三維GIS在環境規劃中的應用和發展趨勢,從人們追求絢麗的視覺體驗，真實的空間展現出發，3D將帶來前所未有的震撼。GPU硬件的快速發展是3D實現的重要基礎。常見的3D應用：電影、電視、游戲等娛樂空間環境(虛擬現實)計算機圖形界面,3D時代,2,前言,環境規劃是人類為使社會經濟與環境協調發展而對自身活動和環境所做的時間和空間上的合理安排。其基本研究對象是諸如水、大氣、土壤、人口等環境要素具有明顯的空間分布特性。,環境規劃,3,前言,GIS,4,GIS將地理對象抽象成點、線、面的空間實體及其相關屬性，研究其空間位置、空間分布和空間關系。GIS可準確直觀的描述環境規劃中的許多反映環境問題和環境過程的模型，如污染物大氣擴散模型等，從而為環境規劃提供了有力的決策依據。,前言,二維GIS將實際的三維對象抽象為二維的方式表達，具有很大的局限性，不能給人以自然界的本原感受。三維GIS比二維圖像更直觀，空間分析能力能加突出，結合環境分析模型，能全面的審核和評價環境規劃方案的優劣、視覺效果以及與周圍環境的協調等。,三維GIS,5,目錄CONTENTS,6,三維GIS介紹,三維、GIS和三維GIS定義,三維GIS常見功能,三維GIS的特點,7,定義：,三維GIS介紹,三維是指在平面二維系中又加入了一個方向向量構成的空間系，一般可指由長、寬、高（X，Y，Z）三軸所構成的空間。地理信息系統（簡稱GIS）是在計算機軟、硬件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。三維地理信息系統（簡稱三維GIS或3DGIS）是利用3S技術（GIS、GPS、RS）、虛擬現實技術（VR）、計算機技術等對地球空間信息進行編碼、存儲、轉換、分析和顯示的信息系統，是三維描述、可視化和分析管理的地理信息系統。,1,8,三維GIS介紹,三維GIS比二維GIS更加直觀、逼真的表達客觀世界，能夠以虛擬立體的方式展現地理空間對象。與CAD及各種科學計算可視化軟件相比，三維GIS以三維空間數據庫為核心，具有獨特的管理復雜空間對象能力及空間分析的能力。,特點：,2,9,三維GIS介紹,比較常見的功能包括：空間瀏覽功能空間查詢與統計動態實時立體模擬三維空間分析和顯示飛行瀏覽空間數據管理三維模型支持,功能：,3,10,空間瀏覽功能,三維場景的快速瀏覽：能夠對重點區域的周邊情況進行完整的、立體的展示；能夠進行基本的放大、縮小、平移、傾斜、旋轉、地形夸大等操作；可以從不同的視點、瀏覽方向來觀察三維地理環境；可觀察不同三維景物的橫斷面、縱斷面特征，并能對其參數進行實時修改；,11,空間查詢與統計,查詢和統計三維立體模型及相關屬性。支持快速定位，根據輸入的經緯度坐標實現快速定位，如污染源點定位；可按區域位置、屬性種類、用戶資料等進行圓形、矩形、任意多邊形、底圖圖幅查詢和統計，如多媒體介紹，污染源單項查詢，污染源圖元屬性查詢，地方數據庫查詢，污染信息查詢，污染區域查詢；能根據不完全的零碎信息進行空間模糊匹配查詢和統計，如地名的模糊匹配查詢；能夠實現對影像數據集的分目錄層次管理。,12,動態實時立體模擬,采用三維動畫來模擬復雜的環境過程。如污染物擴散過程模擬、一維河流中污染物的降解過程模擬和規劃方案實際執行過程模擬等。,13,三維空間分析和顯示,三維分析主要包括挖填方分析、剖面分析、通視分析、高程分析、坡度分析、淹沒分析、距離量測、面積量測、疊加分析、緩沖區分析和網絡分析等。,14,三維緩沖區分析,三維空間分析和顯示,緩沖區分析可用于自然保護區規劃和對確定位置和地物的風險評價和管理，通過緩沖區分析、鄰域分析來顯示被分析對象的相關信息。如國控污染源、監測斷面、排污口等。,15,通視分析可用于噪聲污染在交通干道沿線和城市區域范,三維空間分析和顯示,三維通視分析,16,三維空間分析和顯示,日照分析,17,三維空間分析和顯示,淹沒分析,18,三維空間分析和顯示,疊加分析,能將二維矢量、專題圖、遙感影像和多媒體影像等數據圖層疊加到三維層上進行顯示，可用于環境功能區規劃、生產力布局調整和建設項目選址等。,19,飛行瀏覽,自定義巡航路線進行飛行瀏覽，并且通過自定義飛行參數進行多種視角的飛行瀏覽。,20,空間數據管理,三維GIS能夠一體化管理海量空間信息數據；可同時管理矢量/柵格數據，實現矢量快速顯示和二、三維矢量聯動等問題；能夠結合圖形和業務的專題屬性，實現圖文屬性一體化。能夠管理用戶感興趣的地標數據，方便地標的添加、屬性修改和功能拓展。,21,三維模型支持,三維GIS不僅能全視角的展示地形數據展示，還能將局部的三維模型逼真地渲染出來。用戶可以自由添加、修改和刪除各類型的三維模型。,22,目錄CONTENTS,23,三維GIS平臺,GoogleEarthWorldWindSkylineGlobeVirtualEarthArcGISExplorer,EV-GlobeUniGlobeSmartEarthVRMapGeoGlobe,國外三維GIS平臺,1,國內三維GIS平臺,2,24,MapGIS-TDESuperMapiSpaceIMAGISCityMakerAlaGIS,GoogleEarth用戶最多的三維地球軟件,介紹：GoogleEarth以三維地球的形式把大量衛星圖片、航拍照片和模擬三維圖像組織在一起，使用戶從不同角度瀏覽地球。GoogleEarth的數據來源于商業遙感衛星影像和航片，包括DigitalGlobe公司的QuickBird，IKOONOS及法國SPOTS。特點：GoogleEarth仰仗其強大的技術實力和經驗，以操作簡單、用戶體驗超群的優勢吸收了全球近十分之一的人口使用。產品方式：GoogleEarth客戶端軟件提供三個版本：個別免費版、Plus版、Pro版以及企業級解決方案，用于正在企業內部安排GoogleEarth應用。,25,SkylineGlobe個性化的三維地理信息系統,介紹：SkylineGlobe產品能夠基于地表的衛星影像、航空影像創建高分辨率的三維虛擬地球場景。Skyline具有強大空間信息展示功能，支持交互式繪圖工具，提供三維測量及地形分析工具，提供數據庫接口支持如Oracle，ArcSDE，擁有強大數據處理能力。產品形式：TerraExplorer、TerraExplorerPro、TerraBuilder、TerraGate。應用：中國數字海洋系統、公安部警衛基礎工作信息系統、數字深圳三維平臺、黃河可視化防汛預案管理系統、數字煙臺三維城市規劃信息系統等。,26,WorldWind最強大的開源地理科普軟件,介紹：WorldWind是NASA發布的一個開放源代碼的地理科普軟件，它是一個可視化地球儀，該軟件用C#編寫，調用微軟SQLServer影像庫TerrainServer來進行全球地形三維顯示。特點：WorldWind最大的特是衛星數據的主動更新能力。這種能力使得WorldWind具有在世界范疇內跟蹤近期事情、天氣改變、火災等情況的能力。WorldWind是個完全免費的軟件，在使用上沒有任何限制，主要面向科學家、研究工作者和學生群體。另外WorldWind是完全開放的，用戶可以修改WorldWind軟件本身。,27,ArcGISExplorerArcGIS家族的3D后代,介紹：ArcGISExplorer是一個免費的虛擬地球瀏覽器，提供自由、快速的2D和3D地理信息瀏覽，充滿趣味性且簡捷易用。ArcGISExplorer通過繼承ArcGISServer完整的GIS性能（包括空間處理和3D服務），達到整合豐富的GIS數據集和服務器空間處理應用的目的。特點：AreG1SExplore具有和GoogleEarth相似的功能，支持來自ArcGISServer、GML、WMS、GoogleEarth（KML）的數據。,28,EV-Globe國內三維海量空間信息平臺佼佼者,介紹：EV-Globe具有大范圍的、海量的、多源的數據一體化管理和快速三維實時漫游功能，支持三維空間查詢、分析和運算，可與常規GIS軟件集成，可方便快速構建三維空間信息服務系統，亦可快速在二維GIS系統完成向三維的擴展。EV-Globe提供距離測量、線段剖面、折線剖面、區域淹沒、通視分析等三維GIS特色的空間分析功能。可以在EV-Globe中看到煙霧、塵暴、火焰以及下雨、下雪等特殊效果。,29,EV-Globe國內三維海量空間信息平臺佼佼者,特點：EV-Globe基于組件式開發，具備在普通PC機上就能實現的海量三維模型和影像流暢地進行各項漫游操作的功能。此外在EV-Globe服務器端，用戶可根據需要綁定常規GIS平臺如SuperMap，ArcGIS等。EV-Globe功能強大、三維表達尺度全面，在國內首次實現了地上、地表、地下、水下信息一體化集成表達。應用：全國海島海岸帶三維可視化信息系統、中石油海外應急系統、中國石油中長期油氣管網建設預測分析、寧波鎮海環保三維影像瀏覽系統、遨游天府-四川省地理空間三維管理系統。,30,CityMaker數字城市的三維應用,介紹：CityMaker是數字城市三維可視化平臺，主要針對城市規劃領域，提供覆蓋規劃設計、展示、評估、管理的全方位服務。提供從三維地理信息系統建設到應用的全面解決方案。通過CityMaker三維地理信息平臺，可以疊加顯示城市面貌、規劃圖冊、戶籍信息、監控視頻等各種二三維數據，還可快速集成已有專業系統，開展基于網絡的三維專業應用。,31,CityMaker數字城市的三維應用,特點：是面向規劃設計師和建筑師的三維輔助設計軟件，它將虛擬可視化技術融入設計過程，讓設計師在三維環境下進行城市的設計、評估、分析和交流。它可以與3dsMAX等建模軟件配合使用，支持材質編輯和物體運動編輯，支持火焰、噴泉、爆炸和雨雪等虛擬現實效果的制作等。應用：數字北京、數字斯圖加特、虛擬圓明園、上海世博會虛擬現實系統等。,32,目錄CONTENTS,33,三維GIS在環境規劃中的主要應用,34,35,3DEIA軟件NOVA,三維環境影響評價系統,通用的近場浮射流模型,近場-遠場無縫耦合,三維水動力模型,三維地理信息系統,三維GIS在環境規劃中的主要應用,具有靈活和簡便導航技術的三維虛擬現實和模擬數據可視化。,環境評價：,1,36,香港大學WATERMAN（創新型環境知識庫系統）項目之3DEnvironmentalImpactAssessment（EIA，三維環境影響評估系統）,三維GIS在環境規劃中的主要應用,用標準等濃度線來表示受影響地區。,環境評價：,1,37,香港大學WATERMAN（創新型環境知識庫系統）項目之3DEnvironmentalImpactAssessment（EIA，三維環境影響評估系統）,三維GIS在環境規劃中的主要應用,環境預測，通過分析各污染物與相關因素的原始數據，得出該污染物形成的一般規律和演變趨勢，依據這一規律和演變趨勢，預測未來某段時間內環境的狀況,環境模擬與預測：,2,38,三維GIS在環境規劃中的主要應用,環境功能區劃是依據社會經濟發展需要和不同地區在環境結構、環境狀態和使用功能上的差異，將區域合理地劃分為不同的功能區。在三維GIS平臺支持下，以合適的基本評價單元，進行空間分析、遙感處理及三維建模和顯示，建立區劃數據庫，對影響功能區劃的主要因子，如地形、地貌、植被類型、土壤類型、土地利用現狀等，分別建立評價圖層，進行疊加分析，得到相關評價的指標數據，并逐級歸并，形成分區方案。,環境功能區劃：,3,39,三維GIS在環境規劃中的主要應用,環境規劃，將區域環境現狀研究中的各要素、指標結合相應的空間數據，建立多源信息數據庫，并構建三維GIS系統。借助環境演變過程的模擬預測結果和環境現狀的分析，綜合考慮和分析社會、經濟和自然各方面因素。根據不同要求，所見即所得的修改規劃參數，從而得到不同的規劃方案，達到預期的環境規劃目標。,環境規劃與決策：,4,40,三維GIS在環境規劃中的主要應用,環境決策三維GIS通過模擬仿真提供有力、可靠的決策依據。通過三維GIS直觀展現環境規劃方案，做出全方面的對比，有助于發現設計中多余、不協調或不可行的內容，并方便及時的做出調整，最后選定最優方案。在三維GIS虛擬環境中獲取、分析和處理所需的各種信息，可加快了方案設計的速度和質量，提高了方案設計和修正的效率。,環境規劃與決策：,4,41,三維GIS在環境規劃中的主要應用,環境規劃的延續性和超前性要求較高，三維GIS結合環境監測數據可以迅速、直觀的表現環境規劃的實施效果，還可以對實施進度、結果進行評價和審核，并能夠適時提供修正方案。采用三維GIS可以直觀便捷的展現采取某種措施的結果。環境管理人員可從任意角度，實時互動真實地看到規劃效果，更好地掌握規劃區域的形態和理解規劃方案的意圖。,環境規劃的實施：,5,42,三維GIS在環境規劃中的主要應用,三維GIS可用于環境規劃成果的展示，這種成果的展示，既可以面向大眾，作為宣傳的需要。在設計階段，可以將方案的設計成果展示給決策者或公眾，供其提出修改意見，及時修正。與傳統的平面的、靜態的和動畫的成果展示方式相比，它是三維的、動態的、交互的和仿真的。他可以任意角度、高度和時段的交互式漫游，展現環境現狀和環境演變過程，通過疊加專題圖可以展現各環境因素狀況和相互之間關系。EV-Globe開發的江西省三維信息共享平臺系統在三維場景下利用文字、圖片、視頻等手段可對江西省10個富有特色的試驗示范區進行全面描述，展示近年來試驗示范區建設的豐碩成果。,環境規劃成果展示：,6,43,三維GIS在環境規劃中的主要應用,空間布局涉及空間選址、空間搜索等空間分析問題。環境規劃要求對區域土地和空間資源進行合理配置，使人類與所處空間環境和諧共處。科學合理地安排生產規模、生產結構和布局。利用三維GIS，不僅能利用其空間分析功能進行空間規劃，還可以直觀地展現規劃結果的空間布局。特別是在山地復雜地形區域的空間布局不能向平原地區一樣集中成片布置，而只能采取依山就勢、順應地形的靈活分散格局。其中地形、局地氣候、山地自然災害等因素的影響較大，而綜合利用三維可視化模擬與空間分析可以在三維虛擬場景中方便的設計和修改空間規劃，合理控制和優化區域空間布局結構，使空間布局更加合理。,環境規劃空間布局：,7,44,三維GIS在環境規劃中的主要應用,水環境：,8,45,三維GIS在環境規劃中的主要應用,大氣環境：,9,46,三維GIS在環境規劃中的主要應用,噪聲地圖是根據噪聲預測模型計算出道路交通噪聲、鐵路噪聲、工業噪聲和機場噪聲等噪聲源對城市地圖上各接收點的貢獻值，再采用能量疊加原理得到各接收點的噪聲值，并擬合繪制于城市地圖上。,三維噪聲地圖：,10,47,2008年我國第一個城市區域噪聲地圖誕生，采用凱納仿真模擬技術，描繪深圳市中心