1、三維GIS技術(shù)概述
1．1三維GIS技術(shù)的定義
GIS技術(shù)主要有三種定義：一是基于工具箱的角度，認為GIS技術(shù)是一個由現(xiàn)實世界中采集、轉(zhuǎn)換、顯示、存儲空間數(shù)據(jù)的工具集合；二是基于數(shù)據(jù)庫的角度，將GIS認定為一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并且在數(shù)據(jù)庫中的大多數(shù)據(jù)都可以被操作或索引，能回答各種各樣的問題；三是基于組織機構(gòu)的角度，認為GIS技術(shù)是一個集合多種功能，如檢索、存儲、操作及地理數(shù)據(jù)顯示的組織機構(gòu)，可解決各種環(huán)境問題。有關(guān)三維地理信息系統(tǒng)（3D GIS）主要是對區(qū)域空間內(nèi)的對象實現(xiàn)三位描述并分析的GIS系統(tǒng)。
1．2三維GIS技術(shù)的特點
在三維GIS技術(shù)中，可通過X、Y、Z三個坐標軸來定義空間目標，且與二維GIS的平面目標有完全不同的區(qū)別。空間目標經(jīng)過三維坐標定義，具有更復雜的意義。二維GIS在平面空間中實現(xiàn)“有限—互斥—完整劃分”是以“面”為單位，在三維空間中則以“體”為單位。另外，三維GIS技術(shù)的可視功能比二維GIS更為復雜，因此出現(xiàn)很多關(guān)于三維可視化的專業(yè)理論、算法及系統(tǒng)。總體而言，三維GIS技術(shù)在客觀世界的表達更能體現(xiàn)出真實感受，以立體造型技術(shù)將地理空間現(xiàn)象呈現(xiàn)在客戶面前，既能表現(xiàn)空間對象的平面關(guān)系，也能描述并表達垂直關(guān)系。另外，對空間對象的三維空間分析與操作也是三維GIS技術(shù)的特有技能，與CAD等計算機可視化軟件相比，它具備獨特的管理對象能力與空間分析能力。三維空間數(shù)據(jù)庫作為三維GIS技術(shù)的核心，三維空間分析更具獨特能力。與功能的增加相對應(yīng)的是，三維GIS技術(shù)的專業(yè)理論研究也比二維GIS技術(shù)更復雜。
2、三維空間數(shù)據(jù)的獲取
目前三維GIS技術(shù)在工程測量中的主要特征即集成實時化、數(shù)字化、智能化、動態(tài)化、一體化。具體的獲取數(shù)據(jù)方法可分為兩大類：一是點方式數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，主要利用全站儀器、天文大地測量、GPS接收機等常規(guī)的測量方法，以及激光雷達等技術(shù)實現(xiàn)逐點、逐面采集空間坐標與屬性的方式；二是面狀方式數(shù)據(jù)獲取技術(shù)。主要利用航空遙感獲得大面積影像記錄，并從中提取物理與幾何特性。
有關(guān)三維空間數(shù)據(jù)的采集與更新，傳統(tǒng)的測量方法存在一定局限性。如遙感或者航空攝影等方式測量建筑物時，雖然能獲得目標的紋理特征、空間信息等，但是主要是獲得建筑頂面信息，卻無法獲得建筑物的紋理數(shù)據(jù)及集合數(shù)據(jù)；地面攝影測量則只能獲得建筑物立面的相關(guān)信息；通過激光掃描系統(tǒng)能獲得距離感較好的場景式三維描述，但是獲得數(shù)據(jù)的噪音大，很難形成信息與拓撲關(guān)系的提取。不同的獲取數(shù)據(jù)手段方式之間大多具有互補性，因此可利用多傳感器獲得更多的源數(shù)據(jù)，并通過融合方式建立3D模型，這也是當前研究的熱點話題，不同傳感器的組合方式能夠獲得不同的空間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
其中最具代表性的研究成果主要有：根據(jù)地面的攝影測量與航空測量組合獲得3D空間數(shù)據(jù)；通過“地圖、激光掃描、地面攝影”組合方式，從平面圖及空中激光掃描的數(shù)字表面模型（DSM）中獲取三維信息；利用專業(yè)建模工具，如3Dmax、OpenGL、AutoCAD、VRML等建立起三維模型，并將CCD中獲得的信息粘貼或者鑲嵌到立體模型中，形成逼真的數(shù)字景觀圖；通過CSG方法實現(xiàn)真3D模型，并利用3s技術(shù)等構(gòu)成集成的地面車載或者機載數(shù)據(jù)系統(tǒng)；通過AutoCAD建立起幾何模型，并對模型實行真實的相片紋理映射，以生成真3D模型，再從地面攝影中獲得紋理信息。
3、三維GIS技術(shù)在工程測量中的有效應(yīng)用
地理信息數(shù)據(jù)作為比一般事務(wù)數(shù)據(jù)更復雜的內(nèi)容，除了具備基本事務(wù)數(shù)據(jù)的屬性外，還具備獨立的屬性即空間定位。因此，地理信息數(shù)據(jù)是以空間參考為依據(jù)，通過定點、定線及定面等方式與地球表面建立聯(lián)系的空間信息。
3．1地理數(shù)據(jù)的獲得
地理數(shù)據(jù)的測量最基本內(nèi)容就是屏幕顯示地理數(shù)據(jù)，也就是用戶選擇視覺變量（色彩、尺寸、紋理）的前提下，實現(xiàn)全要素顯示、分區(qū)顯示、分圖層顯示等。但是這種表示不同屬性地理數(shù)據(jù)大多以色彩、尺寸及紋理的不同來區(qū)分，不能達到形象的效果。因此，數(shù)據(jù)符號是三維GIS測量的重要方面，利用工具軟件實現(xiàn)強大的地理數(shù)據(jù)符號化功能，并加以圖例說明，這樣就可將地理數(shù)據(jù)活靈活現(xiàn)地搬上屏幕，實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的可視化。另外，將屏幕地圖上標好注記，就能獲得簡單的電子地圖，電子地圖是三維GIS技術(shù)進行工程測量的產(chǎn)品之一。
3．2可視化的科學計算
將各種各樣經(jīng)過處理的模型進行分級分類數(shù)據(jù)，并將統(tǒng)計數(shù)據(jù)以專題圖的方式表現(xiàn)出來。例如以不同的色彩或者紋理來顯示分類圖；以同一個色相中的不同飽和度表現(xiàn)分級圖；以直方圖、圓餅圖等體現(xiàn)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)等。科學的計算可視化數(shù)據(jù)可充分表達人們對信息的深入理解。
3．3查詢地理信息
主要通過對地理信息語言的查詢，能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中內(nèi)容或相關(guān)圖標等進行直觀化、形象化的操作查詢，也就是說查詢結(jié)果中既包括數(shù)據(jù)，也包括與之相關(guān)的文字、表格及圖形。
3．4地理信息的三維可視化體現(xiàn)
三維仿真地圖主要通過仿真技術(shù)，以三維立體形式直觀表現(xiàn)空間現(xiàn)象信息，讓用戶體驗到真實環(huán)境的感覺。因此，三維GIS技術(shù)是地理信息可視化的主要潛力產(chǎn)品形式之一。另外，通過多媒體技術(shù)和可視化相結(jié)合，能有效改善傳統(tǒng)的地理信息僅通過文本、表格、圖形等方式表達并傳輸空間信息的單一方法，而是以文本、圖像、圖形、動畫、聲音及視頻一體化的多媒體空間表現(xiàn)內(nèi)容，極大豐富了地理信息的可視化形式。
3．5空間分析結(jié)果的描述
三維GIS技術(shù)的空間分析包括網(wǎng)絡(luò)分析、地形分析、緩沖區(qū)分析及疊加分析。通過可視化技術(shù)的應(yīng)用，可以將地理現(xiàn)象的空間分析結(jié)果更形象、更直觀地表達出來。例如以通視分析方法對地形進行測量，可通過間斷或者連續(xù)的線段來表示地表中的通視或者不通視。即使時間或者空間發(fā)生了改變，例如在不同時間、不同圖幅中任一要素的緩沖區(qū)等，都可以通過三維GIS技術(shù)方式描述。
3．6地圖動畫采集
前面提高的可視化方法是對測量數(shù)據(jù)的靜態(tài)表示，地圖動畫則是一種動態(tài)表達形式。地圖動畫是在傳統(tǒng)的二維空間或者三維空間事物的前提下，加上時間維，讓有關(guān)時間的地圖內(nèi)容等隨著動畫的改變而改變。地圖動畫能有效彌補靜態(tài)地圖表現(xiàn)方法的不足，讓觀察者更自然、更直觀地理解時空數(shù)據(jù)，常用的地圖動畫表現(xiàn)方式主要有：開窗的放大與縮小、拉縮鏡頭、閃爍強調(diào)、漫游平移及有關(guān)運動動畫等。
參考文獻：
[1]李木子.現(xiàn)代工程測量三維GIS技術(shù)若干問題的研究[J].黑龍江科技信息.2010（27）
[2]阿帕爾沙塔爾.淺析在工程測量中測繪新技術(shù)的應(yīng)用與研究[J].管理學家.2011（2）
[3]辛浩遠.三維GIS的數(shù)據(jù)獲取方法及特點[J].中華民居.2010（10）
[4]徐紅專.基于GIS的測量控制點管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].蕪湖職業(yè)技術(shù)學院學報.2010（2）
[5]李愛民、郭立群.基于GIS的公路測量信息管理系統(tǒng)[J].測繪科學技術(shù)學報.2007（6）
[6]劉彥文、周霞.基于野外測量生成GIS數(shù)據(jù)初探[J].科技資訊.2007（32）
[7]唐志軍、郭小亮、張東升.測量與GIS常用坐標系及其轉(zhuǎn)換[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟.2007（8）
[8]馮尊德、寧偉、張永常、范勇.GIS的非線性測量數(shù)據(jù)的誤差處理及其應(yīng)用[J].遼寧工程技術(shù)大學學報：自然科學版.2006（B06）