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基于Skyline的太湖流域水环境三维GIS系统设计与实现研究.doc

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基于 Skyline 的太湖流域水环境三维 GIS 系统设计与实现研究摘要:三维 GIS 具有多维信息处理、表达和分析的特点,可为流域水环境管理与决策提供强有力的 GIS 支持。介绍了 Skyline 的软件结构及功能,重点研究了太湖流域水环境三维 GIS系统组织、发布和应用技术,实现太湖流域水环境监测数据在三维电子地图上的真实展现。 关键词:三维;Skyline;GIS;太湖流域 1 引言 GIS 是处理空间信息的强大工具,已在资源、环境、石油、电力、市政管理、城市规划等众多领域发挥着巨大作用。当前 GIS 的研究成果和应用系统主要集中于描述二维空间信息,各项技术已较为成熟。但由于二维地理信息系统将实际的三维事物采用二维的方式表示,具有很大的局限性,大量的多维空间信息无法得到利用,不能给人以自然界的本原感受。随着计算机图形学和硬件技术的迅猛推进,三维 GIS 成为当今 GIS 发展的重要趋势。由于水环境信息流域性的分布,需要强有力的 GIS 支持。本文旨在研究基于 Skyline 软件构建太湖流域水环境三维 GIS 系统。 2Skyline 软件结构及功能 本系统采用 Skyline 作为三维 GIS 平台,Skyline 是目前国际上应用最广泛、技术最领先的三维 GIS 平台,由 TerraBuilder、TerraExplorer Pro 和 TerraGatesare 三个相互独立的子系统构成,分别实现数据合成、数据发布、数据展示三大功能。 Terra Builder 用于融合大量的影像、高程和矢量数据,以此来创建有精确坐标的三维模型地形数据库,为三维地理信息系统提供基础地形数据。Terra Builder 通过叠加航片、卫星影像、地形数据、数字高程模型以及各种矢量地理数据,可以迅速方便地创建海量 3D 地形数据库。 TerraGate 是一种强大的网络数据服务器技术 ,用来管理如何同时传输海量数字地形数据到众多终端用户。其提供了一个平台来启动由 Terra Builder 及 Terra Explorer Pro 创建的很多应用,并且提供了数字地球接入功能,使得众多网络应用具有了地理信息参考的功能。该服务器软件与一般视频流的主要区别在于,能在互联网上通过可变带宽来无缝接入,而不会受到网络连接的反应时间或中断的影响。 TerraDeveloper 软件开发工具以 ActiveX 控件形式提供丰富的应用客户化定制功能。开发人员可在 TerraExplorer Pro 环境中,利用 TerraDeveloper 开发工具,集成 TerraExplorer Pro软件系统的全部功能,开发自己的 3D 可视化应用系统。客户化开发的系统可以是应用程序,也可以以 HTML 网页形式实现。 TerraDeveloper 可以为基于台式机、笔记本、网络或无线解决方案的 PC 机应用系统扩充强大的三维地理空间处理接口功能。 3 系统设计 太湖流域水环境三维 GIS 系统综合应用了空间三维技术与 GIS 技术,对太湖流域水环境监测信息进行模拟仿真,实现多视角、多层次的三维显示,同时实现了地形模型与用户的交互访问。系统包括三个方面的内容:流域数据中心、三维可视化场景、集成系统平台。 (1)水环境数据中心: 由太湖流域水环境监测数据、污染源数据、主要比例尺基础地理空间数据、环境要素地理空间数据、卫星遥感正射影像数据、航空遥感正射影像数据、三维地形数据组成。 (2)三维可视化场景: 利用三维 GIS 平台 Skyline 实现在太湖流域高精度三维电子地图上的信息发布展示功能,根据太湖流域航空影像、卫星数据、数字高程模型创建太湖流域三维地形景观数据库,创建三维交互式环境,为太湖流域水环境信息的立体化分析和空间展现提供支持。 (3)集成系统平台: 系统采用 Bs 结构,应用.net 2008 调用组件、开发包开发三维 GIS 系统,实现三维地理信息的任意浏览、自动飞行、监测点位分布展示、三维模型叠加显示等功能,要求具有与数据的集成交互功能,能通过三维 GIS 操作直接完成对数据、视频、报表等信息的查阅。 4 三维场景的实现 在本系统中,我们通过收集资料、数据预处理、建立三维地形、精确建模、系统集成等一系列步骤建立太湖流域水环境三维场景。Skyine 软件使用方面,主要是采用 TerraBuilder产品融合完成太湖流域高精度的影像和高程数据,采用 TerraGate 实现三维地理数据的网络化发布,采用 TerraDeveloper 的 ActiveX 控件接口在客户端实现基于 Web 方式的三维浏览。 4.1 三维地形数据建立 太湖流域水环境三维地形数据的建立需要高程数据、矢量数据、航空和卫星影像数据四类。航空和卫星影像数据经过坐标系的确定与配置、
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