工程测量中的三维GIS技术研究

工程测量中的三维GIS技术研究

姬晓孟

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摘要：三维GIS技术具有空间可视性和立体性特点，能够满足工程项目中的测量、测绘需求，生成地理空间图，具备强大的空间数据采集、数据分析、数据处理功能，可以确保工程测量简便性和精准性。本文对三维GIS技术进行系统化研究，分析其在工程测量中的应用，旨在挖掘三维GIS技术的应用价值，以望借鉴。

关键词：工程测量；三维GIS技术

引言

工程测量是一项重要的测绘技术，在土木工程、建筑工程、地质勘探等领域中得到广泛应用，传统的工程测量方法主要依靠人工操作，难以保证测量结果的精度和效率。随着计算机技术的不断发展，三维地理信息系统（3DGIS）逐渐被应用于工程测量中，通过数字化的方式实现数据采集、处理、分析和可视化等操作。

1.三维GIS技术概述

三维地理信息系统（3DGIS）是一种能够将地球表面上的自然和人造物体以三维形式表示的技术。它能够使用户在虚拟环境中浏览和分析地球表面的形态、属性和空间关系，提供了一种更加直观、真实的视觉体验。三维GIS技术基于传统的二维GIS技术，具有更加丰富的数据模型和数据处理能力。与二维GIS相比，三维GIS能够更加准确地描述地球表面上的物体的高度、形态、空间位置和属性信息。

三维GIS技术广泛应用于城市规划、环境保护、水利工程、军事防卫等领域，对于提高决策的准确性和效率、改善公共服务和应急管理具有重要作用。三维GIS技术的数据模型包括了多种地球表面要素的三维描述方式，如点、线、面、体等。这些要素能够描述地表上的自然地形、建筑物、道路、水体、植被等要素的三维形态和属性信息。

三维GIS技术还支持多源数据的融合，如卫星遥感影像、航空影像、激光雷达数据等，这些数据可用于生成高精度的三维地图和模型。三维GIS技术的数据处理能力包括了三维数据的存储、管理、分析和可视化等功能。三维数据的存储和管理需要解决数据量大、数据结构复杂、存储和访问效率低等问题。三维GIS技术的可视化功能通过生成逼真的三维地图和模型，使用户可以在虚拟环境中感受到真实的地形和物体形态，提供了更加直观的分析手段。

2.三维GIS在工程测量中的应用

2.1数据查询和管理

在工程测量中，三维GIS技术具备数据库查询、数据管理、数据更新等功能，可以根据不同的测量数据类型，建立数据库。数据库是三维GIS测量管理的核心，用户主要使用数据库来存储和管理地理数据。常见的数据库类型包括关系型数据库（如MySQL、Oracle）和面向对象数据库。用户通过建立适当的数据库架构和数据模型，可以有效组织和管理大量的三维地理数据。在数据索引和查询方面，三维GIS系统使用四叉树空间索引技术，用于组织和存储地理对象，使得空间查询操作更高效。用户可以利用查询语言（SQL）进行复杂的空间查询，查询在某个区域范围内的所有三维对象或基于属性条件进行数据的筛选。三维GIS还支持基于属性的查询和过滤。用户根据特定属性值或属性条件，如分类、名称、日期等，进行地理信息数据的查询和筛选，帮助用户快速定位所需的数据，并满足特定的数据分析需求。在工程测量中，用户可以利用三维GIS系统的数据编辑功能，通过添加、删除或修改地理对象的几何形状和属性信息，确保数据的一致性和完整性。用户利用三维GIS技术绘制新的三维对象、修正现有的地理数据或更新属性信息，实现数据编辑与数据库管理系统、事务处理相结合。在应用过程中，三维GIS提供了数据共享和权限管理的功能，允许多个用户或组织共享和访问地理数据。通过授权和权限设置，限制不同用户或用户组对数据的访问级别和操作权限，以保护敏感数据和确保数据安全。三维GIS技术通过数据库管理、空间索引、属性查询、数据编辑和权限管理等手段实现数据的查询和管理功能，用户能够轻松地检索和操作地理数据，并满足用户特定的分析需求，确保数据的准确性和一致性。

2.2可视化展示

在工程测量中，三维GIS技术具有可视化功能，可以确定在特定角度和海拔高度上可以观察到的地理要素。三维GIS可以模拟人的视野，即从特定位置或观察点能够看到的范围。这在工程测量规划中，可以发挥巨大的应用价值，通过视线分析，可以评估在某个位置上可见的景观，寻找最佳的观景点或优化视野条件。三维GIS可以帮助识别在特定位置上阻挡视线的障碍物。例如，当测量无线通信基站时，需要确保没有地貌或建筑物阻挡信号传输路径。用户通过可视障碍物分析，确定最佳的基站位置，以确保无障碍信号传输。在利用三维GIS可视化功能实施工程测量时，用户首先需要准备好三维地理数据，使用激光雷达扫描、卫星图像、航空摄影或其他方式采集数据。数据应按照特定格式进行存储，并加入几何和属性信息。随后用户将准备好的三维地理数据进行建模和渲染，用户可使用光照模型、纹理贴图、透明度调整等方式，产生使得模型产生逼真的视觉效果。在可视化呈现过程中，用户能够指定一个固定的观察者位置，交互式地进行观察点的调整，以获得不同角度和尺度的视图。在用户界面中，用户使用平移、缩放、旋转等操作来控制场景的视图和可见范围，通过添加标记、绘制线条或区域，突出显示特定的地理要素。在部分工程测量中，可以模拟时间变化，模拟行车路径等，以动态化的方式呈现出三维数据信息。

2.3空间分析结果描述

在工程测量中应用三维GIS技术，可利用系统的数据组织、数据查询、数据计算功能，实现空间数据的全面分析，数据组织和管理。在查询期间，用户使用查询位置或关系方式来提取并选择地理对象，帮助用户快速定位和筛选所需的数据。在计算期间，可通过缓冲区分析和距离计算方法，评估地理对象之间的关系和影响范围。工程测量中空间分析功能主要基于数据分析实现，例如，技术人员通过三维GIS技术，对地理对象的属性进行统计和聚合分析，计算工程区域内地面的平均高度、人口密度或土地使用类型分布等。随后，建立空间模型，分析地理对象之间的空间关系和相互影响。这可以揭示出在二维平面上无法直观理解的空间关联性，分析工程区域地貌特征与生态环境之间的关系，设备分布与工程建设之间的联系等。同时，三维GIS技术具备强大的数据决策功能，帮助用户更加直观分析和理解地理空间数据。在工程测量期间，建立多个评估标准，帮助决策者权衡不同要素与利益之间的内在联系，其中包括工程与环境之间的关系，工程建设与土地利用之间的关系等。此外，三维GIS技术可应用到风险分析中，识别工程项目中的风险因子，确保最终测量结果的科学性、全面性。

2.4地理动态信息采集

三维GIS技术具备强大的信息采集和信息分析功能，确保工程测量结果的动态化。在测量过程中，技术人员可以利用遥感技术、定位系统、激光扫描技术等获取地理空间信息，使用传感器装置进行工程测量。例如，使用全球定位系统（GPS）可以提供工程车辆或设备的位置、速度和方向等信息。使用惯性导航系统能够收集运动信息，包括加速度和角速度等参数。激光扫描仪、摄像机等能够用于捕捉周围环境的动态特征。将采集到的地理动态信息进行处理和集成，按照工程测量数据处理过程进行数据清洗、校正和配准等，通过算法和模型数据的整合，建立一致且准确的地理物体动态模型。为了将地理动态信息存储和管理，在编码和标注方面需要制定适当的标准和规范。

结语

综上所述，三维GIS技术在工程测量中的应用弥补了以往平面测量的不足之处，且信息收集更加全面，可实现空间立体数据的可视化、动态化，空间轮廓和空间属性更加具体，测量结果更加准确。三维地理空间系统的建立实现了定位、遥感、测绘、实景模型构建的结合，可以实现地理信息数据的动态化处理，为工程项目建设提供技术支撑。

参考文献

[1]颜颖.三维GIS技术在矿产勘探和开发中的研究与应用[J].世界有色金属，2022，(23):97-99.

[2]刘琦.探索易智瑞三维GIS技术在自然资源管理中的优势和应用[J].数字技术与应用，2022，40(05):65-68.