三维GIS-三维分析

1三维GIS整体介绍三维地理信息系统（3DGIS）是一种能够以三维形式呈现地理信息的技术和工具。

它借助计算机技术和地理信息系统的理论与方法，将地球表面上的地理现象以立体形式进行模拟和展示，从而提供全新的视觉化和交互式的空间分析和决策支持。

三维GIS具有以下几个特点：1.空间数据模拟：三维GIS能够以高精度和高真实感的方式模拟地球表面上的地理现象。

它可以将地形、地下管网、建筑物、植被等各种空间要素以三维模型的方式进行展示，使用户能够更好地理解和认知地理空间关系。

2.空间分析功能：三维GIS提供一系列的空间分析功能，如可视域分析、遮挡分析、剖面分析等。

这些功能可以帮助用户从多个角度和维度对地理现象进行研究和分析，发现潜在的规律和问题。

4.可视化展示和表达：三维GIS通过丰富多样的可视化方式，将地理信息以直观生动的形式进行展示。

用户可以通过漫游、放大、缩小等操作，探索和感知地理空间的特征和细节，提高对空间信息的理解和认知。

三维GIS在许多领域都有广泛的应用，如城市规划、环境保护、交通管理、灾害预防等。

在城市规划中，三维GIS可以帮助规划师更好地理解城市的空间布局和形态，评估规划方案的可行性和影响。

在环境保护方面，三维GIS可以监测和分析环境污染源的分布和扩散情况，优化环境管理和治理措施。

在交通管理中，三维GIS可以模拟和分析交通流量，提供实时交通信息和路线规划服务。

在灾害预防中，三维GIS可以模拟和预测灾害风险，指导灾害应对和减灾工作。

总之，三维GIS是一种强大的技术和工具，可以帮助我们更好地理解和管理地理空间。

它能够以真实感和可视化的方式展示地理信息，提供丰富多样的空间分析和决策支持功能。

随着技术的不断发展，三维GIS将在更多领域发挥重要作用，为我们的生活和工作带来更多的便利和效益。

第九章三维分析相当长的一段时间里，由于GIS理论方法及计算机软硬件技术所限，GIS以描述二维空间为主，同时发展了较为成熟的基于二维空间信息的分析方法。

但是将三维事物以二维的方式来表示，具有很大的局限性。

在以二维方式描述一些三维的自然现象时，不能精确地反映、分析和显示有关信息，致使大量的三维甚至多维空间信息无法加以充分利用。

随着GIS技术以及计算机软硬件技术的进一步发展，三维空间分析技术逐步走向成熟。

三维空间分析相比二维分析，更注重对第三维信息的分析。

其中第三维信息不只是地形高程信息，已经逐步扩展到其它更多研究领域，如降雨量、气温等。

ArcGIS具有一个能为三维可视化、三维分析以及表面生成提供高级分析功能的扩展模块3D Analyst，可以用它来创建动态三维模型和交互式地图，从而更好地实现地理数据的可视化和分析处理。

利用三维分析扩展模块可以进行三维视线分析和创建表面模型（如TIN）。

任何ArcGIS 的标准数据格式，不论二维数据还是三维数据都可通过属性值以三维形式来显示。

例如，可以把平面二维图形突出显示成三维结构、线生成墙、点生成线。

因此，不用创建新的数据就可以建立高度交互性和可操作性的场景。

如果是具有三维坐标的数据，利用该模块可以把数据准确地放置在三维空间中。

ArcScene是ArcGIS三维分析模块3D Analyst所提供的一个三维场景工具，它可以更加高效地管理三维GIS数据、进行三维分析、创建三维要素以及建立具有三维场景属性的图层。

此外，还可以利用ArcGlobe模型从全球的角度显示数据，无缝、快速地得到无限量的虚拟地理信息。

ArcGlobe能够智能化地处理栅格、矢量和地形数据集，从区域尺度到全球尺度来显示数据，超越了传统的二维制图。

利用交互式制图工具，可以在任何比例尺下进行数据筛选、查询和分析，或者把比例尺放大到合适的程度来显示感兴趣区域的高分辨率空间数据，例如航空相片的细节。

本章主要介绍如何利用ArcGIS三维分析模块进行创建表面、进行各种表面分析及在ArcScene中数据的三维可视化。

《三维GIS开发》第3章ArcScene三维建模朱军西南交通大学地球科学与环境工程学院1以三维方式查看属性数据•数据转换：2D数据转换为3D •根据表面生成等值线可视性分析\剖面图最陡坡降路径•生成最陡坡降路径•Steepestdescent tool•creates a graphicon the view•以三维形式显示最陡坡降路径•graphic can beviewed in 3D计算坡度、坡向属性数据三维可视化•Feature extrusion single attributedisplayp ymultiple attributedisplayDEM 数据3维显示维的形式•河流•道路•卫片、航片•目前已有硬件显示设设备可以根据DEM数据实现真实三维效果•统计数据、建筑物高度在地形表面上叠加影像工具条上的右侧的窗口中，释放标准工具条上的文工具条上在地形表面上叠加影像在地形表面上叠加影像图层的复选框，Zoom ToProperties。

内容表上，右击tin1，右击内容表上，右击Paste Layer(s)。

的左上角，向右下角拖出一图。

式提示：在正射图中，拉伸点是看不到的。

Bookmarks，，。

以增大立体照片间距离，或向左来减少间距。

增加场景对象相对于观察者的运动，或向左选背景颜色使可视化效果更逼真垂直拉伸突出了表面的变化从不同的角度照亮场景14 改变场景照明使用3D Effects工具条SceneScene15 改变场景范围17 选择场景中的要素17 选择场景中的要素Apply a buffer to the features1 导出场景下拉。

上机练习5 3D Analysis目标目标：：利用ArcGIS 的三维空间分析功能，计算工程中的土方量，产生纵剖面，计算道路在地形表面的实际长度，计算针对某个参考平面（如水位面）的之上或之下的表面积和体积，如某山体的土方量、某水库的库容或某湖塘的容量。

数据数据：：a ．现状等高线（线状，cnt_ext.shp ），用于计算工程实施前的土方量。

b ．设计等高线（线状，cnt_dsn.shp ），用于计算工程实施后的土方量。

c ．边界（面状，bound.shp ），用于界定分析的空间范围（extent ）。

d ．观察道路（线状，road_view.shp ），用于产生三维剖面图。

e ．规划湖塘区域（栅格，grid_lake ），用于计算规划湖塘区域的容量。

f ．规划湖塘边界（线状，lake_line.shp ），仅用于显示规划湖塘的界线，不参与计算。

一、由等高线由等高线创建创建创建不规则三角网不规则三角网不规则三角网（（TIN ）1．运行ArcMap ，创建空地图，加载3D Analyst 和Spatial Analyst 模块，如果两模块未能激活，点击Tools 菜单下的Extensions ，勾选3D Analyst 和Spatial Analyst 前的复选框，点击Close 按钮。

再加载3D Analyst 和Spatial Analyst 工具条。

2．使用标准工具条中的线，并作为剪切边界），标志值字段选为None 。

最后指定输出TIN 文件的路径和文件名，如F:\Spatial Analysis\Exercises \ex04\tin_ext （如图2）。

输出的TIN 格式的文件将自动加载到当前的数据组中（图3）。

7．用与上一步同样的方法，为设计的等高线创建TIN 。

不同的是，勾选的数据层是“设计等高线”，输出的文件名设为tin_dsn 。

输出结果见图4。

图1图2图3 图4二、计算按计算按照照设计设计进行进行进行工程工程工程实施实施实施的挖填方量的挖填方量1．选择3D Analyst 工具条的Surface Analysis—>Cut/Fill…（计算挖填方）命令，弹出Cut/Fill 对话框。

三维GIS三维分析三维GIS（Geographic Information System）是指在地理信息系统的基础上，增加了对地理空间的第三维度（即高度）的支持和分析。

三维GIS可以帮助用户更好地理解和分析地理现象，使其在城市规划、地质勘探、气象预测等领域发挥重要作用。

首先，三维空间查询是指基于三维空间进行的地理查询。

传统的二维GIS只能进行二维地理查询，无法满足对三维地理对象的查询需求。

而三维GIS可以实现对三维地理对象的查询，如在一个三维建筑模型中查询其中一楼层的房间数量、面积等信息，或者在一个三维地质模型中查询其中一地质层的厚度、倾角等信息。

其次，三维交互分析是指通过与三维地理对象的交互来进行地理分析。

传统的二维GIS只能对二维地理对象进行分析，无法直观地进行三维分析。

而三维GIS可以通过三维地理对象的旋转、放大、缩小等操作，实现对其进行分析。

例如，在一个三维城市模型中进行交通流量分析，可以通过旋转模型来观察不同角度的交通情况，从而得出更全面的分析结论。

最后，三维可视化是指将地理数据以三维形式呈现出来，使用户可以直观地观察地理现象。

传统的二维GIS只能以平面地图的形式显示地理数据，无法呈现真实的三维效果。

而三维GIS可以通过虚拟现实技术，将地理数据以立体的形式呈现出来。

例如，在一个三维地质模型中，可以通过颜色的变化来表示地质属性的不同，通过立体的地形图来展示山脉的高低起伏，从而帮助用户更好地理解地质现象。

总结起来，三维GIS的三维分析功能可以帮助用户更好地理解和分析地理现象。

它不仅增加了对地理空间的第三维度的支持，还改善了地理分析的直观性和准确性。

无论是在城市规划、地质勘探还是气象预测等领域，三维GIS都具有重要的应用价值。

随着科技的不断进步，三维GIS在未来将会得到更广泛的应用。

1 三维GIS的定义从不同的角度出发，GIS有三种定义：①基于工具箱的定义，认为GIS是一个从现实世界采集、存贮、转换、显示空间数据的工具集合；②数据库定义，认为GIS是一个数据库系统，在数据库里的大多数数据能被索引和操作，以回答各种各样的问题；③基于组织机构的定义，认为GIS是一个功能集合，能够存贮、检索、操作和显示地理数据，是一个集数据库、专家和持续经济支持的机构团体和组织结构，提供解决环境问题的各种决策支持。

基于工具箱的定义强调对地理数据的各种操作，基于数据库的定义强调用来处理空间数据的数据组织的差异，而基于组织的定义强调机构和人在处理空间信息上的作用，而不是他们需要的工具的作用。

TURNER认为“Geographical Information System”主要用来区分纯粹的二维GIS 与三维GIS[2]，为强调在三维任务如地质或地貌应用上的扩展，人们创造了术语“Geoscientific Information System”(GSIS)[28]。

后来这个词被修改为一个缩写形式“Geo-Information System”(GIS)[24][28]。

为区分三维GIS与现今世界上比较成熟的流行的各种二维商业GIS，这里倾向于BREUNIG的观点[28]，用GIS指代“Geo-Information System”，认为三维GIS是布满整个三维空间的GIS，与传统的基于平面的二维GIS或2.5维GIS明显不同，尤其体现在空间位置与拓扑关系的描述及空间分析的伸展方向上。

三维GIS加上时间维方面的处理即为四维GIS。

2三维GIS的特点在三维GIS中，空间目标通过X、Y、Z三个坐标轴来定义，它与二维GIS中定义在二维平面上的目标具有完全不同的性质。

在目前二维GIS中已存在的0，1，2维空间要素必须进行三维扩展，在几何表示中增加三维信息，同时增加三维要素来表示体目标[9]。

空间目标通过三维坐标定义使得空间关系也不同于二维GIS，其复杂程度更高。

第⼗四章：ArcGIS三维分析 ArcGIS具有⼀个能为三维可视化、三维分析以及表⾯⽣成提供⾼级分析功能的扩展模块“3D Analyst”,可以⽤它来创建动态三维模型和交互式地图，从⽽更好地实现地理数据的可视化和分析模型。

⼀、ArcGIS三维分析概述 ArcGIS三维分析模块主要提供了基于表⾯⾼程数据的数据三维可视化和三维地理空间分析功能。

通过此模块可创建栅格表⾯、进⾏插值、⽣成TIN和进⾏表⾯分析等。

1.三维分析基础 地理空间系统的三维分析多是在数字⾼程模型（Digital Elevation Model简称DEM）上进⾏的。

①表⾯与表⾯模型 ②栅格表⾯：栅格表⾯通常存储在格⽹（GRID）格式中。

格⽹由⼀组⼤⼩均⼀、具有z值的矩形单元构成。

栅格单元越⼩，格⽹表⽰的空间精度越⾼。

③TIN表⾯：不规则三⾓⽹（TIN）是表达表⾯的⼀种有效⽅法，它由不规则分布的数据点连成的三⾓⽹组成，三⾓形的形状和⼤⼩取决于不规则分布的观测点或称节点的密度和位置。

2.ArcGIS三维分析平台与模块简介 使⽤ArcMap平台可以建⽴三维数据，包括建⽴创建和修改TIN数据、插值⽣成栅格数据等，也可以对数据进⾏表⾯查询、分析以及各种表⾯积或体积的计算等，还能对数据进⾏转换、重分类等等操作。

使⽤ArcCatalog可以浏览并管理三维数据。

另外，ArcGIS软件体系还有两种平台——ArcScene和ArcGlobe来显⽰和表达三维数据或场景。

3.ArcGIS三维分析⼯具的激活与添加（⼯具-扩展-勾选3D Analyst） ⼀般默认情况下，在ArcMap、ArcCatalog和ArcScene中三维扩展分析⼯具都是出于未激活的状态。

①激活⼯具②添加⼯具⼆、三维表⾯模型的建⽴ 真实的表⾯是连续变化的，即表⾯包含⽆数个点，所以⼀般情况下，不可能对所有点的z值进⾏度量和记录。

表⾯模型允许⽤户在GIS对表⾯信息进⾏存储。

表⾯模型通过对表⾯上不同位置的点进⾏采样，进⽽对采样点进⾏插值，对表⾯进⾏模拟和近似的拟合，即利⽤有限⽬的样本点来估计未知样本点的值，从⽽形成整个表⾯。

工程测量中的三维GIS技术分析摘要：随着我国科学技术的不断发展和积极应用，社会各界的经营模式在原有基础上发生了巨大变化，各行业的工作模式也发生了巨大突破和发展。

其中，工程测绘工作在许多项目中具有重要价值，GIS技术的发展和创新也充分保证了这项工作的质量。

在这个新时代，GIS技术的应用已经成为时代发展的重要组成部分，越来越多的项目正在积极应用这一先进技术，以提高相关数据的准确性。

文章分析总结了目前GIS技术的主要特点及其在工程测量中的作用，旨在推广这项新技术，鼓励相关领域的工作人员积极应用，提高工作效率。

关键词：工程测量；三维GIS；技术分析1地理信息系统GIS综述1.1地理信息系统的概念地理信息系统是地理空间科学中一种重要的信息采集、处理和显示技术，在信息获取的准确性和应用的便利性方面具有很大的优势。

它可以更好地为地理空间科学的总体规划和信息发展提供重要的数据参考。

在地理信息系统中，计算机和云计算主要用于实现数据的综合统计和分析。

在数学模型建立和地理空间坐标转换方面，可以实现快速准确的处理，为有效建立三维地理空间模型和促进地理信息技术发展做出了重要贡献。

在地理工程测绘领域，3S技术已成为一种极具优势的应用手段，GIS系统中出色的数据集成为其他技术提供了更好的参考和保障。

1.2地理信息系统的功能进入GIS系统的地理空间参数信息的形式和类别更加多样，包括野外空间的地形地貌、城市地区的资源勘探和路线分布等。

系统内的综合数据量非常大，可以更好地为技术人员提供搜索和参考。

目前，在许多城市的地下管线规划和新区开发建设中，有必要利用GIS系统提前对模型进行检测和碰撞测试，这对提高规划决策方案的科学性具有重要意义。

在GIS系统中，还可以通过多点连接实现快速映射，有效避免了手工处理中的不精确和低效问题。

它在信息输入、存储和检索过程中也更加高效和方便。

这些优势符合测绘工程对精度的要求，也为测绘工程信息网络的建立提供了可靠的保障。