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1、三维GIS在环境规划中的应用和发展趋势,从人们追求绚丽的视觉体验，真实的空间展现出发，3D将带来前所未有的震撼。GPU硬件的快速发展是3D实现的重要基础。常见的3D应用：电影、电视、游戏等娱乐空间环境(虚拟现实)计算机图形界面,3D时代,2,前言,环境规划是人类为使社会经济与环境协调发展而对自身活动和环境所做的时间和空间上的合理安排。其基本研究对象是诸如水、大气、土壤、人口等环境要素具有明显的空间分布特性。,环境规划,3,前言,GIS,4,GIS将地理对象抽象成点、线、面的空间实体及其相关属性，研究其空间位置、空间分布和空间关系。GIS可准确直观的描述环境规划中的许多反映环境问题和环境过程的模
2、型，如污染物大气扩散模型等，从而为环境规划提供了有力的决策依据。,前言,二维GIS将实际的三维对象抽象为二维的方式表达，具有很大的局限性，不能给人以自然界的本原感受。三维GIS比二维图像更直观，空间分析能力能加突出，结合环境分析模型，能全面的审核和评价环境规划方案的优劣、视觉效果以及与周围环境的协调等。,三维GIS,5,目录 CONTENTS,6,三维GIS介绍,三维、GIS和三维GIS定义,三维GIS常见功能,三维GIS的特点,7,定义：,三维GIS介绍,三维是指在平面二维系中又加入了一个方向向量构成的空间系，一般可指由长、宽、高（X，Y，Z）三轴所构成的空间。地理信息系统（简称GIS）是在
3、计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。三维地理信息系统（简称三维GIS或3DGIS）是利用3S技术（GIS、GPS、RS）、虚拟现实技术（VR）、计算机技术等对地球空间信息进行编码、存储、转换、分析和显示的信息系统，是三维描述、可视化和分析管理的地理信息系统。,1,8,三维GIS介绍,三维GIS比二维GIS更加直观、逼真的表达客观世界，能够以虚拟立体的方式展现地理空间对象。与CAD及各种科学计算可视化软件相比，三维GIS以三维空间数据库为核心，具有独特的管理复杂空间对象能力及空间分析的能力。,
4、特点：,2,9,三维GIS介绍,比较常见的功能包括：空间浏览功能空间查询与统计动态实时立体模拟三维空间分析和显示飞行浏览空间数据管理三维模型支持,功能：,3,10,空间浏览功能,三维场景的快速浏览：能够对重点区域的周边情况进行完整的、立体的展示；能够进行基本的放大、缩小、平移、倾斜、旋转、地形夸大等操作；可以从不同的视点、浏览方向来观察三维地理环境；可观察不同三维景物的横断面、纵断面特征，并能对其参数进行实时修改；,11,空间查询与统计,查询和统计三维立体模型及相关属性。支持快速定位，根据输入的经纬度坐标实现快速定位，如污染源点定位；可按区域位置、属性种类、用户资料等进行圆形、矩形、任意多边形
5、、底图图幅查询和统计，如多媒体介绍，污染源单项查询，污染源图元属性查询，地方数据库查询，污染信息查询，污染区域查询；能根据不完全的零碎信息进行空间模糊匹配查询和统计，如地名的模糊匹配查询；能够实现对影像数据集的分目录层次管理。,12,动态实时立体模拟,采用三维动画来模拟复杂的环境过程。如污染物扩散过程模拟、一维河流中污染物的降解过程模拟和规划方案实际执行过程模拟等。,13,三维空间分析和显示,三维分析主要包括挖填方分析、剖面分析、通视分析、高程分析、坡度分析、淹没分析、距离量测、面积量测、叠加分析、缓冲区分析和网络分析等。,14,三维缓冲区分析,三维空间分析和显示,缓冲区分析可用于自然保护区规
6、划和对确定位置和地物的风险评价和管理，通过缓冲区分析、邻域分析来显示被分析对象的相关信息。如国控污染源、监测断面、排污口等。,15,通视分析可用于噪声污染在交通干道沿线和城市区域范,三维空间分析和显示,三维通视分析,16,三维空间分析和显示,日照分析,17,三维空间分析和显示,淹没分析,18,三维空间分析和显示,叠加分析,能将二维矢量、专题图、遥感影像和多媒体影像等数据图层叠加到三维层上进行显示，可用于环境功能区规划、生产力布局调整和建设项目选址等。,19,飞行浏览,自定义巡航路线进行飞行浏览，并且通过自定义飞行参数进行多种视角的飞行浏览。,20,空间数据管理,三维GIS能够一体化管理海量空间
7、信息数据；可同时管理矢量/栅格数据，实现矢量快速显示和二、三维矢量联动等问题；能够结合图形和业务的专题属性，实现图文属性一体化。能够管理用户感兴趣的地标数据，方便地标的添加、属性修改和功能拓展。,21,三维模型支持,三维GIS不仅能全视角的展示地形数据展示，还能将局部的三维模型逼真地渲染出来。用户可以自由添加、修改和删除各类型的三维模型。,22,目录 CONTENTS,23,三维GIS平台,Google EarthWorld WindSkyline GlobeVirtual EarthArcGIS Explorer,EV-GlobeUniGlobeSmartEarthVRMapGeoGlobe
8、,国外三维GIS平台,1,国内三维GIS平台,2,24,MapGIS-TDESuperMap iSpaceIMAGISCityMakerAlaGIS,Google Earth用户最多的三维地球软件,介绍：Google Earth以三维地球的形式把大量卫星图片、航拍照片和模拟三维图像组织在一起，使用户从不同角度浏览地球。Google Earth的数据来源于商业遥感卫星影像和航片，包括DigitalGlobe公司的QuickBird，IKOONOS及法国SPOTS。特点：Google Earth仰仗其强大的技术实力和经验，以操作简单、用户体验超群的优势吸收了全球近十分之一的人口使用。产品方式：Go
9、ogle Earth客户端软件提供三个版本：个别免费版、Plus版、Pro版以及企业级解决方案，用于正在企业内部安排Google Earth应用。,25,Skyline Globe个性化的三维地理信息系统,介绍：SkylineGlobe产品能够基于地表的卫星影像、航空影像创建高分辨率的三维虚拟地球场景。Skyline具有强大空间信息展示功能，支持交互式绘图工具，提供三维测量及地形分析工具，提供数据库接口支持如Oracle，ArcSDE，拥有强大数据处理能力。产品形式：TerraExplorer、TerraExplorer Pro、TerraBuilder、TerraGate。应用：中国数字海洋
10、系统、公安部警卫基础工作信息系统、数字深圳三维平台、黄河可视化防汛预案管理系统、数字烟台三维城市规划信息系统等。,26,World Wind最强大的开源地理科普软件,介绍：World Wind是NASA发布的一个开放源代码的地理科普软件，它是一个可视化地球仪，该软件用C#编写，调用微软SQL Server影像库Terrain Server来进行全球地形三维显示。特点：World Wind最大的特是卫星数据的主动更新能力。这种能力使得World Wind具有在世界范畴内跟踪近期事情、天气改变、火灾等情况的能力。World Wind是个完全免费的软件，在使用上没有任何限制，主要面向科学家、研究工作
11、者和学生群体。另外World Wind是完全开放的，用户可以修改World Wind软件本身。,27,ArcGIS ExplorerArcGIS家族的3D后代,介绍：ArcGIS Explorer是一个免费的虚拟地球浏览器，提供自由、快速的2D和3D地理信息浏览，充满趣味性且简捷易用。ArcGIS Explorer通过继承ArcGIS Server完整的GIS性能（包括空间处理和3D服务），达到整合丰富的GIS数据集和服务器空间处理应用的目的。特点：AreG1S Explore具有和Google Earth相似的功能，支持来自ArcGIS Server、GML、WMS、Google Earth
12、（KML）的数据。,28,EV-Globe国内三维海量空间信息平台佼佼者,介绍：EV-Globe具有大范围的、海量的、多源的数据一体化管理和快速三维实时漫游功能，支持三维空间查询、分析和运算，可与常规GIS软件集成，可方便快速构建三维空间信息服务系统，亦可快速在二维GIS系统完成向三维的扩展。EV-Globe提供距离测量、线段剖面、折线剖面、区域淹没、通视分析等三维GIS特色的空间分析功能。可以在EV-Globe中看到烟雾、尘暴、火焰以及下雨、下雪等特殊效果。,29,EV-Globe国内三维海量空间信息平台佼佼者,特点：EV-Globe基于组件式开发，具备在普通PC机上就能实现的海量三维模型和
13、影像流畅地进行各项漫游操作的功能。此外在EV-Globe服务器端，用户可根据需要绑定常规GIS平台如SuperMap，ArcGIS等。EV-Globe 功能强大、三维表达尺度全面，在国内首次实现了地上、地表、地下、水下信息一体化集成表达。应用：全国海岛海岸带三维可视化信息系统、中石油海外应急系统、中国石油中长期油气管网建设预测分析、宁波镇海环保三维影像浏览系统、遨游天府-四川省地理空间三维管理系统。,30,CityMaker数字城市的三维应用,介绍：CityMaker 是数字城市三维可视化平台，主要针对城市规划领域，提供覆盖规划设计、展示、评估、管理的全方位服务。提供从三维地理信息系统建设到应
14、用的全面解决方案。通过CityMaker三维地理信息平台，可以叠加显示城市面貌、规划图册、户籍信息、监控视频等各种二三维数据，还可快速集成已有专业系统，开展基于网络的三维专业应用。,31,CityMaker数字城市的三维应用,特点：是面向规划设计师和建筑师的三维辅助设计软件，它将虚拟可视化技术融入设计过程，让设计师在三维环境下进行城市的设计、评估、分析和交流。它可以与3ds MAX等建模软件配合使用，支持材质编辑和物体运动编辑，支持火焰、喷泉、爆炸和雨雪等虚拟现实效果的制作等。应用：数字北京、数字斯图加特、虚拟圆明园、上海世博会虚拟现实系统等。,32,目录 CONTENTS,33,三维GIS在
15、环境规划中的主要应用,34,35,3D EIA软件NOVA,三维环境影响评价系统,通用的近场浮射流模型,近场-远场无缝耦合,三维水动力模型,三维地理信息系统,三维GIS在环境规划中的主要应用,具有灵活和简便导航技术的三维虚拟现实和模拟数据可视化。,环境评价：,1,36,香港大学WATERMAN（创新型环境知识库系统）项目之3D Environmental Impact Assessment（EIA，三维环境影响评估系统）,三维GIS在环境规划中的主要应用,用标准等浓度线来表示受影响地区。,环境评价：,1,37,香港大学WATERMAN（创新型环境知识库系统）项目之3D Environmenta
16、l Impact Assessment（EIA，三维环境影响评估系统）,三维GIS在环境规划中的主要应用,环境预测，通过分析各污染物与相关因素的原始数据，得出该污染物形成的一般规律和演变趋势，依据这一规律和演变趋势，预测未来某段时间内环境的状况,环境模拟与预测：,2,38,三维GIS在环境规划中的主要应用,环境功能区划是依据社会经济发展需要和不同地区在环境结构、环境状态和使用功能上的差异，将区域合理地划分为不同的功能区。在三维GIS平台支持下，以合适的基本评价单元，进行空间分析、遥感处理及三维建模和显示，建立区划数据库，对影响功能区划的主要因子，如地形、地貌、植被类型、土壤类型、土地利用现状等
17、，分别建立评价图层，进行叠加分析，得到相关评价的指标数据，并逐级归并，形成分区方案。,环境功能区划：,3,39,三维GIS在环境规划中的主要应用,环境规划，将区域环境现状研究中的各要素、指标结合相应的空间数据，建立多源信息数据库，并构建三维GIS系统。借助环境演变过程的模拟预测结果和环境现状的分析，综合考虑和分析社会、经济和自然各方面因素。根据不同要求，所见即所得的修改规划参数，从而得到不同的规划方案，达到预期的环境规划目标。,环境规划与决策：,4,40,三维GIS在环境规划中的主要应用,环境决策 三维GIS通过模拟仿真提供有力、可靠的决策依据。通过三维GIS直观展现环境规划方案，做出全方面的
18、对比，有助于发现设计中多余、不协调或不可行的内容，并方便及时的做出调整，最后选定最优方案。在三维GIS虚拟环境中获取、分析和处理所需的各种信息，可加快了方案设计的速度和质量，提高了方案设计和修正的效率。,环境规划与决策：,4,41,三维GIS在环境规划中的主要应用,环境规划的延续性和超前性要求较高，三维GIS结合环境监测数据可以迅速、直观的表现环境规划的实施效果，还可以对实施进度、结果进行评价和审核，并能够适时提供修正方案。采用三维GIS可以直观便捷的展现采取某种措施的结果。环境管理人员可从任意角度，实时互动真实地看到规划效果，更好地掌握规划区域的形态和理解规划方案的意图。,环境规划的实施：,
19、5,42,三维GIS在环境规划中的主要应用,三维GIS可用于环境规划成果的展示，这种成果的展示，既可以面向大众，作为宣传的需要。在设计阶段，可以将方案的设计成果展示给决策者或公众，供其提出修改意见，及时修正。与传统的平面的、静态的和动画的成果展示方式相比，它是三维的、动态的、交互的和仿真的。他可以任意角度、高度和时段的交互式漫游，展现环境现状和环境演变过程，通过叠加专题图可以展现各环境因素状况和相互之间关系。EV-Globe开发的江西省三维信息共享平台系统在三维场景下利用文字、图片、视频等手段可对江西省10个富有特色的试验示范区进行全面描述，展示近年来试验示范区建设的丰硕成果。,环境规划成果展
20、示：,6,43,三维GIS在环境规划中的主要应用,空间布局涉及空间选址、空间搜索等空间分析问题。环境规划要求对区域土地和空间资源进行合理配置，使人类与所处空间环境和谐共处。科学合理地安排生产规模、生产结构和布局。利用三维GIS，不仅能利用其空间分析功能进行空间规划，还可以直观地展现规划结果的空间布局。特别是在山地复杂地形区域的空间布局不能向平原地区一样集中成片布置，而只能采取依山就势、顺应地形的灵活分散格局。其中地形、局地气候、山地自然灾害等因素的影响较大，而综合利用三维可视化模拟与空间分析可以在三维虚拟场景中方便的设计和修改空间规划，合理控制和优化区域空间布局结构，使空间布局更加合理。,环境
21、规划空间布局：,7,44,三维GIS在环境规划中的主要应用,水环境：,8,45,三维GIS在环境规划中的主要应用,大气环境：,9,46,三维GIS在环境规划中的主要应用,噪声地图是根据噪声预测模型计算出道路交通噪声、铁路噪声、工业噪声和机场噪声等噪声源对城市地图上各接收点的贡献值，再采用能量叠加原理得到各接收点的噪声值，并拟合绘制于城市地图上。,三维噪声地图：,10,47,2008年我国第一个城市区域噪声地图诞生，采用凯纳仿真模拟技术，描绘深圳市中心、面积12平方公里的福田南片区噪声情况。它通过集成声学仿真、GIS、Google Earth等多项技术，将无形的噪声转化为三维数字噪声地图，从而令
22、不同用户可以全面直观地了解和分析目标区域的噪声现状；通过预测、比较和评估不同降噪措施的效果。,三维GIS在环境规划中的主要应用,2005年英国出版了一本世界上最大的官方噪声地图伦敦道路交通噪声地图。在噪声地图上，利用GIS软件可将不同的颜色代表不同的声压级渲染到每个建筑物上。爱尔兰发展了一项改进的可视化噪声地图，基于三维模型，可以直观的观察到安装声屏障对声场分布的作用，以预测使用声屏障等措施后对噪声污染带来的改善。,三维噪声地图：,10,48,目录 CONTENTS,49,三维GIS在环境规划中的发展趋势,50,时态GIS使环境演变过程和污染物扩散过程成为一个在三维空间范围内连续变化的时间段，
23、能够完全真实地反映环境的任何演变过程，是三维GIS运用的高级阶段，也是环境规划应用的重要发展方向。通过建立时态GIS，增强环境的动态及过程模拟，可实现研究区域的真实环境再现及环境规划结果预测。,三维GIS具有强大的人机交互能力，能够直观、逼真的表达客观世界，便于决策者理解环境问题。因此，三维GIS与环境智能决策支持系统的无缝集成为实现三维数据的可视化智能提取和环境规划与管理的宏观决策提供了技术支持，极大提高了决策的便捷性、科学性和合理性。,通过与环境模型和三维GIS空间分析结合，实时分析、评价、预测和模拟等处理，得到环境规划各因素指标，用于当前环境规划方案的评价和审核，由此可以实时的、动态的修正环境规划方案。,谢谢,51,
