城市規(guī)劃_2第二章 城市地理信系統(tǒng)基礎(chǔ)理論(第3講)

1、 1.三維地理信息系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用 （1）三維地理信息系統(tǒng)發(fā)展 自20世紀(jì)60年代世界上第一個(gè)GIS -加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS）問世以來，短短40余年，GIS技術(shù)從蹣跚學(xué)步走向了茁壯成長，在土地管理、電力、電信、城市管網(wǎng)、水利、消防、交通以及城市規(guī)劃等領(lǐng)域得到了廣泛、深入的應(yīng)用。但隨著在各行業(yè)的縱深應(yīng)用，GIS技術(shù)開始面臨應(yīng)用“瓶頸” 將現(xiàn)實(shí)世界簡化為平面上二維投影，注定了二維GIS在描述三維空間現(xiàn)象上的無能為力。于是，從E都市、都市圈、城市獵人到Google Earth的橫空出世，三維GIS在帶給人們前所未有的視覺沖擊的同時(shí)，也向人們展示了GIS技術(shù)發(fā)展的新趨向。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2009

2、年中國地理信息產(chǎn)業(yè)總規(guī)模達(dá)到750億元，從業(yè)人員約40萬，從業(yè)機(jī)構(gòu)超過1萬家，一些地理信息技術(shù)與產(chǎn)品已達(dá)到或接近當(dāng)前國際先進(jìn)水平，其中三維地理信息系統(tǒng)發(fā)展 尤其迅猛，以幾何級(jí)的速度增長。目前涉及三維應(yīng)用的行業(yè)和領(lǐng)域多達(dá)四十多個(gè)，僅北京國遙新天地、靈圖、時(shí)空信步等國內(nèi)幾家主流三維軟件廠商就已完成三維項(xiàng)目超過150個(gè)，帶動(dòng)行業(yè)創(chuàng)造產(chǎn)值約20億元人民幣，約占2009年中國空間信息產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的1/10。 三維地理信息系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)緊密聯(lián)系，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展而發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)又稱為VR(virtual reality),是21世紀(jì)的一項(xiàng)高新技術(shù)，是一種高度逼真的模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動(dòng)等行

3、為的人機(jī)交互技術(shù)應(yīng)用范圍非常廣泛，其中包括航空、航天、船舶、鐵道、建筑、土木、科學(xué)可視化、醫(yī)療、軍事、教育、娛樂、藝術(shù)、體育等。特別在娛樂領(lǐng)域的應(yīng)用主要是網(wǎng)絡(luò)游戲幾乎達(dá)到了登峰造極的地步。因此三維地理信息系統(tǒng)在國外又稱為虛擬地理信息系統(tǒng)(VirtualGIS)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用案例1.案例房地產(chǎn)小區(qū)三維虛擬仿真系統(tǒng).exe （2）三維地理信息系統(tǒng)主要應(yīng)用領(lǐng)域 A. 國土規(guī)劃部門：通過建立三維數(shù)字城市地理信息系統(tǒng)能精確看見三維建筑模型的空間分布，使國土規(guī)劃審批更準(zhǔn)確科學(xué)。同時(shí)系統(tǒng)具有靈活的可更新、可擴(kuò)展性，能實(shí)時(shí)建立城市新的規(guī)劃三維模型，實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃成果動(dòng)態(tài)更新，為城市規(guī)劃方案審批、方案比較提供

4、直觀有力的輔助管理；同時(shí)利用規(guī)劃三維模型建立規(guī)劃中的城市三維空間，提供用戶動(dòng)態(tài)模擬城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)的未來現(xiàn)實(shí)景觀效果，提高規(guī)劃管理效率。.案例國土和城市規(guī)劃部門應(yīng)用.flv B.礦山遙感監(jiān)測礦山遙感監(jiān)測 依據(jù)礦產(chǎn)資源開發(fā)多目標(biāo)遙感調(diào)查與監(jiān)測情況，礦產(chǎn)資源規(guī)劃執(zhí)行情況、礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況、礦山地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀等數(shù)據(jù)。構(gòu)建能夠展示、查詢、分析、統(tǒng)計(jì)的礦產(chǎn)資源多目標(biāo)遙感調(diào)查與監(jiān)測成果三維可視化平臺(tái)，充分結(jié)合地理信息系統(tǒng)和遙感方法的多層次、多參數(shù)、多時(shí)相等技術(shù)特點(diǎn)，通過三維GIS平臺(tái)，滿足礦產(chǎn)資源 多 目 標(biāo) 遙 感 調(diào) 查 與 監(jiān) 測 情 況 的 三 維 可 視 化 應(yīng) 用 。 系統(tǒng)主要應(yīng)用于國家及各級(jí)政府

5、的礦區(qū)監(jiān)管部門，使他們能夠適時(shí)地獲取各礦區(qū)作業(yè)點(diǎn)的狀況，形成分析報(bào)告，為維護(hù)礦業(yè)秩序以及綜合整治礦區(qū)環(huán)境提供技術(shù)支撐及決策依據(jù)。查看礦區(qū)的開采面： 查看地質(zhì)災(zāi)害情況： C.煤礦安全監(jiān)控 在礦山基礎(chǔ)信息（位置、資源、開拓、巷道）的基礎(chǔ)上，通過對(duì)煤炭企業(yè)自然狀況的分析（系統(tǒng)），井下人員的定位（人），設(shè)備開停的監(jiān)測甚至包括日后的遠(yuǎn)程控制（物），井下瓦斯的監(jiān)測（環(huán)境），讓企業(yè)的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)可以層層管理，層層控制礦山的安全生產(chǎn)狀況，并可以依據(jù)系統(tǒng)反應(yīng)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況（巷道的掘進(jìn)，工作面的推進(jìn)，設(shè)備的安置）判斷生產(chǎn)作業(yè)是否合理，安全管理制度是否到位（管理和制度）. D.旅游景區(qū)三維地理信息服務(wù)平臺(tái) 可以為旅游景

6、區(qū)搭建一個(gè)展示自然風(fēng)貌、歷史文化景觀的三維網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，為游客提供一個(gè)直觀、動(dòng)感、交互性強(qiáng)、信息內(nèi)容豐富的旅游綜合服務(wù)平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)展示景區(qū)風(fēng)貌、推介旅游產(chǎn)品、提供政府服務(wù)、助力客企對(duì)接的目標(biāo)，從而提升景區(qū)的品牌形象。 E.公安110三維輔助指揮系統(tǒng) 可以實(shí)現(xiàn)公安局110車輛人員指揮調(diào)度，警情實(shí)時(shí)監(jiān)聽和查詢分析，攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控統(tǒng)。該系統(tǒng)為公安局指揮中心快速處理110警情、實(shí)時(shí)了解警力的分布、提高巡邏車輛的調(diào)度效率起到了重要作用。 F. 水利防汛預(yù)案管理 建立一個(gè)由數(shù)據(jù)支持和驅(qū)動(dòng)的、可以在三維場景下進(jìn)行交互使用的、具有水利防汛預(yù)案預(yù)案制作、修改、更新維護(hù)等功能的可視化的防汛預(yù)案管理系統(tǒng)，為防汛減災(zāi)提

7、供直觀的決策支持平臺(tái)，為防汛工作管理、人員管理、部門管理、搶險(xiǎn)隊(duì)伍管理、文檔管理、技術(shù)培訓(xùn)提供技術(shù)保障。 2.基于skyline三維地理信息系統(tǒng)開發(fā)A.三維地理信息系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)簡介 國內(nèi)：北京國遙新天地信息技術(shù)有限公司的EV-Globe、適普軟件有限公司的IMAGIS， 北京超圖公司Supermap,北京靈圖軟件有限公司VRMap 國外：美國Skyline、NASA的World Wind、google公司Google Earth skyline軟件區(qū)別于其他軟件特點(diǎn)： （1）在3D模型的特定區(qū)域建立指向網(wǎng)頁、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫的超級(jí)鏈接， 能夠和硬件設(shè)施進(jìn)行連接，比如與銀行監(jiān)控錄像進(jìn)行連接，應(yīng)用

8、于銀行金融安全服務(wù)；與煤礦瓦斯監(jiān)控設(shè)備鏈接，應(yīng)用于煤礦安全實(shí)時(shí)監(jiān)控；與公安交警監(jiān)控錄像鏈接，進(jìn)行城市公共交通進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，這是目前其他軟件系統(tǒng)所不具備的。 （2）通過Intranet/Internet進(jìn)行3D數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)并發(fā)傳輸和訪問； （3）強(qiáng)大二次開發(fā)功能：TerraExplorer Pro API 和Active X控件集 lSkyline主要軟件模塊簡介(相關(guān)軟件和詳細(xì)學(xué)習(xí)資料可以互相交流）l（1）TerraBuilderTerraBuilder：通過疊加航片、衛(wèi)星影像、地形數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型以及各種矢量地理數(shù)據(jù)，可以迅速創(chuàng)建海量3D地形數(shù)據(jù)庫，輸出為mpt文件。l（2）TerraExp

9、lorer ProTerraExplorer Pro ：TerraExplorer Pro提供3D編輯器，用于創(chuàng)建、輸入、處理和編輯3D模型中的現(xiàn)有和新建對(duì)象?？梢詮臉?biāo)準(zhǔn)GIS文件和空間數(shù)據(jù)庫中輸入各種地形疊加所需要的信息，如文本、標(biāo)注、圖素、2D和3D實(shí)體、動(dòng)畫，結(jié)果輸出為fly文件。TerraExplorer Pro系列產(chǎn)品包含豐富的工具集和擴(kuò)展組件。利用TerraExplorer API函數(shù)進(jìn)行二次開發(fā)。（c+,c#,vbscript,javascript)l（3） TerraGateTerraGate :是一種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器技術(shù)，它能夠現(xiàn)時(shí)傳送3D地理數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)三維應(yīng)用程序網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)在線

10、發(fā)布。B.基于skyline的三維地理信息系統(tǒng)開發(fā)（以數(shù)字天津三維地理信息系統(tǒng)為例）（1）系統(tǒng)建設(shè)意義：l 1.1 城市規(guī)劃管理和監(jiān)管：城市規(guī)劃管理部門可以通過數(shù)字西安三維景觀平臺(tái)全面、直觀、及時(shí)地了解整個(gè)城市的發(fā)展動(dòng)態(tài)，為總體規(guī)劃提供準(zhǔn)確的、直觀的圖形圖像數(shù)據(jù)。l 1.2電力線路設(shè)計(jì)： 在電路選線方面，路徑設(shè)計(jì)要具有前瞻性。設(shè)計(jì)人員可以在三維立體可視環(huán)境下進(jìn)行交互式電力選線、路徑優(yōu)選和三維設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際情況適時(shí)調(diào)整優(yōu)化線路路徑方案。l 1.3住宅、房地產(chǎn)管理： 在數(shù)字天津三維地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)中，所有的樓盤信息、房源情況、房屋、小區(qū)環(huán)境及其周邊的規(guī)劃、交通、環(huán)保和市政設(shè)施等相關(guān)信息等都包含在三

11、維景觀中?？梢赃M(jìn)行面積量算，距離查詢，舊房改造成本計(jì)算。 1.4城市三維公共空間地理信息平臺(tái)l以三維地理信息系統(tǒng)為平臺(tái)加載各種專題應(yīng)用信息并集成城市專業(yè)信息系統(tǒng)，如規(guī)劃管理信息系統(tǒng)、房產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、綜合管線信息系統(tǒng)、基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)、智能社區(qū)、110報(bào)警系統(tǒng)、城市旅游信息系統(tǒng)等。l（2）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)l 2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則：l 先進(jìn)性原則：采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)、建設(shè)方案、軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)一體化管理。l 實(shí)用性原則：系統(tǒng)采用通用的Windows操作系統(tǒng)，絕大多數(shù)的設(shè)置，操作和界面都簡單易懂l 安全性和完整性原則：系統(tǒng)采用SQ1Server2000數(shù)據(jù)庫管理軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)

12、據(jù)庫系統(tǒng)的安全性和完整性。l 2.2系統(tǒng)軟件配置 開發(fā)語言選擇：c#l 數(shù)據(jù)庫管理軟件:SQL server2000l 空間數(shù)據(jù)庫引擎:ArcSDEl 系統(tǒng)開發(fā)軟件:采用ArcGIS Engine9.2作為系統(tǒng)二維開發(fā)平臺(tái)，采用TerraDeveloper5.1作為三維GIS開發(fā)平臺(tái)。l 軟硬件布置圖：l 2.3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 2.4系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu) 2.5 平臺(tái)接口設(shè)計(jì)l（1）二三維空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)接口：在數(shù)據(jù)建庫過程中依據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的文檔規(guī)定建立地理空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫結(jié)l構(gòu)以及模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在確定關(guān)鍵字段的同時(shí)規(guī)定關(guān)鍵字段的編碼方案，保證關(guān)鍵字段的唯一性。l（2）軟件接口設(shè)計(jì)：對(duì)于二維數(shù)據(jù)，

13、通過ArcGIS Engine訪問ArcGIS Server發(fā)布的地圖服務(wù);對(duì)于三維數(shù)據(jù)，通過TerraDeveloper訪問TerraGate發(fā)布的三維場景。 （3）三維場景的構(gòu)建 具體構(gòu)建過程：l (1)獲取三維場景構(gòu)建所需要的數(shù)據(jù)，采集場景所需各類航片、衛(wèi)星影像、DEM.建筑物結(jié)構(gòu)、建筑物紋理數(shù)據(jù)。l (2)將獲取的三維場景數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括DEM糾錯(cuò)，影像的拼接、融合,建筑物3DMAX模型格式轉(zhuǎn)化和處理，。l (3)將處理過的各類航片或衛(wèi)星影像以及高程數(shù)據(jù)(DEM)以文件方式加載到TerraBuilde中，并按照要求進(jìn)行邊緣處理、羽化等操作;l (4)采用TerraBuilder生成M

14、PT格式的文件，形成TerraExplorer Pro所需要的“數(shù)字地球”三維地形場景;l (5)在TerraExplorer pr。中，導(dǎo)入“數(shù)字地球”三維地形場景，通過連接空間數(shù)據(jù)庫，根據(jù)需要在TerraExplorerPro中疊加二維矢量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行標(biāo)注、配色等;l (6)在TerraExplorer pro中，導(dǎo)入三維建筑模型數(shù)據(jù)，并進(jìn)行位置、大小、方位調(diào)整;l對(duì)上述三維工程進(jìn)行打包，最終生成FLY格式的工程文件。 （4）三維地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)l本系統(tǒng)利用c#程序設(shè)計(jì)語言，采用ArcObjects作為GIS開發(fā)的基礎(chǔ)控件和組件、TerraDeveloper5.1作為三維GIS開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了三維基本操作、信息查詢、空間分析、三維漫游等功能。l部分代碼如下所示：（參看相關(guān)網(wǎng)站http:/ (5)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)l 數(shù)字天津三地維理信息系統(tǒng)啟動(dòng)界面根據(jù)權(quán)限設(shè)置登陸界面，主界面分為四部分，分別是三維導(dǎo)航及信息檢索面板、工具欄、視圖區(qū)以及鷹眼視圖。程序功能演示.案例數(shù)字天津三維地理信息系統(tǒng)Releasesk