地理信息可视化技术精选(九篇)

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第1篇：地理信息可视化技术范文

关键词：三维可视化; GIS; 空间数据

中图分类号：C37 文献标识码： A 文章编号：

一、前言

目前，科学可视化、计算机动画和虚拟现实技术蓬勃发展，并成为计算机图形学领域的三大热门研究方向，它们的核心都是三维真实感图形[1]，也就是三维可视化技术。三维可视化技术是目前计算机技术和图像图形学发展的热点之一，它是依靠视觉效果将数据所要表达的信息直观显示出来的一种最好的方法。传统的地理信息系统对实物的空间立体感表达就比较抽象，将三维可视化技术引入GIS领域中可以动态地、形象地、多视角地、多层次地、如实逼真地描绘地球科学中的客观现象。如通常所见的地形三维可视化、虚拟战场、数字社区和虚拟城市等。本文结合在GIS中的应用介绍三维可视化开发的基本方法。

二、 三维可视化GIS关键技术

三维可视化技术可以简单的分解为三种技术的结合:可视化、三维和GIS。下面分析了可视化技术、虚拟现实、体视化技术、三维技术等关键技术。

1、可视化技术

可视化，也称为科学计算可视化(Visualization in Scientific Computer),它是指运用计算机图形和图像处理技术，把科学数据转换成可视的、能帮助科学家理解的信息，并进行交互处理的理论、方法和技术。GIS可视化技术是目前信息领域中广泛应用的一项技术，它通过强大的、有效的地图系统将复杂的空间和属性数抓以地理的形式进行描述，具有界面风格人性化设计，实现了文本、图形和图像信息相结合的定位、查询、检索模式信息表达形象化、自观化操作简单便利等特点[2]。

2、虚拟现实

虚拟现实(Virtual Reality)技术是一个由图像技术、传感器技术、计算机技术、网络技术以及人机对话技术相结合的产物。它以计算机技术为基础，利用高性能、高度集成的计算机硬、软件及各类先进的传感器，去创造一个使参与者处于一个三维视觉、听觉和触觉的环境，具有完善的交互作用能力、能帮助和启发进入虚拟境界的参与者的构思的信息环境。利用计算机系统提供的人机对话上具，同虚拟环境中的物体交互操作，使用户仿佛置身于现实环境之中，使参与者足不出户就能身处异景，如遥远的太空、海洋深处、甚至是微观世界。

3、体视化技术

三维体可视化技术是真正的三维。它是由完全的三维空间体数据构建模型，可以对模型切割来获取内部信息。它是每一个空间点对应三个方向，x, y, z，也就是在一个空间坐标上放置每一个属性点，可以由关系V = .f (x, y, z)表示，V表示空间点的属性值，x, y, z分别表示空间坐标[3]。

空间三维实体的可视化，即体视化主要是处理和分析各种体数据，并对这些体数据进行变换、操作和显示，其目的是让人们更清楚地认识蕴含于体数据之中的复杂的结构。体数据可以看成是在有限空间中的一种或多种物理属性的一组离散采样，它可以表示成:ƒ(x)，x ∈Rn；{x}是n维空间的采样点的集合，因此也有人把体数据成为数据集。

4、 三维技术

三维立体显示的出发点是运用三维立体透视技术和计算机仿真技术，通过将真实世界的三维坐标变换成计算机坐标，通过光学和电子学处理，模仿真实的世界并显示在屏幕上。三维技术广泛应用在资源环境模型、地形模拟、CAD辅助设计、影视特技、广告设计等方面。它具有可视化程度高、表现形式灵活多样、动态感和真实感强、资料更新方便等优点。

三、 三维可视化算法

直接体绘制技术具有能够产生三维数据场的整体图象，包括每一细节，并具有图象质量高，便于并行处理等优点，因而成为当前科学计算可视化中有吸引力的重要研究课题之一。鉴于直接体绘制技术的优势，下面重点介绍了光线投射法，移动立方体法以及Z-Buffer消隐算法[4]。

1、光线投射算法

光线投射算法是目前使用最广泛的体绘制方法之一。对于图像平面上的每一象素，从视点投射出一穿过该象素的视线，该视线穿过体数据空间，算法直接利用该视线上的采样值计算该象素的光强。其过程包括：数据预处理；数据值分类；重新采样；图象合成。

2、移动立方体法

移动立方体法(Marching Cubes算法)是三维数据场等值面生成的经典算法，是体素单元内等值面抽取技术的代表。与光线投射法不同，移动立方体法属于表面拟合算法之一。

移动立方体法基本思想为：首先逐个体素依次处理，找出该等值面经过体素的位置，求出该体素内的等值面并计算出相关参数，以便绘制出等值面。等值面的定义如下：

{(x, y, z)| s (x, y, z) = c0}，c0是常数。其中s(x, y, z) = a0+a1x+a2y+a3z+a4xy+a5xz+a6yz+a7xyz

ai (i=0, 1,..., 7)为常数，它们由体素的八个角点值唯一决定。

该算法中，体素是一逻辑上的立方体，由相邻层上的各四个象素组成立方体上的八个顶点。算法以扫描线方式逐个处理数据场中每一立方体体素，求出每一体素内包含的等值面，由此生成整个数据场的等值面。

3、Z-Buffer消隐算法

从一个视点去观察一个三维物体，必然只能看到该物体表面上的部分点、线、面，而其余部分则被这些可见部分遮挡住。如果观察的是若千个三维物体，则物体之间还可能彼此遮挡而部分不可见。因此，如果想有真实感地显示三维物体，必须在视点确定之后，将对象表面上不可见的点、线、面消去。执行这一功能的算法，称为消隐算法。

Z-Buffer算法的步骤如下：(1)初始化，帧缓冲器CB置成背景的光强或颜色，Z缓冲器ZB置成最小z值；(2)对多边形P，计算它在点(I,j)处的深度值zij；(3) zij>ZB(i,j)，则ZB(i,j) =zij, CB(i,j)二多边形P的颜色；(4)对每个多边形重复(2), (3)两步，最终在CB中存放的就是消隐后的图形。

四、三维可视化GIS实体的表达和三维数据的可视化

对于三维地理信息系统的空间数据的表达和二维地理信息系统有一定的差别，因此在数据实体的表达上，也有三维地理实体的特点。国内学者李清泉等人提出了以下表达建筑物和地形的三维信息[5]：地形被表达为数字高程模型（DEM）、数字地形模型(DTM)；建筑、构筑物等用实体(CSG)和边界表示(B-rep)。每种不同的表达方式都有各自的特点，根据不同的口的和不同的要求而定。在国内，地形数据的表达普遍采用的是DEM和DOM匹配，生成地形图；建筑物通常以2.5维的形式存在，之后进行纹理贴图。

DTM是描述地表单元空间位置的和地形属性分布的有序集合，是定义于二维区域之上的一个有限向的向量系列。它以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形，通过存贮在介质上的大量的地面点空间坐标和地形属性数据，以数字形式来描述地形地貌。它随用途不同具有不同的数据结构，但一般均可变换成为规格点组成的栅格数据形式。

DEM通常用地表规则网格单元构成的高程矩阵表示，广义的DEM还包括等高线、三角网等所有表达地面高程的数字表示。在GIS中，DEM是建立三维地形的基础数据，其他的地形要素可由DEM直接或间接导出，成为“派生数据”，如坡度、坡向。DEM主要有三种表示模型:规则格网模型(GRID、等高线模型和不规则三角网模型(Triangulated Irregular Network，TIN)。

由于三维几何表示能提供物体的几何描述，使空间物体可用计算机来存贮、处理、显示。物体3D表示可以有多种方法，大致分为基于体表示和基于面表示两大类，其中，具有代表性的是结构实体表示(Constructed Solid Geometry, CSG)和边界表示(Boundary representation, B-rep)方法。CSG方法在计算机辅助设计(CAD)中应用广泛，它通过预定义的模型单兀来表示空间物体，这些单元具有规则的形状，如:立方体、圆柱体、圆锥体等，单元间的关系主要是布尔操作。CSG方法的优点是模型关系简单，便于显示和数据更新，缺点是空间分析难以进行:而B-rep表示方法，可以通过对构成物体边界的点、线、面和体四种类型兀素的精确描述，即能够精确表示物体几何位置以及兀素间的拓扑关系，虽然B-rep方法适于空间操作和分析，但存储空间占用多，计算速度较慢。

五、三维可视化在GIS中的应用

目前在社会的各行各业中，地理信息三维可视化系统都得到了广泛的应用[6]：

1.城市：地理信息三维可视化系统应用于城市建设的很多领域，如大楼的建筑结构和住户管理、空气污染与流动状态监测、地下水源污染监测、地下管线的规划与管理等。

2.环境：二十一世纪全社会都更加重视环境保护，地理信息三维可视化系统可以表达大上、地面、地下多层次的环境状况，更好地模拟真实三维环境，帮助人们更好的管理与治理环境。

3.地质：地质是资源、矿山、环境等众多学科与工程应用的基础。地理信息、三维可视化系统应用于表达复杂的三维地质构造形态(如地层界面、不整合面、断层等不规则的面状构造)，表达岩石内部结构(如层理、纹理、走向、孔隙度、孔隙连通方向等微细的内部构造)以及岩体内部物质的分布状况。

4.矿山：在矿山领域，地理信息三维可视化系统平台应用于表现矿体及围岩形态，表达巷道、采矿工作面形态，表达矿井风流状况、瓦斯浓度、地场应力等三维现象，如果再加上各种知识库、专家系统，还可支持三维环境下的工程管理与决策。

5.海洋：二十一世纪是海洋的世纪，海洋的研究与管理在我国可持续发展战略中将占据越来越重要的位置。海洋在不同深度的含盐量、水温、压力、水流方向都是不同的，地理信息三维可视化系统应用于表达海洋世界，可以帮助人们更好地研究与开发海洋。

6.气象：地理信息三维可视化系统应用于反映不同高度上气流、气压、大气成分的变化情况。

六、结束语

目前，三维可视化地理信息系统的研究已成为国内外研究的热点，随着计算机技术以及相关三维可视化技术的发展和地理科学、大气科学、海洋科学等研究三维空间特征的深入，三维可视化地理信息系统的研究与开发已成为地理信息系统研究领域的重要方面和今后发展的一个趋势。

参考文献：

[1] 和平鸽工作室编著.OpenGL高级编程与可视化系统开发(高级编程篇).北京:中国水利水电出版社，2003年1月第一版.

[2] 郑琦.吴刚.朱莉等.可视化技术在MIS中的应用研究.计算机仿真.2005.4. 第22卷第4期.

[3] 何全军.三维可视化技术在地理信息系统中的应用研究.吉林大学硕士学位论文.2004.

[4] 缪海岚.面向地学应用的三维GIS可视化技术研究.福州大学硕士学位论文.2002.

第2篇：地理信息可视化技术范文

【关键词】电网调度自动化；可视化技术

电网调度自动化集成系统可视化的目的是将计算中所产生的数字信息转变成直观的以图形或图像形式表示的信息，使用户对仿真计算的对象有形象而全面的了解，并使用户可以观察到数值模拟和计算的过程，甚至可以在仿真过程中对象进行交互控制，从而更加有效地处理和分析海量的工程数据，为工程人员提供一个探索和研究物理现象的先进工具，反映客观世界的本质和内在联系。

一、电网调度自动化集成系统可视化技术的研究背景

随着大电网的发展趋势，同时智能化调度的要求越来越高，监控系统数据多元化　，使得传统数据展现手段有所局限，需要将电力系统运行状态利用可视化技术将系统运行状态以图形或图像方式予以显示，使系统运行人员更方便、更直观地了解当前系统的运行状态，以便其采取的运行控制措施更有效、更有针对性。

电网运行规模向巨型网络发展，分区电网之间得相互支援、相互补充成为现实和趋势。精确化数据来源（PMU，　IED等）使数据采集种类大大增加。天气监控，环境监控，地理信息的融入使得电力系统运行成为一门综合类学科。电网规模的增加使得采集数据的数量和频度都在急剧增加，需要监视分析的数据量巨大。面对海量的不断变化的信息，调度员往往对数字并不敏感，同时静态的数据式表达无法满足电力系统运行对发展趋势，变化区域，运动速率和方向观察和分析需求。电网运行裕度越来越小，为了保障电网安全运行的动态响应能力，对智能调度提出了更高的要求。

二、电网调度自动化集成系统可视化技术的引入意义

可视化核心思想是Show me what I need to see Less is More　.采用可视化技术实现对电网的监视，让调度员在很短的时间内直观地感受到电网运行的情况和趋势；提高电网的调度水平，有助于电网调度向“智能化”转变，减轻调度人员分析压力，将会给电网的安全稳定运行带来明显的社会效益和经济效益。。智能调度是今后调度自动化的发展方向，而可视化技术是智能调度的重要展现手段，因此具有很强的技术研究和应用意义。

三、电网调度自动化集成系统可视化技术的发展现状

第3篇：地理信息可视化技术范文

关键词：砂土液化;勘察;信息技术;GIS;优势;应用

中图分类号：TU413 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）06-0073-02

受振动影响，细砂土等物质会呈现液态现象，将其称之为砂土液化。有时在孔隙水压影响下，砂土所受应力发生变化也会使其从常见状态变为液态。砂土液化现象的出现很容易造成地下水漫溢，造成“喷水冒砂”现象，严重时甚至可导致地面大面积沉陷，给建筑物带来极大的危害。由于砂土液化现象多发生在地下位置，人眼无法直视，故借助信息技术实现勘察可视化操作成为了该项技术创新应用的突破口。

1 信息技术与地质勘察

信息技术主要用于信息处理，是多种应用技术的统称，按照操作、功能、设备等差异进行划分，可分为多个技术类型。它集信息采集、传输、存储、加工于一体，应用十分广泛。在地质勘察工作中，信息技术凭借一系列优势也得到普及和推广，利用信息技术配合地质勘察相关技术应用能帮助人们更好的进行数据分析和处理，进而优化操作，有利于推进地质勘察工作便捷化。目前，在这一领域中，信息技术与地质勘察技术的综合应用已经成为发展趋势，越来越多的信息技术逐渐融入到地质勘察技术中，推进了新型勘察手段的研发，在砂土液化勘察工作中也是如此，其应用优越性一目了然。本文结合勘察工作的具体开展对信息技术的应用优势加以说明。

2 砂土液化勘察中信息技术应用的优势分析――以

可视化为例

信息技术在砂土液化勘察工作中应用十分广泛，可以说基于科技手段开展的勘察工作或多或少都会运用到信息技术。由于篇幅有限，本文选取地理信息系统为主要研究对象，分析信息技术的应用优势。

2.1 GIS的应用机理

可视化操作是砂土液化勘察技术发展、创新的一大转折点。它的实现主要是基于地理信息系统。地理信息系统（GIS）是地理学研究领域中应用十分广泛的信息技术。GIS属空间信息系统，信息处理主要作用在地球表层空间，除具备前文提及的信息技术作用功能外，还能实现数据运算、信息的分析与描述等。

GIS系统在实际应用中具备如下功能：①通过数据获取建立相关信息数据库;②通过格式化操作变换数据结构;③存取、组织数据;④查询、统计、计算;⑤空间分析;⑥显示输出。

这些功能为砂土液化勘察工作实现可视化操作奠定了技术基础，特别是显示输出功能的存在，能够帮助砂土液化勘察通过计算机屏幕进行数据表达。

2.2 GIS的具体应用优势

①砂土液化勘察所用数据或勘察工作所得数据极具空间性，大部分的应用信息都数据空间型数据。以SPT数据为例，锤击数与勘察深度两个条件只有同时具备时，技术人员才能进行分析。诸如此类的空间数据在砂土液化勘察中十分常见，因此为方便管理需要有专门性质的空间数据库来集中存放，而这正是空间数据系统GIS的强项。

②砂土液化勘察过程复杂，特别是勘察工作进入到评价阶段时需大量岩土工程数据，除SPT数据、岩土体分层信息数据、地震设防数据、CTP数据等数据之外，还需要土层物理指标、固结、荷载、地质构造、地貌形态等一系列数据。GIS系统拟建数据库将上述信息分门别类存放，能够极大的提高信息提取效率，便于数据取用，从而推进勘察工作的顺利开展。

③有利于实现勘察数据可视化。在信息领域中，可视化对于接受、传输信息而言意义重大。特别是空间数据，由于其具有多维性，利用可视化操作的优点更是明显。砂土液化产生的原因通过前文分析可以看出同岩土环境关系甚密，为了能够将地理环境因素更多的融入到砂土液化勘察工作中，需要系统具备可视功能，以扩宽研究人员的想象空间，激发其创造性思维。

④在砂土液化研究方面，我国现阶段使用的办法借助GIS可以达成一定目的，例如：GIS可拟建分析模型，用以对液化问题展开评价，这也在一定程度上为GIS在砂土液化勘察中的应用提供了契机。

3 信息技术下可视化的实现与应用

3.1 可视化系统建设

在信息数据反应方面，GIS空间性强，对空间数据的处理的也能体现出多维性。不仅如此，砂土液化问题的多因素效应也能通过GIS来展现，从这两方面可以看出，将GIS与砂土液化勘察充分结合在GIS平台上开发可视化系统对于优化勘察工作而言具有现实意义。可视化系统的具体应用建设在砂土液化勘察工作中主要用于评价阶段。

可视化系统的具体应用建设在砂土液化勘察工作中主要用于评价阶段，其基本构成示意图如图1所示。

图1为可视化系统应用于砂土液化勘察工作的大体构成情况，用户界面模块之下又划分出多个模块内容，不同的模块具备不同的功能，如空间分析模块，其主要功能是开展数据空间分析。

可视化操作系统由地震导致的砂土液化，它不仅借用了GIS强大的数据功能，还叠加了其它一些信息，如地质构造信息、水系信息等。通过该系统设计，勘察评价工作能够在数据空间分布显示状态下开展。

3.2 GIS数据库在砂土液化勘察中的应用建设

在砂土液化勘察中，通过系统建设实现可视化评价的重要前提是拥有空间数据库。空间数据库依照数据信息的不同又分为两种，具体建设如下：

首先，空间图形库。这一类型数据库详细划分下来也分为多种，如地理底图库。GIS之下某一方面具有共性的目标数据可归为一个数据层，用以描述某个属性特征，即为图层。多个图层集合后，则构成砂土液化勘察地的相应目标数据。

从各层数据内容方面来看，可从以下几方面进行信息系统建设：

①基本地理信息。包括交通图层、水系图层、居民地图层、地形地貌图层等。

②地质构造信息。主要包括描述断裂的相关图层。

③专题评价数据。如SPT数据、取样分析等数据。

④专题评价成果数据。如砂土液化预测、危害评估、防治处理等相关图层。

⑤水温地质信息。如水文地质界线图层等。

上述信息系统建设内容根据勘察工作的实际情况可适当进行增减，以凸显勘察研究工作的重点内容。

4 结 语

随着研究领域加深，科技不断进步，传统数据处理方法由于局限已经无法适应新时期的砂土液化勘察工作。现阶段，信息技术的应用正好弥补了传统数据处理方法所固有的局限性，特别是GIS的应用，在很大程度上优化了砂土液化勘察工作的相关环节。

参考文献：

第4篇：地理信息可视化技术范文

【关键词】三维；GIS；问题；探讨

中图分类号：O343文献标识码： A

一、前言

人类在改善技术方面是一直没有止境的，目前三维GIS技术已经在地球信息系统方面得到了广泛的运用，在城市规划以及在气象的预报，甚至在军事方面是有非常广泛的运用，因此三维GIS技术到底是什么，在实际的使用过程中有什么特点无疑是很多人非常关心的问题。

二、三维GIS的行业应用

目前三维GIS在诸多行业中获得了广泛运用，如城市规划、城乡建设、国土资源、地理国情监测、环境气象、通讯行业、综合应急、军事仿真、旅游展示等。现就三维GIS在以下几个方面的行业应用进行探讨。

1、城市规划在城市发展中要求高瞻远瞩，因此一直是三维可视化技术应用的主要领域。城市规划在城市发展中要求高瞻远瞩，因此一直是三维可视化技术应用的主要领域。有效提高规划编制的工作效率。三维GIS可以集成多源规划数据，拥有大量三维模型、纹理、遥感航摄影像，具有海量信息，从而减少踏勘的工作量和成本，提高了工作效率。缩短建设项目的审查周期。在三维GIS中，展示待审查项目的相关信息，如建筑物的密度、高度、风格、协调性等，并实时对建设目标进行参数化修改与调整，立即展示审查意见，最终得出科学的审查结论。

2、城乡建设管理

计算建设项目挖填方量。在建设项目设计中，根据三维GIS中建立的数字高程模型（DEM）和设计高，计算挖方量和填方量，经多次模拟计算，可求得挖填方平衡的最佳设计高。提高道路设计效率。输入各种设计参数，如行车道、隔离带、路缘、人行道、边坡、附属物等要素尺寸，使道路按设计高与DEM上融合，并计算建设时的挖方量和填方量，提高道路设计效率。快速实现水利工程的前期选址和灾害评估。结合水动力水文模型，对淹没损失和水利工程前期选址的科学性等进行空间分析，从而合理确定移民安置范围、科学评估淹没地区生态环境等。

3、国土资源、国情监测管理

借助三维GIS技术，建立国土三维信息系统，实现国土资源、地理国情的高效、准确和科学管理。在三维场景中能够实现一系列有关地理信息系统和图形的操作，如漫游、查询、量测等，实现空间地理信息服务可视化，保障国土资源管理的有序发展。 在三维GIS中，模拟三维地质构造形态、岩石内部结构等分布状况，展示矿山地质环境现状、矿产资源遥感调查和监测等数据，并实现查询、分析、统计，进而实现矿产资源储量计算，有效监测矿产资源。依托三维GIS平台，可以多维多时态展示道路交通、水系信息、植被覆盖、滑坡等信息，进而分析地形地貌、道路密度、城镇建设、人口密度、建筑用地适宜性、土地利用和土地覆盖变化等，实现开发利用地理信息资源、加强应急保障、国情监测的目的。

4、环境、气象管理

三维GIS能够展示出多层次的复杂环境情况，涵盖地下到空中，如对大气成分、气压、气流以及空气质量在不同高度时的变化情况，空气中的污染物受风流影响迁移情况，地面或地下的污染物受水流影响迁移情况。通过分析技术，展示气象及环境的发展规律，并进行预测，有效地进行环境管理，将天气系统的演变情况以及未来的趋势更好地展示给公众。

5、通讯行业管理

在三维GIS平台中，通过对通信业各种资源的有效展示，并实现基于GIS的网络规划预算、工程设计、工程项目管理、资产统计分析、市场分析及预测、通信线路运行检查和实时监控等功能，有利于实现资源的统一管理、迅速准确地进行滚动规划研究、动态地查询网络运行情况、提高通信企业的客户服务质量。

6、公安、消防、水利应急管理

三维GIS技术也可以在公安系统中发挥作用。运用摄像头等设备实时监控、监听警情，把握治安状况，提升工作效率。建立消防地理信息管理数据与三维GIS的关联关系，可以有效提高处警效率。例如，在郊区森林防火方面，展示山势、道路走向，根据系统分析功能，模拟火势发展及影响面域，从而快速灭火；市中心部分区域，可以分析最近消防警力、消防水源，实现有效灭火，减少社会损失。建立交互式的三维管理调度系统，配合防汛防洪预警系统，实现水利应急管理。制定、修改、维护、更新防汛预案，提供决策支持平台更加直观的做好防汛减灾工作。

7、军事培训演练

在军事领域，三维GIS技术也得到了广泛应用。对军事学而言，建设可靠的三维地形地貌平台系统至关重要。此外，还可以依据实际需求，构建军事演练的虚拟现实平台，方便进行单项演练，同时也支持大型的综合演练，为作战机动车和人员配置专业的GPS定位系统，依靠三维GIS技术进行实施跟踪和定位，确保观察效果，降低军事培训和演练的成本，节约人力物力。

8、三维旅游展示管理

旅游景区拥有独特且丰富的人文资源、自然风光，将互联网信息技术和三维GIS技术引入其中，建立多功能互动式旅游服务平台，将旅游资源特色全面展现出来，除了推介旅游产品、展示景区风貌以外，还能实现品牌效应，使景区的对外形象得到提升。

三、三维GIS技术在我国电力行业中具体分析

三维可视化是一种利用计算机技术，再现三维世界中的物体，并能够表示三维物体的复杂信息，使其具有实时交互的能力的一种可视化技术，是对现实世界的真实再现[2]。三维可视化技术始于20世纪80年代后期，但由于受到计算机硬件条件（如内存小、速度慢等的限制，该技术的应用受到了一定制约。20世纪90年代中期以后，三维可视化技术才日趋成熟。由于人们对三维信息的需求与日俱增，三维可视化技术方兴未艾，已经广泛应用于社会生活的各个领域。交互的三维可视化在学科与产业中日益成为一个主流技术，它完善了地理信息系统空间分析处理能力并拓展了地理信息的表现形式，而且它是实现地理信息系统与人的交互的窗口和工具，所以三维可视化可以动态地、形象地、多视角地、多层次地描绘地球科学中的客观现象。

三维可视化的发展，缩短了现实世界和计算机虚拟世界的差距，其对三维现实世界的可视化是以GIS为前提的。三维GIS能以其真实可视化效果生动地再现现实景观，直观地表达智能变电站中设备同周围地理环境在空间上的相互关系，并将各种巡检信息综合起来，实现在变电站的统一、规范、精细化管理。

随着变电站的增加，传统的以文字加图片描述对站内设备进行管理的方式由于信息表现的不足，越来越不适应电网建设的需要。例如文字和图片无法表现变电站内部各种设备的空间位置关系[5]。将三维GIS技术应用到智能变电站巡检中，采用三维GIS技术对变电站场景进行高仿真建模，从而在系统中真实呈现变电站场景，为业务人员提供设备异常预警、智能巡检等功能，为变电站的日常运维工作提供支撑。

我们将三维GIS技术应用到智能变电站巡检中，通过自定义常用巡检路线，集成设备帐台数据、历史缺陷数据、自动化系统监测数据、监控系统视频监测数据等，结合三维仿真场景的设备空间数据，提供第一人称、第三人称漫游方式，在高仿真三维场景中进行自动巡检，并结合双屏场景及数据输出，全方位展示巡检，最终实现实时远程巡视。

将三维GIS用于智能变电站巡检中是建设智能电网的需要，也是经济社会发展的需要。通过GIS的模拟、虚拟功能，对变电站运行数据进行分析，并对缺陷数据等各种数据进行可视化综合展示，为变电站的日常运维工作及辅助决策提供有力支撑。

四、目前国内外公司三维GIS的发展遇到的主要问题

随着计算机科学技术的发展和GIS应用的不断深入，在很多领域如地质、矿山、环境、海洋、气象、数字城市等，二维地理信息系统已不能满足人们的需求，取而代之的是空间的、立体的三维GIS。进入20世纪90年代后，三维可视化与虚拟现实技术的迅猛发展使得建立三维GIS成为可能，而“数字地球”对建立三维GIS也提出了更为迫切的要求。三维GIS不仅能表达空间对象间的平面关系和垂向关系，而且也能对其进行三维空间分析和操作，向用户立体展现地理空间现象，给人以更真实的感受。

由于三维GIS的复杂性和涉及领域的广泛性，需要实现真正意义上的三维地理信息可视化，面临着一些应用方面的需求： 首先是海量数据的存储和快速处理。由于数据量庞大，海量数据需要分布存储技术，可以采用云计算的分布式存储技术保证数据量的可靠性和可用性。云计算可以同时满足大量用户的需求，并行地为大量用户提供服务，并且具有高吞吐率和高传输率。

其次是，空间数据模型的合理选择。由于3D-GIS的应用领域不尽相同，各领域对3D-GIS的功能需求差别甚大，寻找一种适合于所有领域的3D空间数据模型是不现实的，不可能研制出一个通用的3D-GIS系统。各专业领域可以根据其具体的专业需求，选择适当的数据模型，开发出适合于其需求的专业3D-GIS。

目前国内外三维GIS主要面临的挑战。三维GIS的空间数据模型需要满足以下要求：明确对象的定义语言，几何变化关系；可以包括多种可视化模型的显示；具有一定的计算分析能力；形成高效的信息检索机制；并可与其他模型进行转换[4]。已有的数据模型主要是从面、体、集成和对象四个方面进行描述和分析。但现在的三维数据模型缺少统一的数据描述模型，无法真正实现现实世界地理实体三维数据模型的高度统一。 目前国内外面临的挑战包括：

1、三维数据实时获取

实现三维GIS表达非常困难，由于三维GIS数据采样率很低，无法像二维地图那样准确的描述，容易出现偏差。同时，三维GIS的属性对于二维来说并不是线性增长的，且其复杂性使得几乎无法准确描述。因此，二维的数据模型在三维中是不可用的，三维数据实时获取尤为关键。

2、海量数据存储与分析

三维数据量相比二维数据量更是指数级的增长，快速处理海量数据是一个巨大的问题。除提升硬件性能外，更需要高效的数据模型和高并行多线程处理和分析技术。

3、三维GIS数据模型

空间数据库是GIS的基石与核心，三维亦如此。而要建立三维空间数据库，必须首先建立准确的空间数据模型，否则根本无法实现三维GIS的客观描述

4、智能决策是GIS的高级应用，在二维中以显示其能力的不足，目前仍很难实现，只能做一些简单的数据库操作，无法实现智能决策。在三维GIS中，同样面临着这个问题

五、三维GIS的发展前景

随着计算机科学技术的发展和GIS应用的不断深入，在很多领域如地质、矿山、环境、海洋、气象、数字城市等，二维地理信息系统已不能满足人们的需求，取而代之的是空间的、立体的三维GIS。进入20世纪90年代后，三维可视化与虚拟现实技术的迅猛发展使得建立三维GIS成为可能，而“数字地球”对建立三维GIS也提出了更为迫切的要求。三维GIS不仅能表达空间对象间的平面关系和垂向关系，而且也能对其进行三维空间分析和操作，向用户立体展现地理空间现象，给人以更真实的感受。

由于三维GIS的复杂性和涉及领域的广泛性，需要实现真正意义上的三维地理信息可视化，面临着一些应用方面的需求。例如海量数据的存储和快速处理。由于数据量庞大，海量数据需要分布存储技术，可以采用云计算的分布式存储技术保证数据量的可靠性和可用性。云计算可以同时满足大量用户的需求，并行地为大量用户提供服务，并且具有高吞吐率和高传输率。

随着3D-GIS的发展已经出现了4D-GIS，即在三维的基础上增加了时间维。如自然灾害会造成局部地址条件剧烈变化，需要将时间数据与3D模型相结合，形成时间-空间的4D-GIS。例如地质学家评价某时刻的所有地质条件或某时间段内的平均地质条件，就可以考虑时间数据与3D模型的结合，形成4D的空间-时间GIS模型。

另一方面，随着网络技术的发展，3D-GIS不仅局限于单机，而更多的应用于网络，使得更多的用户通过Internet突破空间限制，共享地球空间的各种信息。

三维GIS优势在于对空间信息更加形象生动的表现形式，其目的是使用户更容易完成对空间信息的认知。三维GIS涉及到很多支撑技术和研究领域，重点在于空间数据的分析处理。目前准三维平台一样在发挥强大的作用，支持专业的应用。三维GIS开始向空间决策支持系统方向发展，对智慧城市中的主动聚焦决策服务提供强大的技术支持。

六、结束语

总之，随着科学技术的发展，三维GIS技术一定不会仅仅满足于目前的现状，在图像的生动以及在图像的效果上肯定是有更大的追求，因此随着人们对于地质了解的需求越来越高，那么三维GIS技术无疑是会得到更快的发展。

参考文献

[1]刘陵，方军，陈利生等.三维GIS的研究现状及其发展趋势[J].矿山测量，2011，4（2）：71～75

[2]朱庆.3维GIS技术进展[J].地理信息世界，2011，2：25～33

[3]陶琼，朱大明.三维GIS的发展趋势与建模分析[J].地矿测绘，2008，24（4）：35～37

第5篇：地理信息可视化技术范文

数据库技术作为一项理论成熟的数据管理技术，应用非常广泛。它在信息系统的构建中起到信息系统开发和数据的存储、分析、展示的作用，可以实现有组织、动态地存储大量的数据，并提供数据共享和数据处理服务。目前石油勘探开发所涉及的地质、构造、勘探、钻井等专业的信息系统都要数据库支持才能正常工作。国际通用的勘探数据库和企业自建的数据库都能给石油勘探开发提供宝贵的信息资源和庞大的勘探数据。但由于目前很多数据库系统还处于初级阶段，石油勘探开发人员只能下载数据进行加工和推理，不能从根本掌握数据中隐藏的知识。长此以往，研究人员处于一种数据丰富知识贫乏的境地。

地理信息技术系统

地理信息系统的使用给石油勘探开发带来了方便，它可以给石油勘探开发提供更为直观的支持，是石油勘探开发系统中必不可少的工具。尤其在油气勘探开发中，主要研究的是地质构造、物性、岩性、油性等地质的实体特征，地理信息技术系统发挥了非常重要的作用。地理信息技术系统的定位技术，可以评估潜在的石油资源，并直观准确的定位油气资源的空间分布特征。通过图像可视化，可以将数据生成图形，有助于更好地开展石油勘探开发工作。另外，地理信息技术系统具有强大的空间地理分析能力，可以通过数据资源的集成和分析给石油勘探开发提供、适用性很强的完整方案。在国内，石油行业基于地理信息技术系统自主开发了不同专业的数据库系统，而国外一些大的石油公司对地理信息技术系统的应用已经达到了企业级。

三维可视化技术

随着计算机应用软件的开发，作为一种显示描述地质现象的特殊工具，三维可视化技术已经在石油勘探开发中得到了深入的应用。它不但可以利用大量的相关数据检查资料的连续性，还能辨认资料的真伪，分析、理解数据。在石油勘探研究中，三维可视化技术既是一种理解和解释的工具又是一种成果表达工具。其关键技术包括三维建模技术、三维显示技术和三维操作技术。利用三维可视化软件可以直观的感受地层的岩性、构造和沉积等特点，帮助石油勘探开发人员快速准确地了解地质状况，最终确定油气存储的位置，跟踪油气的运动，找出便于开采的最优路径。

虚拟现实技术

第6篇：地理信息可视化技术范文

关键词：IMAGIS；三维地理信息系统；三维建模；高程

中图分类号：TP 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)33-1411-02

Design and Realization of Geographic Information System for Rural Based on IMAGIS

ZHANG Zhen-mei, GAO Yu-zhuo, YUAN Fang

(Network Center of Ningxia University,Yinchuan 750021,China)

Abstract: With deepening of a new socialist countryside the rural people's living standards continued to improve,the new countryside planning and management will reach to a new level,in order to improve the information construction in rural areas of the visual effect for publicity,in this paper,IMAGIS,the new rural Three-dimensional scenes of the construction issues were discussed,and It would create three-dimensional model of rural scenes which based on the principles and methods, to analyze its system of space data and attribute data Management.

Keywords: IMAGIS;Three-dimensional Geographic Information System;Three-dimensional Modeling;elevation

1 引言

传统二维地理信息系统是对三维地理空间中的各种地理对象进行二维平面投影的一种简化，它所表达的地理信息是平面的，因此无法完整地反映客观世界。随着GIS技术和计算机图形学等相关学科的深入研究，传统的二维地理信息系统在很多领域已不能满足人们对现实世界认识与表达的需要，三维GIS正成为当前的一个研究热点。三维地理信息系统是应用三维可视化技术和虚拟现实等技术[1]，以直观的三维地形地物代替了抽象的二维地图符号，使地理空间信息在电脑中立体化显示，从而更加真实的反映三维客观世界，使用户有身临其境的感觉。通过三维GIS，可以完成二维GIS无法进行的某些特性分析，如淹没分析、通视分析、断面分析等，可以实现对三维场景的实时浏览。

新农村三维景观建设是新农村规划建设的重点之一，是农村信息化的具体实施，其相关的空间属性和数据对新农村规划建设有很大的帮助。本文利用IMAGIS在三维地理信息系统可视中的应用，用三维立体空间场景代替传统的抽象二维地图及其相应的描述文件，以其生动的模型来模拟和显示三维空间，以人机互动方式来实现新农村景观的实时漫游，为农村综合事务的管理和服务提供一个科学简便、形象直观的可视化人机交互平台，也为自身对外宣传提供一个直观的平台。

2 系统设计

2.1 系统设计基本原则

为使系统的设计标准化，减少数据冗余，提高工作效率，系统设计必须遵循以下一些基本的原则：1) 数据标准化原则：为了便于数据的共享和交换，对地理要素的分类和编码，属性数据的命名和编码，文件的命名以及数据库的设计等都采用统一的标准。2) 与二维地理信息系统集成原则：二维地理信息系统发展到现在已经相当成熟了，和三维地理信息系统相比较，它们各有优缺点，应充分利用二维地理信息系统研究的成果，将二者有机的集合起来。三维地理信息系统数据模型也常常要利用二维平面数据。3) 易扩展、易维护原则：采用软件工程学的原理方法对系统进行分析和设计，系统中各模块之间尽可能地独立，便于以后进行修改扩展。同时做出的三维模型也要便于修改和维护。

2.2 系统结设计流程

整个系统主要完成三维建模和三维浏览两部分工作，本系统设计流程如图1。

2.3 空间数据和属性数据的管理

图1 系统设计流程

系统中所涉及的数据比较多，主要可以分为两类：空间数据和属性数据。空间数据主要包括原有的二维地面数据以及三维农村模型；属性数据主要包括村内地物的各种属性信息，以及村民的各种相关信息，另外还有一些多媒体信息如建筑物影像文件，语音文件，文本文件等。二维及三维空间数据根据所采用的地理信息系统软件所能处理的文件格式进行存储，属性数据采用关系数据库，如Access进行管理，多媒体信息采用文件方式进行管理，系统记录其存储位置。各类数据通过唯一的标识码（ID号）进行连接，系统存储结构图如图2所示。

3 系统实现

3.1 平台选择

本系统充分利用现有的比较成熟的三维可视化地理系统软件IMAG1S进行三维模型的建立及浏览。IMAGIS软件是武汉适普公司开发的一套以数字正射影像(DOM)、数字地而模型(DAM)、数字线划图(DRG)作为对象的虚拟现实管理的GIS系统。IMAGIS是基于4D产品的二维可视化地理信息系统，它将常规的而为数据模型推广到三维空间，为用户提供了强大的交互操作工具。在二维动态环境中，用户可以真实地重现或创建各种复杂的二维形体，如地貌、地物等。为了进一步的空间决策服务，IMAGIS系统可以直接从二维模型上进行分析和查询，如面积、周长、距离、体积和剖面等。该系统结合了二维可视化技术（Visual Reality）与虚拟现实技术（Virtual Reality)真正做到了管理意义上的“所见及所得”。通过调用IMAGIS影像快速漫游系统（IMAGIS 3D Browser)实现对三维农村模型的显示、场景漫游、空间信息和属性信息的查询和分析等功能[2]。

3.2 三维模型建立

首先选择农村1:500地形图作为底图，利用AutoCAD对其地图进行处理，转换为IMAGIS兼容的数据接口.dwf (R14)格式，将处理过数字化地图利用IMAGIS中的二维图形编辑系统进行屏幕数字化，获得IMAGIS能处理的二维农村矢量平面图。对二维农村矢量平面图中的几何实体添加必要的属性，如建筑物实体添加建筑物高度，颜色等属性。同时利用IMAGIS中的二维图形编辑系统打开等高线文件或导人由其他软件生成的等高线文件，根据等高线文件生成数字高程模型DEM。调用IMAGIS中的三维编辑系统，打开二维矢量平面图，然后在其上添加数字高程模型DEM，以真实的再现地形地貌。如果还有农村正射影像，还可以使用正射影像为DEM贴上纹理，有了正射影像，地面看上去将更加真实，重现了建筑物所在的周围环境。利用IMAGIS中提供的丰富的三维建模功能，根据二维矢量平面图中的线条数据以及属性信息创建三维模型。对于比较规则的建筑物，可以根据建筑物高度，然后统一进行自动创建建筑物或人工创建建筑物。一些较复杂的建筑物可以采用系统提供的三维建模工具进行建模，[3] 也可以先用3DMAX建立模型，再导人到IMAGIS中。基本模型建成之后，再将实地采集的建筑物原始纹理，先用Photoshop加工处理，再采用自动贴纹理或对应点贴纹理等功能贴到各个建筑物表面，从而获得更加真实的农村三维模型。对于树和广告牌等特殊的模型，可以从IMAGIS的模型库中选择相应的模型按照一定的参数添加到当前的场景中。建立的三维农村模型如图3所示。

图2 系统数据存储结构图

利用系统的数据库管理功能，定义和农村三维模型相关联的数据表的名称和结构，添加农村三维模型中各个建筑物的属性信息。系统可以将和各建筑物相关的一些多媒体数据添加到系统中，供用户进行浏览和查看，比如选中的一个建筑物实体，如果多媒体属性文件为“.AVI”格式，则弹出多媒体播放器进行播放。

3.3 三维模型浏览

有了农村三维模型，用户就可以进行一些二维地理信息系统所无法完成的一些三维空间查询与分析，如通视分析，水淹分析等等，将所建立的农村三维模型以及相对应的数字高程模型加入该场景中，用户可以任何的方式进行漫游，进行一些视图操作。用户还可以进行实时控制飞行或指定一条路径进行飞行，并将飞行的过程录制一段电影以供其他文件的调用。

3.4 数据系统

可利用IMAGIS平台所提供的VRML数据接口，将三维农村模型输出为.wrl格式的数据文件,然后借助专门的网络浏览器插件(如:Cortona 2.0等等)实现网络。

3.5 系统二次开发

图3 三维农村模型

作为一个三维地理信息系统平台，IMAGIS所提供的功能不可能完成所有的专业任务。因此，IMAGIS提供了二次开发的接口，针对一些专业应用，用户可以使用其他语言编写脚本程序，再由IMAGIS调用，实现IMAGIS所无法提供的一些功能。通过编写脚本程序进行二次开发，就可以开发出符合用户要求的三维地理信息系统[4]。

4 总结

三维农村地理信息系统的建立将给用户展示一个更加真实的新农村，可以为相关部门对新农村的布局及规划进行可视化[5]浏览，提供可视化的分析和决策，同时可作为新农村对外宣传的一个窗口。三维地理信息系统的技术及方法正逐渐应用于城市规划，工程勘察等其他部门，如建筑方案的比较与选择、灾害预测与防治、资源调查与环境保护等、在数字城市的建设中发挥很大的作用，促进国民经济的发展。

参考文献:

[1] 刘晓艳,林珲,张宏.虚拟城市建设原理与方法[M].北京:科学出版社,2003.

[2] 适普有限公司.IMAGIS用户手册[M].北京:适普有限公司.

[3] 张文军,王卫红.基于IMAGIS的三维景观模型的建立[J].四川测绘,2003.

第7篇：地理信息可视化技术范文

关键词：EV-Globe平台；飞行器；三维显示；转发控制

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）04-0941-04

Aircraft Dynamic Display of Three-dimensional Trajectory System Design

YANG Wei， WANG Hong-xu

（91，550 Troops Command and Control Center， Dalian 116023， China）

Abstract： The use of geographic information technology and 3D visualization techniques， combined with distributed mass data extraction of satellite image maps， digital elevation data and vector geographic information management tools to achieve dynamic reconstruction of three-dimensional space scene on the aircraft trajectory The three-dimensional dynamic display. System has to support the multi-dimensions of land， sea， and air， along with the time and space scene change， the situation information of the movement of all types of equipment， facilities， and other entities， the cross-linking data integration performance ability and a great convenience to the command staff of the decision-making .

Key words： EV-Globe platform； aircraft； 3D display； forwarding control

地理信息系统（GIS）是以采集、存储、管理、描述、分析地球表面及空间和地理分布有关的数据的信息系统[1]。它是以地理空间数据库为基础，在计算机硬、软件环境的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究、综合评价、管理、定量分析和决策服务而建立起来的一类计算机应用系统。

随着计算机技术的飞速发展，GIS 得到了广泛的重视和应用，目标定位与GIS的集成也已深入到各行各业特别是军事领域。它可以实现目标信息在地图上的可视化、一体化和集成化，能够在地图上实时动态地跟踪目标和显示地理方位，给用户的决策带来极大的方便，尤其是为高技术条件下的军事作战任务提供了高效、快速的决策方案。

EV-Globe是大型三维空间信息服务平台。集成了最新的地理信息系统（GIS）技术和三维软件技术，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，提供全球范围的基础影像资料，能够方便快速的构建三维空间信息服务系统。EV-Globe平台具有以下功能：直观的全空间三维可视化能力、海量多元数据集成、高效的三维模型渲染与分析、三维特效功能、逼真的海水渲染效果、地图服务器端的数据动态更新切割。

1 系统设计目标

飞行器三维轨迹动态显示系统设计的目标是利用地理信息技术和三维可视化技术，将飞行器等关键对象和要素嵌入空间，结合卫星影像地图、数字高程数据和矢量地理信息，在动态构建的三维空间场景中，实现对三维轨迹显示信息的分层表现、空间表现和立体表现，以满足显示需求。

对软件设计方案和硬件的选择，在确保系统正常运行的基础上，保证系统有一定的处理能力余量；保证系统具有一定的先进性。系统设计尽可能做到操作简单、易用。采用开放式结构及成熟先进的技术和开发平台，兼顾未来的使用需求和技术发展趋势，以便系统不断扩充、完善。保证系统的可靠性，具备较强的容错能力与适应突发事件能力，具有必要的冗余设计和应急处置方案，防止因突发事件而导致数据丢失或系统丧失支持能力。

2 系统硬件组成

三维轨迹动态显示系统主要由两台数据服务器、两台态势图形工作站、两台转发控制微机以及相应的网络设备组成，设计成主备机配置。系统结构如图1所示。

2.1 数据服务器

用于存储数字高程数据、地理信息矢量数据、卫星影像信息、飞行器数据文件等，飞行器数据文件包括轨迹数据、动态模型、静态场景、测控装备参数及模型等。

2.2 态势图形工作站

用行器飞行全过程的三维综合态势显示，包含飞行航迹、速高曲线、轨迹参数、特征点事件等。

2.3 转发控制工作站

用于接收实时数据，为态势图形工作站提供控制指令和数据源。

2.4 网络设备

网络设备包括千兆交换机、网卡、网线以及配套工具等。用于完成数据服务器、转发与控制工作站和态势图形工作站之间的信息交换。

3 系统软件接口

系统外部软件接口包括操作系统、数据库管理系统、三维空间信息开发平台、显示服务器软件等。操作系统为系统运行提供基础支持；数据库管理系统提供数据管理服务；三维空间信息开发平台提供GIS服务和基本的三维操作服务；指挥显示服务器软件为系统实时提供飞行器位置、姿态、遥测指令等信息。系统操作系统选用Microsoft Windows7和Microsoft Windows Server2008；数据库管理系统选用Microsoft SQL Server2008；三维空间信息开发平台选用EV-Globe3.1，系统软件接口关系如图2所示。

4 系统软件设计

4.1 软件结构

软件由三维显示模块和转发控制模块两部分组成，如图3所示。其中，三维显示模块在三维地理信息平台的支持下，通过调用卫星影像数据、数据高程数据及地理信息矢量数据等数据，构建所需三维地理虚拟环境；在三维可视化技术支持下，通过驱动模型、特效等完成相关信息的可视化展示；地理信息开发平台主要为三维显示模块提供高程数据、地理信息矢量数据、卫星影像信息等。转发控制模块主要完成数据接收、数据处理、数据发送、控制命令生成与流程驱动等功能，在设计中通过UD协议通信，控制三维显示模块的场景渲染，完成态势信息综合显示，采用实时数据驱动和人工干预相结合的方式，驱动流程执行。

三维显示模块在逻辑上通过数据驱动及渲染驱动构成模块的运行机制。三维显示模块通过读取配置文件对系统进行初始化，启动UDP侦听线程和渲染线程。通过UPD侦听线程接收转发控制模块发送的数据处理结果和命令集对弹道位置状态进行更新，对场景要素进行控制等。渲染线程通过帧同步与刷新机制对飞行器、场景要素及地理信息等进行更新渲染。三维显示模块信息流程图如下。

4.2 三维显示模块功能设计

三维显示模块主要用行器飞行过程三维可视化实时显示和其它模型及关键事件的精细化动画演示。三维显示模块在EV-Globe平台的支持下，完成各种环境的虚拟显示及相关信息的可视化展示。根据需求分析，三维显示模块具体包括：飞行轨迹显示、参数曲线绘制、视角管理、地理信息管理、显示管理、动态模型管理等子模块。

1）飞行轨迹显示

飞行轨迹显示主要是根据实际测量出来的飞行器轨迹数据进行展示，使用空间轨迹和轨迹参数信息来显示实测轨迹。

空间轨迹显示主要是在三维地理空间通过绘制轨迹的方式展示飞行器实测轨迹信息。轨迹线可分为理论轨迹和实测轨迹，理论轨迹可用于对飞行器状态进行预示，同时也可用于与实测轨迹进行比较显示。

理论轨迹是根据预先装订的理论轨迹文件，在三维空间进行绘制显示。理论轨迹数据采用excel表的设计方式，方便理论数据的编辑和管理。

实测轨迹是通过UDP包接收转发控制模块处理的轨迹数据，进行实时显示。通过连续显示实时接收的数据，展示飞行器当前运动位置及运动趋势。理论轨迹和实测轨迹均具备空间数据点和投影数据点的显示模式。空间数据点模式是以空间数据点、空间图标模式绘制的空间轨迹；投影数据点模式是以投影数据点、投影图标模式绘制空间轨迹在地球表面上的投影点轨迹。飞行轨迹显示形式灵活、多样，系统支持多条轨迹同时绘制显示，轨迹上的点大小、颜色，以及轨迹的显示或隐藏，用户可设置，设置参数可存入配置文件。

2）动态模型管理

三维动态模型表现是三维显示与二维显示的主要不同点。软件设计通过加入三维动态模型，将飞行器等实体的外形、结构、动作、运动方式等进行表现，提高显示的直观性。

系统中模型对象的位置及姿态采用实时数据驱动的方式，模型的表现包括三维模型、动画、特效等要素。动画用于展示模型的运动状态，特效用于模拟如起飞、喷气等动态效果，两者结合展示关键事件，增强表现效果。

模型管理可分为模型装订、动画配置及演示、特效绑定及演示、动态模型的位置姿态驱动。模型采用专业建模软件构建，根据需求制作关键事件的动画。模型文件由系统读取并装订，在系统中通过特效编辑器绑定特效。利用工具软件创建三维模型后，生成模型文件，在三维显示模块中进行装订加载，可对模型进行添加、删除，并对模型的位置等相关属性进行编辑。用户可对系统中装订加载的模型进行动画配置，包括将动画集与模型部件进行绑定，通过动画集调用的方式对模型动作进行驱动演示。同时，通过动画调用的方式对部件进行隐藏。用户可对系统中加载的模型进行特效绑定，指定模型部件使用的特效，并可设定绑定特效的大小、位置等属性

3）参数曲线绘制

根据显示需求，三维显示模块具备高度、速度等参数时间特性信息的表现，具备理论、实测数据对比显示的表现形式。系统采用在三维空间场景叠加参数曲线窗体的方式对参数曲线进行绘制表现。为了满足多参数曲线绘制的需求，三维显示模块设计可设置多个曲线窗体进行参数绘制。

曲线的横轴为时间值，纵轴为参数值，曲线的设置包含时间 轴设置和纵轴设置两部分。时间轴参数包括起始刻度、终止刻度、刻度大小、字体等；纵轴设置包括最大值、最小值、刻度大小、理论曲线颜色、实测数据颜色、单位、系数等。用户可对曲线窗体进行管理，包括设置曲线窗体的大小、位置以及曲线窗体的显示或隐藏等。

4）视角管理

视角管理采用视角分组和视角列表的方式对视角进行组织。视角分为固定视角模式、同步视角模式等。固定视角采用固定观察者位置和视角方向，对观察目标进行静态观察；同步视角采用跟随目标移动方式，以动态的视角观察目标特写、实时动态等信息。

通过视角分组和视角列表选择视角，用户可对每一个视角进行编辑，包括视角捕获、添加视角、视角修改和视角删除等功能。由于视角参数的复杂性不利于用户以参数设置方式进行编辑，设计采用灵活的场景捕获方式，用户通过人机交互界面鼠标拖动等形式，提取视角参数捕获视角，以及进行修改编辑。用户可通过视角预览的方式对场景进行调用，检查视角是否满足需求。为了使系统便于扩展，提高准备效率，用户可对视角文件进行导入、导出，提高视角的复用性和继承性。

4.3 转发控制模块功能设计

转发控制模块主要完成数据接收、数据处理、数据发送、控制指令生成与发送等功能。同时为了适应多任务的需求及后续任务发展需要，转发控制模块具备信息可灵活调整、功能方便扩展、代码修改量少、方便任务准备等特性，任务信息的设置采用配置文件的方式设计。通过配置文件的方式对任务信息进行管理，具备多任务处理的能力。转发控制模块主要具备以下子模块：数据处理、轨迹控制、动态模型控制、视角控制、地理信息控制、显示控制、理论数据模拟飞行。

5 结束语

本文从军事任务的实际需要出发，对飞行器三维轨迹动态显示系统进行了设计。系统在三维空间场景中，通过多种表现方式对飞行器三维轨迹和其它关键要素进行实时显示。重点解决了随着空间场景变化，如何将飞行器等实体运动与陆、海、空多维度相结合，实现态势信息一体化的综合显示问题。系统的设计使得飞行器的飞行过程更加直观生动，数据准确丰富，为指挥人员的决策提供了有力的技术支持。

随着计算机技术特别是软件技术的不断发展，三维显示系统在军事领域的应用必将越来越广泛，将会为提高军事效益和经济效益作出更大贡献。

参考文献：

[1] 张文诗.数字地图及其应用[J].测绘学院学报，2008，11（1）：58-61.

[2] 范新南，陈鹏，谢迎鹃.组件式GIS软件MapX的应用技术研究[J].微计算机信息，2007，19（8）：92-93.

第8篇：地理信息可视化技术范文

关键词：地理信息系统水利水电工程仿真应用

水利水电工程多数较为庞大而复杂。如何采用科学有效的设计方法以提高设计效率，怎样直观清晰地描述复杂工程建设的施工动态过程，是提高工程设计和管理现代化水平的关键。因此，寻求新的技术和计算机辅助设计的方法成为必然趋势。GIS是近年来迅速发展起来的一门地学空间数据与计算机相结合的新型空间信息技术，它把现实世界中对象的空间位置和相关属性有机地结合起来，满足用户对空间信息的管理，并借助其特有的空间分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策。

一、GIS在水利水电工程建设中的应用综述

将GIS应用于水利水电工程建设，以信息的数字化、直观化、可视化为出发点，可以将复杂施工过程用动画图像形象地描绘出来，为全面、准确、快速地分析掌握工程施工全过程提供有力的分析工具，实现工程信息的高效应用与科学管理，以及设计成果的可视化表达，进而为决策与设计人员提供直观形象的信息支持。这给施工组织设计与决策提供了一个科学简便、形象直观的可视化分析手段，有助于推动水利水电设计工作的智能化、现代化发展，极大地提高工程设计与管理的现代化水平，促进工程设计界的“设计革命”。

1．GIS应用于施工导截流三维动态可视化

采用GIS软件系统与其他平台结合的模式中集成模式与扩展连接模式相结合的方式来开发施工导截流三维动态可视化仿真系统。将水文实时数据库和大坝施工实时数据库等数据库存放在GIS平台的表br中，通过Windows的DDE技术将数据传递给调洪演算、日径流模拟、导流实时风险率计算等模块，这些模块用VC＋＋、VB等平台开发16，模拟所得数据再传回GIS平台，以图形、报表的形式输出。GIS强大的数据库管理和图形显示输出能力在这种开发模式中得到了充分利用。数据在GIS平台和VC＋＋、VB等平台间简便迅速地传递，保证了系统开发环境的协调统一。

通过系统分解，对各子系统分别进行仿真计算和图形建模，形成初始图形数据库。各子系统的图形在GIS中以主题地图Theme的形式分层存放，图形有其对应的属性Attributesofbr与之对应，图形与属性信息具有一一对应的联系。

GIS中三维可视化过程具体表现为：首先创建和组装三维场景，接着通过三维实体建模创建三维形状。三维实体模型可以直接由其三维形体坐标参数构建，也可由二维形体生成，其高度由形体特征的几何属性提供，或由表面纹理数据提取。三维实体模型再经过纹理、光照、消隐、阴影等计算显示在三维场景中。

借助GIS强大的空间查询能力可以方便地查询任意时刻施工导流面貌及相应信息。具体实现途径是：通过仿真模块得到施工系统各方面的信息，包括主体及挡泄水建筑物几何形体面貌及其属性，各施工单元的开始时间、持续时间、水流几何形状及其属性，由此得到各施工单元任意时刻的面貌，组合起来得到施工导流系统任意时刻的整体面貌，把它贮存在施工图形库中并与其一一对应的属性数据建立联系，通过用户输入的查询时刻，查找该时刻施工图形库对应的记录，激活其所对应的图素，利用GIS的条件查询与图形显示机制，显示出该时刻施工导流场景及导流信息，如图1所示。

2．GIS应用于地下厂房施工动态演示系统

GIS三维空间数据模型主要是表达空间目标的几何信息和属性信息，同时相对独立的表达空间目标的拓扑关系。动态演示是依靠对任意时刻施工面貌的再现实现的。首先运行仿真程序得到确定方案下的洞室施工过程的信息，包括洞室开挖时间参数（持续时间、开始时间、结束时间）、进度参数、强度参数，将这些参数按工序以电子表格的形式输出。GIS读取这些数据并将其转换成相应的数据库。利用其中的时间参数，通过编程生成任一工序任意时刻的面貌Sit（i工序t时刻的面貌），则地下厂房系统任意时刻的整体面貌St＝∑Sit。演示时通过对施工面貌数据库的循环，逐条读取数据库中每条记录的形体数据及其他的相关信息，形体数据以图形的形式显示在三维图上，其他信息以文本的形式显示在信息框中。从地下厂房施工面貌动态演示系统中可以获得以下信息：

1虚拟的工程环境。应用三维动画技术，制作工程的三维模型，在计算机内虚构一个完整的工程布置，从各种各样的视角和路径都能看见。既能在远处观看工程全貌，也能就近了解细部结构。厂房、引水洞、母线洞、尾水管等建筑物结构的相互关系清晰、明了。由于GIS所特有的地形显示功能，使得地下洞室群所处的地形地貌一目了然。

2地下洞室在各个时刻的形象进度。在施工面貌动态演示系统有时间坐标轴，可观察任意时刻的形象进度和对应于该时刻的地下洞室群施工面貌。

3单项洞室开挖过程、工作面数量和开挖程序等信息。

4洞室群施工中各单洞施工的逻辑关系。

5施工期间任一时刻同时施工的活动。

实时演示能够清晰地显示单洞施工、洞群施工等时间、空间上的逻辑关系，帮助设计人员对施工方案的分析、确认。有助于信息沟通，为决策者提供信息服务。

3．GIS应用于混凝土坝施工全过程三维动态演示系统

利用GIS强大的空间信息处理能力来表现混凝土坝的复杂施工过程具有极大优越性。GIS特有的空间数据组织形式能够充分反映混凝土坝施工系统复杂的空间关系和施工过程。在混凝土坝施工全过程三维动态演示系统中，GIS的可视化过程，即实现模拟数据到图像的变换，分为三个子过程：

（1）数据操纵。数据操纵主要完成数据的过滤，是原始数据的加细或增强，并转化为适合后续可视化操作的表示形式。

（2）可视化映射。可视化映射将数据过滤导出的数据转换为抽象可视化对象（AVO），体现为各种可视化技术。GIS的可视化过程是基于信息处理的，模型以信息链的形式表示，并存放在数据库中。

（3）绘制。绘制将AVO转换为可显示的图像。可以利用GIS强大的动画及图形图像处理技术实现模拟数据、仿真过程的可视化表达。

通过建立坐标系，把现实世界的事物在计算机中对应位置重现出来，及建立实体的数字模型，并按照一定方式将实体与其属性一一对应，从而反映实体的静态空间特征。混凝土坝施工系统的三维可视化仿真数学模型的建立分为两个步骤。首先建立数字地形模型。数字地形是整个施工系统布置和活动的场所，是三维图像展示的重要“背景”。通过人工输入或扫描仪、数字化仪等将地形原始数据（等高线）输入到系统，经过数据过滤后转化为三维矢量数据，进一步生成三维地表面模型DTM。利用内插手段，可以生成更高精度的DTM。DTM在经纹理、光照等图先渲染操作，即生成逼真的坝区数字地形模型，然后建立混凝土坝施工系统中建筑物的三维实体模型。GIS中提供了point，line，polygon三种最基本的形（shape），利用它们可以反映任意复杂的对象。GIS的3D模块提供了实现三维图形的拓扑运算、绘制、渲染、纹理和显示的功能。与地形模型不同的是，实体模型尚需反映其属性信息。实体与属性的一一对应可以利用GIS的空间数据组织结构来实现。另外为了体现施工的动态过程，在反映实体的数据结构中还应包括时间特征，以便在三维演示中根据时间顺序调用不同的实体单元组成施工面貌。把工程施工任意时刻的整体面貌储存在图形库中，并与其一一对应的属性数据建立联系，从而在动画演示时，按时间顺序读取图形库中的形体数据及相应的属性信息，不断更新绘图变量和属性变量赋值，并不断刷新屏幕显示。这样高速地显示一系列静止图像，当图像快速连续时，由于视觉的暂留，从而实现了整个混凝土坝施工过程的三维面貌及相应信息的动态显示。同时利用过程信息，生成三维动画，如图2。

4．GIS应用于水利水电工程施工总布置可视化动态演示系统

以GIS软件为平台，建立数字化地形，施工场地布置系统中各系统部件的三维数字化模型。系统部件的数据信息与其他相关信息，通过映射关系联系形成基础数据库，成为系统的底层支持。这样就实现了各系统部件表层的独立性和深层的耦合性。根据不同工程的施工期长短，选择恰当的基本时间步长，再辅以典型时刻面貌，可以使施工生产管理者对工程进展情况有一个全面直观的了解。GIS中信息的可视化组织表现在对系统数据库的操作及管理上。由于GIS特有的混合数据库设计结构，把数据贮存形式分为两个部分：一是图形数据库，它主要是存放各种专题图及组成它们的所有图素。根据需要，可将不同性质的图素放在不同的图层上，以便今后查询或进行图层叠加分析。二是图素的属性数据库，它主要用来存放描述图素的属性数据。空间数据和属性数据通过内部代码和用户标识码作为公共数据项连接起来，使得描述图素的属性数据与其图素建立一一对应的关系。

该系统实现的总体功能概括如下：

（1）显示枢纽施工总布置三维全景。

（2）演示枢纽施工全过程三维动态形象，直观反映各组成部分空间上和时间上的相互关系。

（3）基于三维枢纽布置模型上实现枢纽布置的各种信息可视化查询，包括建筑物设计参数、设计图纸、基础数据、附属物信息、工程施工进度等。

（4）实现枢纽施工全过程总体施工强度的实时统计及统计结果动态的柱状图显示，包括混凝土浇筑强度、施工机械设备生产率、砂石料等原材料需求量及人力需求量等信息的统计显示。

（5）实现枢纽工程主要建筑物施工全过程动态演示，包括地下洞室群施工全过程仿真及演示、大坝混凝土浇筑全过程仿真及演示、施工场内交通运输系统仿真与演示等。

二、讨论与展望

GIS本身在不断发展，它在水利水电工程建设中的应用亦需不断发展。应用的发展不仅要与GIS本身的发展相结合，还要与水利水电工程专业相结合。在水利水电工程未来的建设中，GIS与其他技术的结合将更加紧密，应用更加广泛。

1．三维建模

GIS中三维几何造型技术已很成熟，对于三维地质模型的建立、图形显示目前均有较多研究。但水利水电工程中三维数字地形模型的建立大多只是停留在面模型这一层面上。对诸如坝区地形模型等的地质模型的构造，除层状地层外仍有一定难度。常用模型方法有两种：表面模型和实体模型。两种模型对复杂地质体非均匀性的描述均感不足。GIS用于水利水电工程中地质建模是今后应用研究的主要内容之一。但影响GIS数据质量的因素繁多，存在许多不确定性，把握适度质量有一定难度。若进入数据库的数据质量过高，则造成浪费；反之，质量偏低，则达不到要求。

2．4DGIS

三维GIS目前研究重点集中在三维数据结构的设计、优化与实现技术的运用，三维系统的功能和模块设计等方面。但是，地理信息系统所描述的地理对象往往具有时间属性，即时态。随着时间的推移、地理对象的特征会发生变化，而目前大多数地理信息系统都不能很好地支持地理对象和组合事件维的处理。实际上许多用户要求都是基于时间特征的，如洪水的最高水位变化等。对这样的应用背景，仅采取作为属性数据库中的一个属性不能很好地解决问题。故，如何设计并运用4DGIS来描述、处理对象的时态特征也是个重要研究领域。

3．WebGIS

水利水电工程中地理信息和数据的交流范围要求越来越广泛。随着Internet的发展，利用Internet技术在Web上空间数据供用户浏览、使用是GIS发展的必然趋势。网络GIS（WebGIS），以网络浏览器为应用工作平台，使得从WWW的任一个节点，用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据，制作专题图，并进行各种空间检索和空间分析，且能在多个客户端实现原来在本机上才能实现的功能。由于水利工程中地理信息和大量的空间数据都是以文字、数字、图形和影像方式表示的，将它们数字化，便可方便、快速和及时地将地理信息传递到需要的地方，发挥GIS在整个水利水电工程中的应用价值。数据的保密性需加以控制。

4．ComGIS

水利水电工程布置方案的可视化的要求已不局限在单纯的表现上。对于布置方案交互式修改，组件式GIS（ComGIS）也是重要的应用发展趋势之一。

三、结语

第9篇：地理信息可视化技术范文

关键词：GIS　电力系统　配电管理

1.配电GIS系统概述

配电GIS基于地理信息系统、计算机网络和关系型数据库，进行电力设备的运行、管理和检修等，主要针对10千伏以下的配电管理系统，通常包括地理信息系统、设备管理和自动绘图。充分利用GIS对空间位置和地理坐标的分析和表达能力，为获取、存储、分析、检索和显示电力设备的空间定位和属性资料建立计算机化的数据库管理系统，为管理部门提供直观、详尽的信息资料和决策依据。综合分析与检索空间定位数据是配电GIG系统的主要功能，它利用数据可信息建立地物空间数据和属性数据的对应联系，提高设备调度与维护人员了解设备工作状况与处理设备故障的能力[2]。根据厂家提供的数据和设备的运行工况，设备管理人员可以经常进行设备的检修，保持设备良好的运行状态，并延长其使用寿命。

配电管理系统需要的数据与地理空间信息有着密不可分的关系，可以将这些信息描述成空间定位数据和非空间定位数据两类，使其成为配电网数据库需要描述的数据。空间定位数据指以地理地图为背景，分层显示变电站、变压器、线路、电杆路灯、用户等的地理位置，将其绘制成单线图；电力设备及用户信息、供电服务等表示事物特征的数据与地理坐标无关，属于非空间定位数据。

2.GIS在配电管理中的应用

明显的空间分布性是配电网管理的特点，它的发电、变电、输电、配电和用电五大资源，具有广阔的空间区域分布，因此电力企业管理电网应将空间数据作为核心管理对象。引入GIS技术后，利用地理信息系统的可视化空间事物管理优势，将系统中的各类数据进行抽象，分成点、线、面三类[3]。其中，可以将配电网中的变压器、开关、杆塔等是不依比例尺的独立符号表示成点，作为地图中的最基本单元；用封闭的多边形表示配电网系统中的供电区域和城市街区、房屋等面状物体。GIS的引用为电力系统提供了维护和管理的平台，使企业已有的MIS、DMS、SCADA、和EIP在维护和管理的基础上统一集成。总之，地理信息系统在配电管理中的应用提供了电力部门可视化信息管理的有力工具，在配电管理中发挥着重要的作用。

2.1利用地理信息系统的可视化技术优势，配电管理系统将配电网分布图以电子地图的形式展现出来，通过建立数据库的连接进行统一的空间信息和属性信息管理，促进配电网管理系统的科学化。配电网的运行管理人员利用GIS系统能够方便地了解线路设备的档案情况，为配电网提供完整形象的巡检维护信息支持；帮助规划设计人员掌握用户分布和线路设备的情况，并结合地理背景展开模拟勘察、进行初步设计，有效的减轻查勘人员的工作量，进行科学、高效的配网规划设计；可以提供完整的配网设计、设备运行和用户分布情况，帮助管理人员进行科学管理，提供决策的依据。

2.2在配电管理系统的电子地图上，利用GIS技术查询用户的定位、区域以及进行收费管理、区域统计等，从而方便用户管理、提高服务质量。按照证号和地址码等可以对用户进行快速定位；对数据库中的用户信息，可以根据地图上选择的区域进行查询；根据实际的地理环境分区打印收费清单，并逐一进行用户地址编码，从而避免不同区域内的交叉混乱，提高收费的准确性和可管理性；还可以进行全局、分区或指定区域的总户数、电量和收费率统计并进行分析比较。

2.3配电GIS系统改变了配电网系统的资料管理形式，可以灵活地表现数据结果，如随时根据用户需要更改台账的表格形式，或根据具体需要打印各地区、各条线路的电网分布图。将电网设备的数据库信息、图形信息和地理信息有机结合起来，在地理背景之中显示设备的数据和图形信息的资料，将供电设施及网架结构与地理信息联系，使管理部门能够准确地掌握配电网的空间分布，更好地进行设备的运行和维护。

2.4电力系统的用户众多，GIS技术的使用，可以保证数据的安全性。配电管理系统可以根据各部门的具体使用情况对客户进行权限管理，管理人员可以赋予某些用户特定的权限。安检科应负责定期检查各个电网线路的安全，提供给巡线员所需的功能权限，将外业采集的数据导入数据库，将采集到的数据的危险等级进行分级显示，并打印出图。根据安检科上报的信息，生技科对需要更新、维修的设备进行预算，并打印输出报表。

3.小结

GIS具有强大的数据分析和空间分析功能，因此在电力系统中被广泛应用。在配电管理系统中引入GIS技术，可以利用地理信息系统的可视化空间事物管理优势，为电力企业提供提供基于地理信息的维护和管理平台，促进配电网管理的信息化和科学化。基于GIS的配电管理为电力系统的设计、运行、用电和管理等提供科学的决策依据，提高了配电网的可靠运行。

参考文献：

[1]杜旭汉.探讨配网管理中的GIS技术[J]. 广东科技,2008(16):103-104.