三維GIS在自然資源管理中的應用探索

鄭緯 湖南工程職業(yè)技術學院

GIS主要探測地球上某個位置直接或者間接的目標以及相關的現(xiàn)象等信息，不僅要描述地理空間實體的性質、特征、實體間的相互關系以及實體變化的狀態(tài)，還需要將采集到的信息進行加工、表達、傳輸、處理、整合、分析和輸出。隨著科學技術的進步，GIS也得到了巨大的發(fā)展空間，各種硬件設備不斷的完善，極大的提高了信息系統(tǒng)的處理功能，同時進一步完善了運行數(shù)據(jù)的輸入。GIS也不斷地更新?lián)Q代，新一代三維GIS技術，主要以二三維一體化GIS技術作為基礎框架，三維GIS技術的發(fā)展也加快了自然資源管理的進展。

一、三維GIS的簡介

（一）三維GIS介紹

三維GIS即三維地理信息系統(tǒng)，最早可追溯到20世紀60年代初，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為一種采集、儲存、管理、分析、整合與顯示的計算機軟件系統(tǒng)，是分析處理大量自然資源數(shù)據(jù)庫通用的一種技術，三維GIS是信息技術時代計算機快速發(fā)展的產(chǎn)物，可以快速、有效、準確、綜合性的對復雜的自然資源進行系統(tǒng)的空間定位和動態(tài)變化分析。

（二）三維GIS軟件

三維GIS技術在原有的GIS技術上有極大的突破，很大程度上是因為軟件的成熟、硬件設備的更新以及實踐應用的普及。目前，國際市場上有幾百家各類GIS軟件研發(fā)與供應單位，但是，占據(jù)主要市場的是少數(shù)的幾家，三維GIS軟件的研發(fā)是編程系統(tǒng)的進一步完善，使得軟件在獲取大數(shù)據(jù)之后，分析所得結果通過計算機傳輸?shù)剿枰脑O備上。目前常見的三維GIS系統(tǒng)有：CLRview軟件、三維城市地圖、CyberCity Modeler 系統(tǒng)、ArcGIS軟件、Skyline軟件、MablockquoteGIS軟件、VRMablockquote、CCGIS/ VGEGIS、IMAGIS/ CyberCity等。

（三）三維GIS軟件具備的功能

三維GIS軟件主要具備以下功能：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)結構化、分析計算（方向、中心、距離、表面積、體積）、從其它系統(tǒng)引進數(shù)據(jù)、最佳路徑、保存并操作真三維坐標數(shù)據(jù)、針對地理對象及其數(shù)據(jù)庫進行交互式修改、不同數(shù)據(jù)模型要求進行模型重建、比例尺差異性處理、內(nèi)部流體運動和其它方面的處理、視覺、分析各種模型構建的趨勢模式與其它GIS模塊的聯(lián)系、核心數(shù)據(jù)庫存儲模型并導出報表等。

二、三維GIS的發(fā)展史

GIS 技術是源于計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）技術，在CAD技術的基礎上發(fā)展起來得，上世紀60年代，加拿大土地管理應用了GIS系統(tǒng)，在這之后的很長時間里，計算機主要是一些專家在使用，GIS技術更是一種“曲高和寡”的技術，只有一些歐美的發(fā)達國家在系統(tǒng)中進行了初步的應用。GIS軟件的操作與應用不太方便，無法普及，在國家自然資源管理中的應用只是簡單的制圖，只具備一些簡單的空間檢索、定位、計算面積量等功能。

上世界90年代是一個轉折點，基本上在中部普及。上世界90年代中期，隨著個人計算機（personal computer，PC）的普及，網(wǎng)絡技術的發(fā)展，GIS發(fā)生了巨大的變化，GIS的軟件研發(fā)變得更加靈活、多樣化，能夠更好的將同類型業(yè)務系統(tǒng)整合到一起，在服務端能夠與通用關系數(shù)據(jù)庫進行更好的集成，將國家自然資源的空間地圖數(shù)據(jù)更嚴謹?shù)拇鎯Φ疥P系數(shù)據(jù)庫中，并且與互聯(lián)網(wǎng)技術進行集成，把國家自然資源的信息以圖文的形式通過web方式瀏覽、檢索、查詢，這些技術的融合，使得GIS技術真正的融入到了我國自然資源的管理以及決策過程當中。

GIS最初的時候應用在土地資源的開發(fā)與管理。主要進行土地資源的利用情況調研、城鎮(zhèn)地籍管理調查圖件以及屬性的數(shù)據(jù)存儲、查詢。幾乎沒有數(shù)據(jù)的空間分析和決策的能力，但是，隨著技術的進步與發(fā)展，當前在土地中的應用主要包括：土地規(guī)劃、利用、覆蓋、評價等的現(xiàn)狀分類、制圖、分析，以及土地實際應用的動態(tài)監(jiān)測。為了更加清楚、明確的了解我國土地資源特別是耕地資源的應用情況，1984年，國務院全面的開展了土地資源的調研，歷時5年時間，主要采用航拍技術，與大比例尺的地形圖相結合，同時進行野外實地考察，應用GIS軟件進行圖件編制、數(shù)據(jù)匯總與分析。通過初步的全國土地資源摸底調查，為更好的進行國土資源的規(guī)劃、開發(fā)、管理與有效利用提供了基礎。

從1996年開始，GIS開始應用于農(nóng)田監(jiān)測與保護。國家科委、農(nóng)業(yè)部與土地管理局施行全國范圍內(nèi)的基本農(nóng)田監(jiān)測與保護工作。而GIS也成為了我國動態(tài)監(jiān)測全國土地利用的數(shù)據(jù)庫建設的最核心的技術，用于海量數(shù)據(jù)的管理、分析、整合。1999年9月份，申請數(shù)字國土工程項目，并獲批立項，該項目統(tǒng)一規(guī)劃、組織國土資源，實施新一輪的國土資源調查綱領、方案，建設縣級土地利用數(shù)據(jù)庫，以1:1萬的比例，同年10月份項目正式啟動，GIS在該項目中數(shù)據(jù)庫的管理與數(shù)據(jù)挖掘起到了無以取代的作用。

GIS技術率先應用到土地資源的管理中，主要有兩方面的原因：①土地資源的管理是一項非常重要且復雜的工作，因為土地是人類賴以生存的資源，且是不可再生的自然資源，古往今來，對于土地資源的重視程度一直居高不下，土地資源的管理包含以下幾方面的內(nèi)容：土地資源的調研、土地規(guī)劃與應用、土地市場管理、地籍管理等，是一項非常復雜的工作，亟需應用信息化的方法進行科學、高效率的管理；②土地管理中存在著海量的空間數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要空間技術進行管理，傳統(tǒng)的管理對于普通的數(shù)據(jù)管理十分成熟，但對于空間數(shù)據(jù)的管理有些空缺，而GIS系統(tǒng)的研發(fā)與應用，很好的解決了這一問題，同時，GIS不僅可以管理空間信息、屬性信息，還可以實現(xiàn)兩者之間的關系化的管理。

三、三維GIS系統(tǒng)在自然資源管理中的重要性

（一）三維GIS可以有效的規(guī)范自然資源管理過程

隨著社會的快速發(fā)展，我國自然資源的管理壓力也越來越大，對于自然資源的浪費情況也愈發(fā)的嚴重，進而增加了自然資源的管理難度，若是不能夠對自然資源施行科學、有效的管理，很容易造成自然資源的浪費，使得我國經(jīng)濟受到極大的影響。將三維GIS的應用在國家自然資源的管理中具有十分重要的、不可替代的意義，不僅能夠規(guī)范我國自然資源的管理方式，還能夠進行海量數(shù)據(jù)的整合、分析，進一步支撐我國自然資源的管理，以免出現(xiàn)質量問題，因此，進一步加強對于三維GIS的研發(fā)非常重要。

（二）三維GIS有效的降低了自然資源管理的難度

三維GIS系統(tǒng)具有多種優(yōu)勢，能夠快捷、便捷的對自然災害進行預報、監(jiān)測、評估，例如火山爆發(fā)的火災、旱災、水災、蟲災等等，進而有效的、極大程度的降低國家自然資源管理的問題，進一步降低對于自然資源的管理難度。我國的自然資源十分豐富，如煤炭資源、國土資源、礦石資源、石油資源等等，這些自然資源的有效管理與應用對于我國經(jīng)濟的發(fā)展有著重要的影響。三維GIS系統(tǒng)，不僅能夠直接的反饋這些自然資源的分布、空間屬性、動態(tài)變化等信息，還能夠在開發(fā)的過程中注重環(huán)境的保護，確保自然資源整體管理的科學性、有效性。

（三）三維GIS為自然資源的管理提供了必要的技術支撐

國家自然資源的管理工作涉及到的內(nèi)容非常廣泛，具有非常強的專業(yè)性，三維GIS能夠將地理信息系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)管理能力得到充分的、有效的利用，主要使用了移動終端的嵌入式技術，進而保證在國家自然資源中應用移動終端的空間地理信息，進行會議數(shù)據(jù)的采集、管理、更新，同時完成相關數(shù)據(jù)的存儲、輸出工作，形成一套科學、系統(tǒng)、完善的管理流程，確保自然資源工作的管理簡單、方便、規(guī)范化，進而推進我國自然資源的管理工作。

四、三維GIS在自然資源管理中的應用

（一）空間數(shù)據(jù)基礎設施的建設

空間基礎設施主要負責空間數(shù)據(jù)方面以及相關的工作，主要包括大數(shù)據(jù)的采集、分析、建立檔案、數(shù)據(jù)共享等方面，空間基礎設施的目的主要是為了能夠能方便信息平臺上的地理空間相關數(shù)據(jù)的處理與完成。地理空間數(shù)據(jù)是三維GIS技術中非常重要的、必不可少的一部分，因此，為了確保我國自然資源工作的開展必須要做好三維GIS技術的研發(fā)進度，進而加強對這方面的空間數(shù)據(jù)基礎設施的建設工作，需要不斷的加強研發(fā)，為國家自然資源的科學、有效的管理奠定堅實的科技基礎。

（二）自然資源的分類管理

自然資源十分豐富、多樣，在管理的過程中需要講究分類管理。對于不同的資源，采取相應的管理方式。如對于土地資源的管理，在管理中使用三維GIS技術能夠更好地提供相關技術的服務，使得信息的調節(jié)與管理更加方便，進而降低土地資源開發(fā)的難度。使用三維GIS技術還能夠進一步處理好自然資源開發(fā)的關系，做好相關信息的登記、變更，以免出現(xiàn)問題，更加科學、合理的保證整體信息的合理性。在自然資源管理中應用三維GIS能夠優(yōu)化資源管理的整個過程，保證整體工作的準確性，需要重點控制。三維GIS在空間探測、分析、管理方面有極高的能力，能夠對自然資源進行合理的規(guī)劃，對實際規(guī)劃進行評估，獲取對應的資源規(guī)劃指標。三維GIS能夠更好的確保資源規(guī)劃質量，有效的控制資源開發(fā)、整合的成本，減少糾紛情況。將三維GIS應用到自然資源的規(guī)劃中能夠更好的進行空間狀態(tài)方面的規(guī)劃，保證整體的準確性，因此，對于三維GIS空間方面的技術，還需要不斷的研發(fā)與完善，進而更好的服務于自然資源的管理。

（三）應用三維GIS整合相關信息

就當前的實際情況來看，我國的三維GIS水平還在持續(xù)研發(fā)的階段，不能夠最大程度的發(fā)揮該系統(tǒng)的作用，無法更好的保證國家自然資源的管理水平。政府的各個部門和機構之間都有著十分明確的分工工作、職責，如果不能確保三維GIS系統(tǒng)的完整性，使得各個部門、機構之間能夠進行信息的有效溝通，則會使得三維GIS的性能發(fā)揮不充分。針對這種情況，應該對三維GIS的應用要更加專業(yè)，充分的發(fā)揮該系統(tǒng)的最大的優(yōu)勢，確保整個系統(tǒng)的全方位的應用，進而提升國家自然資源的管理質量，在實際使用的過程中高效的進行數(shù)據(jù)信息的整合，從而完善相關的數(shù)據(jù)，為國家自然資源管理工作科學、高效的開展提供保障。

結束語：綜上所述，GIS的發(fā)展經(jīng)過幾十年的不斷研究與更新，在實用性方面取得了重大的進展，由最初簡單的地理信息的采集、存儲，到之后的全方位的空間信息的分析、整合等，都為自然資源的科學化管理提供了幫助。隨著技術的不斷發(fā)展，GIS的發(fā)展也不斷的向多維方向發(fā)展，三維GIS的研發(fā)也得到了極大的進步，在各個方面的性能都得到了升級。雖然三維GIS相比之前的地理信息系統(tǒng)有了長足的進步，但是，三維GIS在自然資源管理中的應用還需要不斷的實踐，并在實踐的過程中，根據(jù)相應的問題進行進一步的研發(fā)、改進、完善，使得三維GIS技術更好的為國家自然資源的治理水平的提升貢獻力量。