)：,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(jì)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)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(chǎng)景的快速瀏覽：能夠?qū)χ攸c(diǎn)區(qū)域的周邊情況進(jìn)行完整的、立體的展示；能夠進(jìn)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(diǎn)、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(duì)其參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修改；,11,空間查詢與統(tǒng)計(jì),查詢和統(tǒng)計(jì)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(shí)現(xiàn)快速定位，如污染源點(diǎn)定位；可按區(qū)域位置、屬性種類、用戶資料等進(jìn)行圓形、矩形、任意多邊形、底圖圖幅查詢和統(tǒng)計(jì)，如多媒體介紹，污染源單項(xiàng)查詢，污染源圖元屬性查詢，地方數(shù)據(jù)庫(kù)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(jìn)行空間模糊匹配查詢和統(tǒng)計(jì)，如地名的模糊匹配查詢；能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)影像數(shù)據(jù)集的分目錄層次管理。,12,動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)立體模擬,采用三維動(dòng)畫來模擬復(fù)雜的環(huán)境過程。如污染物擴(kuò)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(shí)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(cè)、面積量測(cè)、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(hù)區(qū)規(guī)劃和對(duì)確定位置和地物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和管理，通過緩沖區(qū)分析、鄰域分析來顯示被分析對(duì)象的相關(guān)信息。如國(guó)控污染源、監(jiān)測(cè)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(jìn)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(xiàng)目選址等。,19,飛行瀏覽,自定義巡航路線進(jìn)行飛行瀏覽，并且通過自定義飛行參數(shù)進(jìn)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(shí)管理矢量/柵格數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)矢量快速顯示和二、三維矢量聯(lián)動(dòng)等問題；能夠結(jié)合圖形和業(yè)務(wù)的專題屬性，實(shí)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(tái),GoogleEarthWorldWindSkylineGlobeVirtualEarthArcGISExplorer,EV-GlobeUniGlobeSmartEarthVRMapGeoGlobe,國(guó)外三維GIS平臺(tái),1,國(guó)內(nèi)三維GIS平臺(tái),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(guó)SPOTS。特點(diǎn)：GoogleEarth仰仗其強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力和經(jīng)驗(yàn)，以操作簡(jiǎn)單、用戶體驗(yàn)超群的優(yōu)勢(shì)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(gè)版本：個(gè)別免費(fèi)版、Plus版、Pro版以及企業(yè)級(jí)解決方案，用于正在企業(yè)內(nèi)部安排GoogleEarth應(yīng)用。,25,SkylineGlobe個(gè)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(chǎng)景。Skyline具有強(qiáng)大空間信息展示功能，支持交互式繪圖工具，提供三維測(cè)量及地形分析工具，提供數(shù)據(jù)庫(kù)接口支持如Oracle，ArcSDE，擁有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力。產(chǎn)品形式：TerraExplorer、TerraExplorerPro、TerraBuilder、TerraGate。應(yīng)用：中國(guó)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(tái)、黃河可視化防汛預(yù)案管理系統(tǒng)、數(shù)字煙臺(tái)三維城市規(guī)劃信息系統(tǒng)等。,26,WorldWind最強(qiáng)大的開源地理科普軟件,介紹：WorldWind是NASA發(fā)布的一個(gè)開放源代碼的地理科普軟件，它是一個(gè)可視化地球儀，該軟件用C#編寫，調(diào)用微軟SQLServer影像庫(kù)TerrainServer來進(jìn)行全球地形三維顯示。特點(diǎn)：WorldWind最大的特是衛(wèi)星數(shù)據(jù)的主動(dòng)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(gè)完全免費(fèi)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(gè)免費(fèi)的虛擬地球?yàn)g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(jiǎn)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(dá)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(diǎn)：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(guó)內(nèi)三維海量空間信息平臺(tái)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(shí)時(shí)漫游功能，支持三維空間查詢、分析和運(yùn)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(kuò)展。EV-Globe提供距離測(cè)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。可以在EV-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(guó)內(nèi)三維海量空間信息平臺(tái)佼佼者,特點(diǎn)：EV-Globe基于組件式開發(fā)，具備在普通PC機(jī)上就能實(shí)現(xiàn)的海量三維模型和影像流暢地進(jìn)行各項(xiàng)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(tái)如SuperMap，ArcGIS等。EV-Globe功能強(qiáng)大、三維表達(dá)尺度全面，在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了地上、地表、地下、水下信息一體化集成表達(dá)。應(yīng)用：全國(guó)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(guó)石油中長(zhǎng)期油氣管網(wǎng)建設(shè)預(yù)測(cè)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(tái)，主要針對(duì)城市規(guī)劃領(lǐng)域，提供覆蓋規(guī)劃設(shè)計(jì)、展示、評(píng)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(tái)，可以疊加顯示城市面貌、規(guī)劃圖冊(cè)、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(diǎn)：是面向規(guī)劃設(shè)計(jì)師和建筑師的三維輔助設(shè)計(jì)軟件，它將虛擬可視化技術(shù)融入設(shè)計(jì)過程，讓設(shè)計(jì)師在三維環(huán)境下進(jìn)行城市的設(shè)計(jì)、評(píng)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(yùn)動(dòng)編輯，支持火焰、噴泉、爆炸和雨雪等虛擬現(xiàn)實(shí)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(huì)虛擬現(xiàn)實(shí)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(píng)價(jià)系統(tǒng),通用的近場(chǎng)浮射流模型,近場(chǎng)-遠(yuǎn)場(chǎng)無縫耦合,三維水動(dòng)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(jiǎn)便導(dǎo)航技術(shù)的三維虛擬現(xiàn)實(shí)和模擬數(shù)據(jù)可視化。,環(huán)境評(píng)價(jià)：,1,36,香港大學(xué)WATERMAN（創(chuàng)新型環(huán)境知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)）項(xiàng)目之3DEnvironmentalImpactAssessment（EIA，三維環(huán)境影響評(píng)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(píng)價(jià)：,1,37,香港大學(xué)WATERMAN（創(chuàng)新型環(huán)境知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)）項(xiàng)目之3DEnvironmentalImpactAssessment（EIA，三維環(huán)境影響評(píng)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(cè)，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(shì)，依據(jù)這一規(guī)律和演變趨勢(shì)，預(yù)測(cè)未來某段時(shí)間內(nèi)環(huán)境的狀況,環(huán)境模擬與預(yù)測(cè)：,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(huì)經(jīng)濟(jì)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(tái)支持下，以合適的基本評(píng)價(jià)單元，進(jìn)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(kù)，對(duì)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(píng)價(jià)圖層，進(jìn)行疊加分析，得到相關(guān)評(píng)價(jià)的指標(biāo)數(shù)據(jù)，并逐級(jí)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(kù)，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(cè)結(jié)果和環(huán)境現(xiàn)狀的分析，綜合考慮和分析社會(huì)、經(jīng)濟(jì)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(dá)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(duì)比，有助于發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中多余、不協(xié)調(diào)或不可行的內(nèi)容，并方便及時(shí)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(jì)的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計(jì)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(cè)數(shù)據(jù)可以迅速、直觀的表現(xiàn)環(huán)境規(guī)劃的實(shí)施效果，還可以對(duì)實(shí)施進(jìn)度、結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和審核，并能夠適時(shí)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(shí)時(shí)互動(dòng)真實(shí)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(shí)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(jì)階段，可以將方案的設(shè)計(jì)成果展示給決策者或公眾，供其提出修改意見，及時(shí)修正。與傳統(tǒng)的平面的、靜態(tài)的和動(dòng)畫的成果展示方式相比，它是三維的、動(dòng)態(tài)的、交互的和仿真的。他可以任意角度、高度和時(shí)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(tái)系統(tǒng)在三維場(chǎng)景下利用文字、圖片、視頻等手段可對(duì)江西省10個(gè)富有特色的試驗(yàn)示范區(qū)進(jìn)行全面描述，展示近年來試驗(yàn)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(duì)區(qū)域土地和空間資源進(jìn)行合理配置，使人類與所處空間環(huán)境和諧共處。科學(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(jìn)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(shì)、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(chǎng)景中方便的設(shè)計(jì)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(cè)模型計(jì)算出道路交通噪聲、鐵路噪聲、工業(yè)噪聲和機(jī)場(chǎng)噪聲等噪聲源對(duì)城市地圖上各接收點(diǎn)的貢獻(xiàn)值，再采用能量疊加原理得到各接收點(diǎn)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(guó)第一個(gè)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