朱 懿

（江西理工大學(xué)土木與測繪工程學(xué)院 江西 贛州 341000）

1 引言

近年來，隨著大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等發(fā)展理念的出現(xiàn)，人類的腳步又逐漸跨進(jìn)了一個多元化、智能化的時期，而且這些領(lǐng)域或者理念的發(fā)展也離不開GIS。在當(dāng)今時代，空間信息成為了一個新的代名詞。由于迅速增長的三維空間信息需求和新興智能技術(shù)的發(fā)展，人們不僅需要精確的地理位置服務(wù)，還對現(xiàn)實(shí)空間的三維模擬產(chǎn)生了向往。所以，三維GIS成為了目前GIS領(lǐng)域中的研究主流，其未來也將與二維GIS的發(fā)展情況相同，不但成為研究的熱點(diǎn)，也為各行各業(yè)以及各個研究領(lǐng)域做出巨大貢獻(xiàn)。

2 三維GIS研究進(jìn)展概述

2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

三維GIS的發(fā)展最早可以追溯到1980年左右，其主要是通過三維空間可視化來對礦產(chǎn)進(jìn)行開發(fā)和評估。隨后國外對于三維GIS做了不少的研究，例如日本的京都大學(xué)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)虛擬城市顯示，用戶可以實(shí)時訪問虛擬京都；Molenaar等[1]在1992年提出了一種形式化的三維數(shù)據(jù)模型等。國內(nèi)對于GIS的發(fā)展起步較晚，不過隨著1980年GIS進(jìn)入我國后，其發(fā)展的速度與日俱增。從1990年代開始，國內(nèi)三維GIS的研究也逐步開展起來，新方法、新技術(shù)、新思想不斷涌現(xiàn)[2]。李德仁等[3]研究者在1997年提出了一種三維GIS的混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)了一種混合式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織三維GIS的大量地理空間數(shù)據(jù)。吳信才[4]在1998年對當(dāng)時GIS的技術(shù)以及發(fā)展的狀況進(jìn)行了總結(jié)與歸納，并指出三維的GIS將是一個重要的發(fā)展方向，可以為很多應(yīng)用領(lǐng)域帶來巨大的貢獻(xiàn)。龔建華等[5]研究者在2001年對分布式虛擬環(huán)境的概念與特征進(jìn)行了討論，并詳細(xì)地介紹了分布式三維虛擬GIS的理論以及其實(shí)現(xiàn)的過程。朱慶等[6]研究者在2006年運(yùn)用三維可視化技術(shù)對數(shù)字文化遺產(chǎn)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了一套“仿唐木構(gòu)建筑三維桌面瀏覽系統(tǒng)”，并且闡述了根據(jù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)所采用的多種類型數(shù)據(jù)庫的管理以及數(shù)據(jù)庫下的實(shí)時應(yīng)用方法。李德仁等[7]研究者在2011年提出了真實(shí)虛擬規(guī)劃模型和真實(shí)三維環(huán)境相結(jié)合的技術(shù)方法，設(shè)計(jì)了一套對城市進(jìn)行規(guī)劃的決策支持系統(tǒng)并取得了良好的效果。周鵬等[8]研究者在2018年針對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的三維GIS的拓?fù)潢P(guān)系構(gòu)建所存在的缺陷，提出了一種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的GIS空間數(shù)據(jù)存儲以及三維實(shí)體拓?fù)潢P(guān)系構(gòu)建方法，其經(jīng)過實(shí)驗(yàn)后表明，這種方案能夠依據(jù)三維空間拓?fù)潢P(guān)系迅速重建地理實(shí)體，具有實(shí)效性。近年來，隨著三維GIS自身不斷的發(fā)展，其推廣、解決問題、應(yīng)用等能力在迅速提升，加快了其融入各行各業(yè)的步伐。同時，三維GIS也在被許多使用者應(yīng)用的同時為各個領(lǐng)域做著貢獻(xiàn)。

2.2 三維GIS的應(yīng)用

現(xiàn)階段隨著智慧城市、大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等發(fā)展概念和理論的相繼提出，給三維GIS也帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。近年來，測繪地理信息工作取得了長足的進(jìn)步，建成全國衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)，獲取了海量的地理信息資源，圓滿完成第一次全國地理國情普查，開展了常態(tài)化地理國情監(jiān)測，測繪地理信息正朝著獲取立體化實(shí)時化、處理自動化智能化、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化社會化的方向邁進(jìn)，為智慧城市建設(shè)提供了強(qiáng)有力的支撐[9]。三維GIS有著良好的優(yōu)勢來替代傳統(tǒng)的二維GIS，其打破了二維GIS在空間信息表達(dá)中的缺陷，能夠在現(xiàn)實(shí)的三維空間中對城市中的各個部分和細(xì)節(jié)進(jìn)行精準(zhǔn)的刻畫，促進(jìn)城市的數(shù)字化、信息化和智能化發(fā)展。三維GIS是智慧城市建設(shè)的重要支撐性技術(shù)，在未來的智慧城市應(yīng)用中，三維GIS將借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市立體信息的高性能、高效率、智能化、實(shí)時性分析與可視化，為智慧城市的運(yùn)營管理提供輔助決策支持[10]。

三維GIS不僅能夠融入城市的發(fā)展，還能夠與各個行業(yè)領(lǐng)域相結(jié)合。在城市建設(shè)中，三維GIS能夠憑借其對三維空間的模擬能力來為建設(shè)工作作技術(shù)支持。王乾坤等[11]研究者在2016年利用三維GIS在地鐵車站進(jìn)行了官網(wǎng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用研究，其所融合的三維GIS技術(shù)在地鐵綜合官網(wǎng)的設(shè)計(jì)中凸顯出了節(jié)省項(xiàng)目建設(shè)成本的優(yōu)勢，能夠?yàn)槠渌嚓P(guān)項(xiàng)目的應(yīng)用提供決策支持。同樣，甄紅鋒等[12]研究者在2016年針對目前地鐵施工信息管理的可視化程度不高，二維、三維GIS地理信息可視化交替運(yùn)作等問題，構(gòu)建了一套三維GIS地理信息的可視化的地鐵施工監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，大幅度地提高了地鐵施工過程中的可視化效果以及信息化施工的技術(shù)水平?？盗x鋒[13]在2017年考慮到道路施工完畢后，針對工程鑒定信息化的問題，將三維GIS技術(shù)應(yīng)用到工程鑒定中，增強(qiáng)了道路工程鑒定的信息化手段。陳曉[14]在2017年利用三維GIS和傳統(tǒng)的測繪數(shù)據(jù)，將地下電力光網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對地下電力管線管理系統(tǒng)進(jìn)行了開發(fā)，實(shí)現(xiàn)各種專題圖的繪制以及數(shù)據(jù)的錄入安全。婁書榮等[15]研究者在2018年為了提高城市地下空間的綜合規(guī)劃合理性，研究了一個基于三維GIS的地下空間輔助規(guī)劃方法，并提出了地下空間規(guī)劃的輔助支持框架，同時根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，開發(fā)了一些規(guī)劃分析功能，為城市的地下空間規(guī)劃制定了一套可靠的、集成化的決策支持系統(tǒng)?？梢?，三維GIS已經(jīng)在城市建設(shè)中有了很多的應(yīng)用，為城市中的建設(shè)工作做出了巨大的貢獻(xiàn)。此外，三維GIS還在為很多工程中的規(guī)劃與管理方面作出了技術(shù)支持。張獻(xiàn)民等[16]研究者在2016年研究了機(jī)場凈空的評價管理、機(jī)場道面評價管理以及飛行區(qū)地下管線管理3個子系統(tǒng)所組成的飛行區(qū)運(yùn)行數(shù)字化管理系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)與三維GIS相結(jié)合，基于機(jī)場地理信息數(shù)據(jù)構(gòu)建了一個機(jī)場可視化管理模型，使得機(jī)場的管理工作更數(shù)字化、智能化，為機(jī)場的高效運(yùn)行提供了保障。三維GIS最初的數(shù)據(jù)獲取方式是人工測圖的方式，隨著其不斷的應(yīng)用與推廣，目前三維GIS的數(shù)據(jù)采集方式已經(jīng)有數(shù)字?jǐn)z影測量、機(jī)載三維成像儀、車載移動測圖等方式。這不僅僅為三維GIS提供了發(fā)展新思路，而且也為三維GIS應(yīng)用于更多的領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)，形成了良性的循環(huán)。

3 三維GIS未來展望

隨著智慧城市、數(shù)字城市的發(fā)展，三維GIS已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了眾多行業(yè)和領(lǐng)域。然而，我國的三維GIS相較于國外發(fā)展起步較晚且存在著各領(lǐng)域發(fā)展技術(shù)不均勻的問題。三維GIS目前所融入的應(yīng)用還只是與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相關(guān)的一些領(lǐng)域，若要融入更多的領(lǐng)域還需要對三維GIS技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。三維GIS的數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要有文件方式、混合管理方式、數(shù)據(jù)庫方式等，而文件管理和混合管理方式都需要文件系統(tǒng)對所有的數(shù)據(jù)提供管理，但是文件管理系統(tǒng)按本質(zhì)上來講并不適用于空間數(shù)據(jù)的管理要求的，這主要是因?yàn)樵缙诎l(fā)展時技術(shù)相對落后，我們必須以這樣的方式來管理數(shù)據(jù)。當(dāng)前，技術(shù)已經(jīng)得到了空前的發(fā)展，三維GIS逐漸采取數(shù)據(jù)庫的管理方式，而如何在未來對于復(fù)雜的空間表達(dá)信息進(jìn)行高效管理以及與新興技術(shù)結(jié)合，還需要進(jìn)一步的研究。目前，三維GIS開發(fā)新的空間信息分析方法是該領(lǐng)域的一個瓶頸，在未來還需要與多領(lǐng)域相結(jié)合，例如基于圖形、基于化學(xué)模型等方式結(jié)合。同時，三維數(shù)據(jù)的獲取和海量數(shù)據(jù)的自動化處理還需要進(jìn)一步提升，且實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲、動態(tài)空間信息的可視化以及其配套的空間信息分析功能的技術(shù)還有待突破。