浅析地理信息系统三维城市建模的应用 李彬源

沟谷密度由单位面积上沟谷线总长度决 定：
D L / A
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（10）地表辐照度
计算辐照度需考虑日照条件（太阳赤纬、高度角、时 角及大气状况）与坡面几何条件的相互关系由下式决
定： E S s S c i a c n t a b o s t c i s n s o S i
反映某一面积单元内地势伏变化的复杂 程度，是地表面积与投影面积之比：
RA 实 /A 坡 nse R ic A i/ nA i
i 1
i 1
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（8）坡面形态
根据相邻网格点上的坡度和坡向之间的 逻辑关系，可以判断坡形的凹凸变化情 况，确定沟谷线、山脊和鞍部的位置， 划分流域范围。
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（9）沟谷密度
1） 边界表示法
2） 空间实体枚举法
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八叉树适合矿产管理：
1） 它能表示任何不规则的或具有断裂面 的地理实体；
2） 它能在同一数据结构中存贮几何和基 本的地质信息；
3） 它同样能对不均质的地理实体的内部 进行描述。
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一个三维GIS的原型
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IVM（Interactive Volume Modeling）系统
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SGM（Stratigraphic Geo-cellular Modeling）系统
1、 地层模型 2、 探井模型 3、 属性模型 1） 为用户提供了精确定义地质模型和根据序列或层边界分布来
内插属性值的能力 2） 每个格网要赋予与多达100项属性； 3） 具有过滤功能。
Stratamodel Co.
·提供录活的图形、图像 输出功能，可输出线划 图，影像图和三维景观 图。
·系统的输出可直接与众 多的GIS系统连接，如： Arc/into 、 GeoStar 和 MAPFIS等。

三维重建技术在城市规划中的应用有哪些？一、提供精确的地理信息数据三维重建技术能够通过高精度的测量和建模，提供城市规划所需的精确地理信息数据。

利用激光雷达扫描和卫星遥感技术，可以获取到城市区域的地形、建筑物、道路等各种地理要素的准确位置、空间分布和尺寸。

这些数据可以被用于规划师们进行城市规划、土地利用规划以及城市交通网络规划等工作。

通过三维重建技术，规划师们可以更加全面地了解城市的地貌、地势和各种地理特征，为城市规划提供科学依据。

二、辅助可视化决策三维重建技术的应用还可以帮助城市规划师们实现可视化决策。

利用三维模型，规划师们可以将理念和想法形象化地展现出来，让决策者们更直观地了解城市规划的效果和潜在问题。

通过虚拟现实技术，规划师们可以在虚拟环境中进行漫游和体验，模拟不同规划方案的视觉效果，以便更好地评估和决策。

这有助于降低规划决策的风险和误差，提高规划决策的科学性和合理性。

三、支持城市设计与改造三维重建技术在城市规划中也起到了重要的支持作用。

利用三维模型，城市设计师们可以更好地进行城市的设计与改造工作。

通过虚拟模型，设计师们可以对不同的城市设计方案进行比较和分析，找出最佳的设计方案。

同时，三维重建技术还可以模拟城市在不同时间尺度下的发展情况，帮助设计师们预测城市未来的发展趋势，为城市设计提供科学支持。

四、支持城市管理与应急响应三维重建技术在城市管理和应急响应中也有重要的应用。

利用三维模型，城市管理者们可以更好地进行城市资源的管理和优化。

通过对城市模型的分析，可以发现城市中的短板和潜在问题，并采取相应的措施加以改进。

此外，三维重建技术还可以用于城市的安全防范和应急响应。

通过建立真实的三维模型，城市管理者们可以更好地了解城市的安全风险，并在应急事件发生时迅速做出反应，提高城市的应急响应能力。

五、促进城市规划与智慧城市建设的融合三维重建技术的应用还可以促进城市规划与智慧城市建设的融合发展。

智慧城市建设倡导利用信息技术和通信技术来提升城市的管理和服务水平。

城市地理信息系统建设与应用城市地理信息系统（Urban Geographic Information System，简称UGIS）是一种利用计算机和地理信息技术，对城市地理信息进行采集、存储、管理、处理和分析的系统。

它能够帮助城市规划、管理者和决策者进行准确、高效地分析和决策，实现城市的可持续发展。

一、城市地理信息系统的建设城市地理信息系统的建设需要进行以下几个关键步骤：1. 数据采集与处理：数据采集是城市地理信息系统建设的基础。

通过无人机、卫星遥感、测绘等技术手段，可以获取到城市的地形、道路、建筑物等信息。

采集到的原始数据需要进行预处理、格式转换和质量控制等工作，以确保数据的准确性和完整性。

2. 数据存储与管理：城市地理信息系统需要一个强大的数据库来储存和管理海量的地理数据。

常见的数据库管理系统如Oracle Spatial、MySQL Spatial和PostGIS等。

这些数据库不仅能够高效地存储地理数据，还能够支持空间查询和分析等功能。

3. 空间分析与模型构建：城市地理信息系统可以进行各种空间分析，如缓冲区分析、路径分析和空间插值等。

同时，还可以基于空间数据构建各种模型，如交通模型、环境模型和土地利用模型等，以帮助城市规划和管理。

4. 地图制作与可视化：城市地理信息系统能够将地理数据通过地图的形式进行展示和可视化，以便用户更直观地理解城市的空间分布情况。

地图制作需要注重图例的设计、颜色搭配和比例尺的选择，以提高地图的可读性和美观度。

二、城市地理信息系统的应用城市地理信息系统在城市规划、交通管理、环境保护和应急管理等方面有着广泛的应用：1. 城市规划：城市地理信息系统可以帮助城市规划师进行土地利用分析、景观评价和规划方案的制定等工作。

通过空间分析和模型构建，可以模拟城市发展的趋势和影响，为规划决策提供科学依据。

2. 交通管理：城市地理信息系统可以对道路网络进行分析和优化。

通过交通流量、拥堵情况和交通事故等数据的分析，可以帮助交通管理部门制定交通管控措施，提高交通运输的效率和安全性。

三维城市建模技术城市是现代文明的中心，迅速加快城市化进程已经使城市的可持续发展显得至关重要，城市空间的管理已经不满足现在分散、单一的模式，需要对城市空间范围内的地上和地下信息进行综合管理，通过建设城市区域三维地理信息系统，对城市的空间信息进行综合管理和服务，才能够满足当前城市快速发展所面临的应用需要。

城市区域三维GIS是一个涵盖地表、地上、地下等多维空间信息的三维地理信息系统，在城市区域三维GIS的支持下，我们可以在一个统一的时空框架下对城市地表以上、地球表面及地下进行整体的真3D可视化表达、管理、更新、查询、分析与操纵。

由此可见，城市区域三维GIS的实质是真三维GIS技术在城市工作中的应用，是综合使用三维GIS技术、遥感技术、空间数据库技术、三维可视化技术及计算机网络技术，实现对城市地物、地表、地质及其相关数据的有效存储、管理可视化再现与网络化服务。

三维城市模型，建立真实与虚拟世界间的桥梁，在历史演变中，传统制图技术运用于地图测绘以展现土地利用的状态，二维平面资料难充分发挥地图的功能，但对于三度空间世界的描述仍然不足，随着科技的发展，测绘技术演变至三维，通过新的测量技术可获取真实世界中各物体精确的几何资讯，包含位置、形状与大小等，进而建立三维虚拟城市模型，再者，数字化的三维虚拟世界，充满无限的可能，例如不受物理的限制随意于空间中各个位置与角度观察周边的环境，这些视觉上的经验难以在现实生活中得到，因此，虚拟的三维数字城市是忠实呈现真实世界重要的途径之一。

在专业应用上，由于三维数字城市为真实世界的缩影，故可用于决策支援，比如区域规划、都市更新、灾害防治等等。

数字形式表示地理空间成为热点,数字省市、数字城镇已经成为世界各国发达省市和地区21世纪的发展战略,成为争先抢占科技、产业和经济的制高点之一。

在构建数字城市的过程中,城市三维景观建模是一个重要的组成部分,是摄影测量与遥感、地理信息系统及计算机科学等学科的研究内容之一。

城市三维地理信息系统设计与实现初探城市三维地理信息系统是在传统的二维地理信息系统的GIS分析功能基础上，结合了城市虚拟景观的三维场景浏览功能，因此，在城市规划、市政管理等方面具有相当广泛的应用前景。

在对城市三维地理信息系统及其数据进行总结的基础上，深入探讨城市三维地理信息系统的设计及其在城市规划中的应用。

标签：城市三维地理信息系统设计实现城市是人类活动最密集的区域，也是地理信息系统研究与运用领域的一个重要方面，城市三维可视化已广泛应用于城市规划、工程设计、环境保护、灾害防治等领域，城市三维可视化表达也是当今“数字城市”一个重要表现手段。

1城市三维地理信息系统及其数据内容1.1城市三维地理信息系统城市三维地理信息系统是指能对城市区域内空间对象进行真三维描述、可视化和分析管理的地理信息系统。

城市三维地理信息系统是一套完整的GIS系统，它不仅具有城市三维虚拟景观浏览功能，让用户在真三维的仿真城市中进行漫游和飞行，还应具有以下功能：（1）三维数据管理，主要包括三维数据入库、质量检查、坐标转换、空间和数据查询以及与其他系统数据的无缝转换等功能。

（2）三维场景交互，是指对场景中三维对象交互地进行三维空间浏览、选择、查询操作。

（3）三维空间分析，主要包括根据三维场景中的地形和模型的几何特征，进行基于模型或者场景的三维空间量算，通视分析，日照分析等三维空间分析操作。

1.2城市三维空间数据采集三维数据采集主要有两大类：一类是场景数据。

一般采用高分辨率卫星遥感影像或航空影像数据.通过和数字高程模型（DEM）叠加。

生成三维地面模型，一般用于城市建成区外围的场景建设，形成三维城市外围环境模型，为城市建设宏观布局服务；第二类是建筑物三维数据，这是城市最主要组成部分，也是人们最关注的部分，人们希望在三维模型里能够对建筑物进行查询、分析，甚至能够管理到建筑物内部空间组成，利用其查询、分析功能同其它专题属性信息进行链接。

三维数据采集的一般流程如图1：2城市三维地理信息系统设计为更好的将城市三维地理新系统应用于城市规划设计和辅助决策，下面将详细阐述该系统的设计及主要功能.2.1城市三维地理信息系统架构整个系统可分为三个主要层次，如图2所示：2.1.1数据层数据层包含了城市三维地理信息系统中所需的所有二维基础地理数据库、影像数据库、三维城市模型数据库和场景中所需的小品模型数据，由于系统三维场景包含的数据内容较多，为了优化模型，加快三维场景的加载速度和浏览的流畅度，通常把场景中所需的模型进行优化处理后，并按照一定的层次结构组织成三维场景，供三维地理信息基础平台调用。

三维GIS研发思路可归纳为两种: (1)由于三维GIS首先要将地理数据变为可见的地理信息,因
此人们从三维可视化领域向三维GIS系统扩展,这一点同早期 的二维GIS来源于计算机制图管理一样,是从可视化角度出发 的.
(2)GIS需要存储和管理大量的空间信息和属性信息,因此 人们又从数据库的角度出发向三维GIS发展.他们从商用数据 库向非标准应用领域扩展,将三维空间信息的管理融入 RDBMS中,或是从底层开发全新的面向空间的OODBMS, 一 个新的发展方向是将三维可视化与三维空间对象管理藕合起 来,形成集成系统.
上世纪八十年代末以来，空间信息三维可视化技术成 为业界研究的热点并以惊人的速度迅速发展起来 国外产品：Google Earth
Skyline World Wind（NASA） Virtual Earth(微软) ArcGIS Explorer(ESRI) 国内产品：EV-Globe （北京国遥新天地） GeoGlobe（武大吉奥） VRMap（北京灵图） IMAGIS（适普）
6.面面关系的建立 确立面面关系,主要是进行面面求交计算,得到新 面与结线。在结线的面表中加入有关面元,在面元的结 线表中加入有关线,这样进一步确立了线面关系,也得 到了面面关系。 7.体的生成 类似于二维中面的生成,按算法搜索闭合空间即构 成一个体元。体元生成后体与面的关系也已经存在。 这时可以进行体与体之间的拓扑关系(如包含关系)的 生成。这里体的搜索按空体进行,对于实体用填充方法 由空体得到
3D空间构模法分类 Tab.1 The space mold method classification
“构成”是指上一级元素由下一级元素组成“,结线” 是指多个面以此线为公共交线“,公共面”是指相邻两个 体元素以此面作为公用面。“按算法生成”是指在许多 情况下,一个曲面由输入的线生成比较困难,而由点如 用TEN(四面体格网)进行构造生成一个曲面。“插值” 是对不均匀体按已有点进行插值用来表达不均匀体的 空间特性,这些点按相邻关系连接组成一个空间树形。

ArcGIS Server
统一的海量数据存储与管理
Geodatabase 影像 地形 矢量 标注
规则和行为
3D模型
……File GDB、Personal GDB、ArcSDE
高效的场景创建与可视化
场景创建
• 仅仅设定一些加载和显示模式即可
• 二维数据直接加载
• 二维和三维场景相同符号库 – 符号库、填充库、线型库
2012Esri中国开发者大会
便捷的数据获取与处理
数据导出： Collad *.dae
3D Studio *.3ds CityGML *.gml VRML / GeoVRML 2.0 *.wrl AutoCAD *.dwg Goolge *.KML
2012Esri中国开发者大会
便捷的数据获取与处理
服务发布
数据获取
应用开发
存储管理
空间分析
可视化
创建规则
• 建筑物
基于GIS数据建模方案
1、二维数据转换为三维数据 2、创建三维数字城市 3、数据在ArGIS中应用和展示
三维设计工具
• 三维设计工具
– 在三维中可持续城市规划
– 地理设计(Geodesign)
ModernStreets 高度灵活，便于后期调整
规划设计
规划未来蓝图
– 设计规划与方案对比
矿井逃生分析
矿业瓦斯动态监测信息系统
瓦斯扩散分析
地质三维GIS系统
地质体建模
可用资源
•
微博(sina)
-
/arcgis3dgis
•
博客(3snews)
-
/space.php?uid=53325
总结
•

三维地理信息系统开发初探摘要：本文通过对国内外现有的三维平台进行仔细的对比与分析，总结出了各平台所存在的问题。

经过初步探究，对这些问题提出了一些解决方法，使用这些解决方法并利用OSG平台就可以初步实现真三维地理信息系统的简单功能，关键字：三维地理信息系统虚拟现实 OSG1. 引言城市三维地理信息系统是指能对城市区域内空间对象进行真三维描述、可视化和分析管理的地理信息系统，它既要提供较高的三维可视化效果（如在城市规划中的应用），又要满足地理信息系统的大范围城市建筑的显示，还要提供全面的类似二维GIS中提供的空间地理信息查询与分析功能。

传统的二维GIS在解决一些涉及三维信息方面的城市规划、市政管理、应急响应问题时已存在着诸多局限, 研究与开发服务于城市各应用领域的城市三维地理信息系统越来越受到人们的关注。

由于要管理大量的地形、影像、三维城市模型及其纹理数据, 三维GIS的数据量一般是二维 GIS数据量的几十倍, 甚至是上百倍。

对于一个城市而言,这些三维数据往往从几个GB到几百个 GB不等, 远远超出了普通计算机的存储和管理能力, 如何应用现有的技术手段来实现地理信息数据三维视觉表现这个核心问题, 也是近年来数字地球、数字城市领域亟待解决的关键技术之一。

2. 国内外城市三维系统现状随着现代计算机软、硬件技术的飞速发展，使大数据量的三维城市场景的实现也逐步成为可能。

近年来，国际上对于三维虚拟现实仿真表现方面取得不少积极进展, 基于OpenGL技术的OSG,Vega等三维显示平台、基于DirectX 3D技术的Quest 3D,Virtual tools,Skyline等系统平台的出现大大的推进了三维视觉仿真，虚拟现实，城市三维的发展。

同时，城市三维地理信息系统也引起了我国学者的广泛关注 ,纷纷开展了相关问题 ,对三维 GIS关键技术问题做了深入探讨。

我国在这方面虽然起步较晚,但通过借鉴和利用国外最新的技术成果 ,发展非常迅速 ,目前已开发了具有自主版权的商业应用软件 ,许多国产 GIS软件也先后在其产品中开发了三维 GIS软件系统。

数据更新与维护
GIS数据需要定期更新和维护，以确保数据的准确性和时效性，但 实际操作中往往面临数据缺失、不完整或不一致的问题。
数据质量评估与处理
建立完善的数据质量评估体系，对数据进行预处理、清洗和校验， 以提高数据质量。
计算性能问题
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大数据处理
GIS涉及大量空间数据的处理和分析，对计算性 能要求高，需要高效、稳定的计算环境和算法。
自20世纪60年代地理信息系统（GIS）诞生以来，GIS应用模 型经历了从二维地图制作到三维建模、从静态分析到动态模 拟的发展过程。随着计算机技术和大数据的不断发展，GIS 应用模型的功能和性能不断提升，应用范围也不断扩大。未 来，随着人工智能和机器学习技术的引入，GIS应用模型将 更加智能化和自动化，能够更好地满足复杂地理空间数据的 处理和分析需求。
详细描述
通过虚拟现实技术，可以构建逼真的地理环 境，实现三维场景的实时渲染和交互操作。 增强现实技术则可以将虚拟信息与真实世界 相结合，提供更丰富、直观的地理信息展示 方式。这些技术的应用有助于提高GIS应用
模型的实用性和用户体验。
THANKS
感谢观看
集成测试
将各个模块集成测试，确 保整体运行正常。
优化调整
根据测试结果对模型进行 优化和调整，提高性能和 准确性。
模型部署与维护
部署环境准备
配置所需的硬件和软件环境。
模型部署
将模型部署到实际应用环境中。
持续维护更新
定期检查和维护模型，确保其持续稳定运行。
03
GIS应用模型的类型与实例
空间分布模型
详细描述
GIS应用模型能够将复杂的地理空间数据简化为易于理解的形式，帮助决策者快速了解地理空间分布和变化情况， 为制定科学合理的决策提供有力支持。通过GIS应用模型，可以更好地理解地理空间数据的内在规律和趋势，提 高决策的准确性和科学性。

城市三维建模技术规范
城市三维建模技术规范是一种专业的技术，可以用于城市规划、设计、管理和控制。

它通过三维空间建模，来描述城市地形、建筑物、基础设施和其他要素，以更好地理解城市空间结构和功能，从而提高城市管理和发展效率。

城市三维建模技术规范涉及到许多专业领域，如地理信息系统、遥感影像处理、建筑物模拟、空间数据库设计、图形用户界面设计、数字地球可视化等。

它的主要目的是将城市的空间结构和建筑物以三维模型的形式展示出来，便于分析和研究。

具体而言，城市三维建模技术规范应包括以下内容：
一、地理信息系统：应建立良好的城市地理信息系统，使用户能够更好地理解城市空间结构，并能够更加精确地描述城市地形、建筑物、基础设施和其他地物。

二、遥感影像处理：应选择合适的遥感影像资料，并采用有效的处理方法，将其转换为用于建模的三维数据。

三、建筑物模拟：应建立建筑物模型，利用三维软件技术，以建筑物的形态、结构和材料等来模拟建筑物。

四、空间数据库设计：应建立一套空间数据库，用于存储、管理和检索城市三维建模数据，以满足不同应用场景的需求。

五、图形用户界面设计：应设计合理的图形用户界面，使用户能够方便地操作和使用城市三维建模系统。

六、数字地球可视化：应基于建立的城市三维建模模型，利用虚拟现实技术，将城市的空间结构和建筑物以三维可视化的形式展示出来，便于更好地理解城市的发展趋势和变化。

总之，城市三维建模技术规范是一种专业的技术，它主要是将城市的空间结构和建筑物以三维模型的形式展示出来，便于分析和研究。

它的规范应包括地理信息系统、遥感影像处理、建筑物模拟、空间数据库设计、图形用户界面设计和数字地球可视化等内容，以满足不同应用场景的需求。

三维城市地理信息可视化服务系统的设计与实现摘要：随着城市信息化进程的加快及数字城市建设的推进，人们的工作方式、生活方式、消费方式、文化方式和人际交流方式正在发生深刻变革，人们的各种活动都与城市空间信息密切相关，传统的二维服务平台已不再满足人们对空间信息化服务的需求，同时，三维平台凭借良好的直观展示效果和精细化模型体现，正在成为可视化平台的主流，信息技术已经成为人们生活的一部分，幵且应用在各个领域，为人类的发展做出了重要的贡献。

三维城市地理信息技术在智慧城市中有重要的作用，根据地理信息系统方便对城市规划进行建设，能全面实现智慧城市的建设，仍而推动信息技术的収展，现代地理信息技术在逐渐得到宋善，在智慧城市中的应用越来越普及。

关键词：三维城市地理信息;可视化服务;设计与实现引言三维城市地理信息可视化服务系统是一个建立在分布式数据管理与集成基础上的“一站式”空间信息服务平台，本文基于数字城市空间框架，通过对各类测绘成果数据进行管理、展示、应用，形成了三维城市地理信息可视化服务系统，研究了可视化服务系统的架构特点。

结果表明，三维城市地理信息可视化服务系统是建立面向公众、政府、行业、企业及社区的公共信息服务平台、信息应用系统的重要组成部分，能够为提高城市可持续发展以及规划、建设、管理和服务水平提供借鉴和参考作用。

1三维城市地理信息可视化服务系统技术特点系统由数据处理工具、服务端、客户端3部分组成。

其技术特点如下:1.1提供了海量4D数据(DEM、DOM、DLG、DＲG)、地名数据、三维模型数据的前期处理与管理、三维可视化表现、空间查询与分析、数据发布的完整解决方案;1.2多源、多比例尺4D数据、地名、三维模型一体化管理与共享发布;1.3基于服务的架构，提供GeoGlobe瓦片数据、空间数据查询、栅格数据分析、WMS与WFS服务;1.4支持分布式服务部署;1.5支持直接发布已有的基于GeoStar和ArcGISSDE的数据集;1.6提供数据制作、管理、服务器配置集成工具，方便用户制作、部署及维护;1.7提供全球三维表现的GeoGlobe客户端和基于WEB浏览器的客户端。

Kofler (1998)指出： 计算机城市(Cybercity)是一个小型真三维GIS 系统，是城市环 境三维数据的存贮、操作以及可视化等多种技术的发展。
三维城市模型（3DCM） 由描述自然和人文地理环境等多维时空 现象的一系列几何模型数据与专题属性数据，以及有关的行为模型 等组成。作为科学的地球空间框架信息，其与现实环境精确关联并 成为现实世界的一种扩展、延伸和增强。
2011-08-23
数字罗马
GOOGLE EARTH——罗马
地形+影像
地形+影像+3D模型
2 三维城市模型发展概述
三维城市模型(3D City Model，3DCM) 在2DGIS 基础上发展起来的。随着人们对城市建筑和三维 景观表达等需求日益提高，并试图利用三维空间 信息研究和解决三维空间内的问题，因此，需要 处理的数据从小范围、局部的数据扩展到整个城 市的三维信息获取、处理、存储、分析和应用。
3DCM的概念或描述
Ranzinger和Gleixner (1997)提出： 3DCM 是计算机对一个城镇内所有固定对象(如建筑物、植被、 交通道路、水系) 的特别表达，它包含从任何角度观察每一个 对象的所有信息，还有方便于辨认的主要特征，它是一种整个 城镇的CAD 模型。
Schilcher (1998)等学者提出： 结合现有2DGIS 中的大量城市信息，通过添加一些补充信息， 即可很好地建立城市三维景观模型。
？
突破二维表示的局限，建立真三维的科学框架
真三维空间：地上与地下、室外与室内
一体化环境：地面上下与室内外 室内：暖通系统、家具、电梯、墙、门、窗、结构等 室外：建筑物外观、道路、植被、空中设施等 地下：地层、电力、热力、电信、给排水以及地铁等

三维电子沙盘地理信息系统的研究和应用摘要：随着GIS研究成果的不断深入地图数据库技术，地理信息技术以及电子地图技术的发展越来越迅速，地理信息的表达方式已经从传统的二维扩展到现在的三维，电子沙盘也叫三维地理信息系统，是集三维仿真技术、地理信息系统以及遥感技术为一体的信息系统，电子沙盘能够填补以往传统沙盘的短处，通过真实的展示三维地理数据，在电脑上实现对目标的动态查找、决策分析，目前电子沙盘在许多地区已经进行了应用，且应用已经扩展到人们生活的方方面面。

本文主要在虚拟现实和三维计算机图形学的理论基础上，结合纹理合成技术、虚拟地形工程技术以及地形简化等先进技术，以惠水县“三维电子沙盘地理信息系统”为例，介绍该项目的概况和项目建设内容。

关键词：三维电子沙盘；地理数据；信息系统前言：GIS、VR以及GPS技术随着社会的发展不断创新，相关技术水平已经达到了前所未有的高度，在地理信息技术和电子地图技术也空前发展的新时期，地理信息的表达方式已经从传统的二维方式扩展为目前的三维表达。

电子沙盘作为现代化三维地理信息系统可以很好地体现出真实的地理信息，并实现对目标物的动态查找和特定分析，因此在许多地区的测绘工作中已经得到了广泛的应用。

本文参照三维电子沙盘地理信息系统的基本原理，以惠水县创建的三维电子沙盘地理信息系统作为分析案例，将三维电子沙盘地理信息系统的实际应用作为主要内容进行分析与论述，希望可以给相关项目的工作人员带来一定的参考作用。

1电子沙盘的国内外研究电子沙盘仿真系统在国外最先应用于国家的军事作战活动中，电子沙盘仿真体系可以在军事作战与指挥过程中为指挥人员展示真实的三维地形和作战环境，从而协助指挥人员进行更加准确的决策。

军事使用的电子沙盘是将实地的机场、港口、山谷等重要军事地理目标作为参照依照，按照一定的比例尺采用现代计算机技术、虚拟现实技术以及遥感技术结核形成的真实三维场景。

美国军方在电子沙盘制作方面一直处于世界领先的地位，且研究了许多新的军事使用先进电子沙盘系统，这些系统分别与人机交互技术、三维地形生成技术等先进技术共同联用，具有可实施性强和自动化程度高的优点，在使用过程中的误差较小，科技含量较高，因此综合分析功能强大。

简论三维GIS在数字城市中的应用1引言数字城市地理空间框架建设是国民经济快速发展的一项战略，其建设目标是：采用RS、GPS、GIS、空间数据库及计算机网络等现代信息技术，充分利用现有数据基础进行更新与完善，整合各种基础地理信息，建立现势性强的、完善的基础地理空间信息数据库；构建城市地理空间框架，形成权威、唯一、标准的地理信息公共平台，并通过深度开发和整合应用各种信息资源，建立统一的地理空间数据服务平台来管理、分发各种基础空间数据，实现地理空间信息资源的共享与充分利用。

三维景观数据是重要的基础地理信息数据，也是数字城市地理空间信息公共平台数据集建设的重要内容。

三维建模技术在数字城市设计中的应用使得城市规划中各种丰富多样的信息能够以空间为基础有机地结合起来。

在影像数据、数字高程模型数据和地名地址数据集成的基础上，扩充各类政府或企业、公众的兴趣信息，形成三维景观数据，以直观形式满足政府部门、企事业单位和社会公众对地理信息的一般性需求。

2 数字城市中的三维模型2.1三维数据的获取数据是GIS系统的核心问题，数据获取是构建城市规划中三维GIS中的重要方面，三维GIS数据源包括三维地形数据、三维建筑物数据和表面纹理数据。

2.1.1三维地形数据的获取数字三维地形数据源分为矢量数据和栅格数据。

由于数字三维地形要达到直观性和可测量性的统一主要依赖于DEM的质量和精度，所以矢量数据和栅格数据中最重要的是DEM。

现有的城市三维模型建立中，获取DEM的途径主要有以下五种：（1）根据地形图上等高线及高程数据生成；（2）直接使用2D GIS中的DEM数据；（3）通过处理航测影像生成；（4）由机载激光扫描仪直接扫描并经后续处理得到；（5）用合成孔径雷达或干涉合成孔径雷达（SAR/INSAR）获取等。

2.1.2三维建筑物数据的获取三维建筑物数据分为建筑物平面数据和建筑物高程数据：（1）建筑物平面数据的获取主要有以下几种方法：①根据地形图/地籍图数字化得到建筑物投影平面几何数据；②将数字地图或2D GIS中的建筑物轮廓线与其高度（由层数计算或其它方式得到）结合，用简单几何体表达建筑物外形特征；③使用航空影像进行交互获取；④在地面使用激光扫描仪与GPS，通过测距求算获取；⑤使用高分辨率卫星影像进行建筑物的自动提取；⑥由混合测量系统获取；⑦由移动测绘系统获取等。

三维城市模型的研究现状评述近年来，随着建筑和地理信息技术的发展，越来越多的城市将传统的二维城市模型改造成三维城市模型。

三维城市模型具有完整的形式表现，使得城市规划设计工作更加具体、实用，特别是在进行大规模的城市改造和项目开发时，三维城市模型更易于提高工作效率和优化规划设计。

此外，三维城市模型也能够满足城市服务业提出的各种需求，方便城市管理部门进行及时的管理决策。

本文就当前三维城市模型的研究现状，进行系统的评述。

从理论研究的角度看，三维城市模型的研究大都集中在两个方面：一是构建三维城市模型的方法，二是使用三维模型进行城市规划设计的方法。

在构建三维城市模型的方法方面，首先要进行卫星图像和地形数据的收集，然后需要利用技术建模软件，生成三维城市模型。

最后，将模型嵌入到城市规划及建筑设计表现中，达到实现城市模拟的目的。

其中，地理信息系统对构建三维城市模型具有重要的辅助作用，可以通过地理信息的处理实现三维城市模型的深度分析和合理规划设计。

在使用三维城市模型进行城市规划设计的方法方面，则主要围绕着空间分析方法、建筑设计方案以及影响城市发展进行深入研究。

在空间分析方法上，以数据分析为基础，提出基于三维城市模型的空间结构及功能优化分析，利用数据模型计算城市规划设计效果，从而从数量和质量两方面提高规划设计的综合性能。

在建筑设计方案上，则要求将建筑设计和城市规划有机结合，实现生态友好的城市空间规划设计。

结合三维城市模型，可以从宏观和微观两个层面，进行空间布局分析计算，以保证规划设计成果合规和真实可行。

最后，在影响城市发展方面，结合有关技术，如实时路况、电子政务、城市绿化等，实现对城市发展的实时管理和优化改造。

从应用研究的角度看，三维城市模型的应用也在不断扩大，从建筑设计到城市规划，都可以利用三维城市模型达到较好的真实表现。

此外，三维城市模型的运用也为城市管理部门提供了更为便捷的技术手段，可以实时全面地对城市的运行情况进行检测、分析，从而实现及时的管理决策。

三维城市重建的数据处理与分析方法随着城市化的进程不断加快，城市规模不断扩大，如何进行高效、精确的城市重建成为一个重要的问题。

在过去，城市重建往往依赖于传统的测量和勘察方法，效率低、成本高且数据质量难以保证。

然而，随着数字技术的发展，三维城市重建的数据处理与分析方法得到了革命性的改变。

在三维城市重建中，数据处理起到了至关重要的作用。

首先，城市重建需要收集大量的数据，如地理信息数据、空间数据等。

这些数据来源广泛，包括遥感影像、激光雷达扫描数据、航拍图像等。

然后，数据处理过程需要对原始数据进行预处理，消除噪声、纠正误差等。

接着，需要将数据进行配准，确保不同数据源之间的对齐。

最后，数据需要进行分析和建模，以生成高精度的三维城市模型。

在数据处理过程中，有许多高效、精确的方法可以应用。

一种常见的方法是利用计算机视觉技术进行图像处理。

通过将图像与地理信息数据进行分析，可以得到地物的位置、形状等信息。

例如，可以利用矩阵分解算法来提取建筑物的轮廓，或者利用边缘检测算法提取道路的特征。

此外，还可以利用机器学习算法对图像数据进行分类和分割，从而得到更精确的建筑物边界。

另一种常用的方法是激光扫描技术。

激光扫描可以获得建筑物的精确几何信息，包括长度、高度和形状等。

通过对激光点云数据进行分析，可以重建出真实世界中的建筑物模型。

例如，可以通过点云分割算法将激光点云数据分割成独立的建筑物，然后通过曲线拟合算法得到建筑物的几何形状。

在数据分析方面，可以利用空间分析方法对三维城市模型进行分析。

例如，可以通过地理信息系统（GIS）技术，对三维城市模型进行空间查询和空间分析。

通过GIS技术，可以对城市的地理特征、土地利用、交通网络等进行深入研究，从而为城市规划和决策提供支持。

同时，还可以利用模拟和仿真技术，对城市发展的潜力进行评估和预测。

通过对不同城市发展策略的模拟，可以帮助政府和规划者做出更科学的决策。

总结起来，三维城市重建的数据处理与分析方法涉及到多个领域的知识和技术。