1、三维GIS在环境规划中的应用和发展趋势 3D时代2前言1.环境规划是人类为使社会经济与环境协调发展而对自身活动和环境所做的时间和空间上的合理安排。2.其基本研究对象是诸如水、大气、土壤、人口等环境要素具有明显的空间分布特性。1.GIS将地理对象抽象成点、线、面的空间实体及其相关属性，研究其空间位置、空间分布和空间关系。2.GIS可准确直观的描述环境规划中的许多反映环境问题和环境过程的模型，如污染物大气扩散模型等，从而为环境规划提供了有力的决策依据。1.二维GIS将实际的三维对象抽象为二维的方式表达，具有很大的局限性，不能给人以自然界的本原感受。2.三维GIS比二维图像更直观，空间分析能力能加突
2、出，结合环境分析模型，能全面的审核和评价环境规划方案的优劣、视觉效果以及与周围环境的协调等。3三维GIS介绍三维GIS平台主要应用发展趋势目录 CONTENTS4三维GIS介绍定义1 1特点2 2功能3 3 三维、GIS和三维GIS定义 三维GIS常见功能三维GIS的特点5三维GIS介绍三维是指在平面二维系中又加入了一个方向向量构成的空间系，一般可指由长、宽、高（X，Y，Z）三轴所构成的空间。地理信息系统（简称GIS）是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。三维地理信息系统（简称三维GIS或
3、3DGIS）是利用3S技术（GIS、GPS、RS）、虚拟现实技术（VR）、计算机技术等对地球空间信息进行编码、存储、转换、分析和显示的信息系统，是三维描述、可视化和分析管理的地理信息系统。6三维GIS介绍三维GIS具备最基本的空间数据处理功能，如数据获取、数据组织、数据操纵、数据分析和数据表现等。相比于二维GIS，三维GIS具有以下优势：三维GIS包容一维和二维对象，而且可视化2.5维和三维对象，其空间信息的展现更为直观和逼真。三维GIS包容二维GIS的空间分析功能，而且多维度空间分析功能更加强大。如淹没分析、地质分析、日照分析、空间扩散分析、通视性分析等高级空间分析功能。总体来说：三维GIS
4、比二维GIS更加直观、逼真的表达客观世界，能够以虚拟立体的方式展现地理空间对象。与CAD及各种科学计算可视化软件相比，三维GIS以三维空间数据库为核心，具有独特的管理复杂空间对象能力及空间分析的能力。7三维GIS介绍比较常见的功能包括：空间浏览功能；空间查询与统计动态实时立体模拟三维空间分析和显示飞行浏览空间数据管理三维模型支持8 空间浏览功能三维场景的快速浏览：能够对重点区域的周边情况进行完整的、立体的展示；能够进行基本的放大、缩小、平移、倾斜、旋转、地形夸大等操作；可以从不同的视点、浏览方向来观察三维地理环境；可观察不同三维景物的横断面、纵断面特征，并能对其参数进行实时修改；9 空间查询与
5、统计 查询和统计三维立体模型及相关属性。支持快速定位，根据输入的经纬度坐标实现快速定位，如污染源点定位；可按区域位置、属性种类、用户资料等进行圆形、矩形、任意多边形、底图图幅查询和统计，如多媒体介绍，污染源单项查询，污染源图元属性查询，地方数据库查询，污染信息查询，污染区域查询；能根据不完全的零碎信息进行空间模糊匹配查询和统计，如地名的模糊匹配查询；能够实现对影像数据集的分目录层次管理。10 动态实时立体模拟 采用三维动画来模拟复杂的环境过程。通过使用空间变换、层次变换、图形渲染等可实现三维物体的动态实时立体模拟和环境要素的历史过程模拟。如污染物扩散过程模拟、一维河流中污染物的降解过程模拟和规
6、划方案实际执行过程模拟等。11 三维空间分析和显示三维分析主要包括挖填方分析、剖面分析、通视分析、高程分析、坡度分析、淹没分析、距离量测、面积量测、叠加分析、缓冲区分析和网络分析等。它能快速接受和处理三维的空间数据，并能通过空间量测模型、空间变换模型、空间内插模型等进行三维空间分析和显示。包括三维地貌显示、过程模拟和结果预测等。网络分析可为决策者提供某种条件下最短和最优路径，用于城市垃圾便利运输等。网络分析中的资源分配功能可用于河流水，环境容量资源分配和污染负荷分配。动态分段是一种新的线性特征的动态分析、显示和绘图技术，可用于河流水质动态模拟、污染控制单元划分。DEM可用于大气和水污染物浓度空
7、间分布情况的模拟和分析。12 三维空间分析和显示缓冲区分析可用于自然保护区规划和对确定位置和地物的风险评价和管理，通过缓冲区分析、邻域分析来显示被分析对象的相关信息。如国控污染源、监测断面、排污口等。13通视分析可用于噪声污染在交通干道沿线和城市区域范围内的分布状况。三维空间分析和显示14 三维空间分析和显示15 三维空间分析和显示16 三维空间分析和显示 能将二维矢量、专题图、遥感影像和多媒体影像等数据图层叠加到三维层上进行显示，并能够对图层的属性、风格等进行设置。叠加分析可用于环境功能区规划、生产力布局调整和建设项目选址等。17 飞行浏览自定义巡航路线进行飞行浏览，并且通过自定义飞行参数进
8、行多种视角的飞行浏览。18 空间数据管理 三维GIS能够一体化管理海量空间信息数据；可同时管理矢量/栅格数据，实现矢量快速显示和二、三维矢量联动等问题；能够结合图形和业务的专题属性，实现图文属性一体化。能够管理用户感兴趣的地标数据，方便地标的添加、属性修改和功能拓展。19 三维模型支持三维GIS不仅能全视角的展示地形数据展示，还能将局部的三维模型逼真地渲染出来。用户可以自由添加、修改和删除各类型的三维模型。20三维GIS介绍三维GIS平台主要应用发展趋势目录 CONTENTS21三维GIS平台1.Google Earth2.World Wind3.Skyline Globe4.Virtual
9、Earth5.ArcGIS Explorer1.EV-Globe2.UniGlobe3.SmartEarth4.OGIS5.SuperMap iSpace6.MapGIS-TDE7.GeoGlobe8.IMAGIS9.CityMaker10.AlaGIS11.VRMap22 Google Earth用户最多的三维地球软件介绍：Google Earth以三维地球的形式把大量卫星图片、航拍照片和模拟三维图像组织在一起，使用户从不同角度浏览地球。Google Earth的数据来源于商业遥感卫星影像和航片，包括DigitalGlobe公司的QuickBird，IKOONOS及法国SPOTS。特点：Go
10、ogle Earth仰仗其强大的技术实力和经验，以操作简单、用户体验超群的优势吸收了全球近十分之一的人口使用。发展历程：Google于2004年10月收购了Keyhole公司，随之次年6月推出Google Earth系列软件。产品方式：Google Earth客户端软件提供三个版本：个别免费版、Plus版、Pro版以及企业级解决方案，用于正在企业内部安排Google Earth应用。23 Skyline Globe个性化的三维地理信息系统介绍：SkylineGlobe产品能够基于地表的卫星影像、航空影像创建高分辨率的三维虚拟地球场景。Skyline具有强大空间信息展示功能，支持交互式绘图工具，
11、提供三维测量及地形分析工具，提供数据库接口支持如Oracle，ArcSDE，拥有强大数据处理能力。特点：Skyline Globe Enterprise Solution是美国Skyline公司为网络运营三维地理信息提供的企业级解决方案。包括了Skyline整套软件工具，给客户提供一站式服务，并开放了所有的API，不论是在网络环境中还是单机应用，让用户能够根据自己的需求定制功能，建立个性化的三维地理信息系统。产品形式：TerraExplorer、TerraExplorer Pro、TerraBuilder、TerraGate。应用：中国数字海洋系统、公安部警卫基础工作信息系统、数字深圳三维平台
12、、黄河可视化防汛预案管理系统、数字烟台三维城市规划信息系统等。24 World Wind最强大的开源地理科普软件介绍：World Wind是NASA发布的一个开放源代码的地理科普软件，它是一个可视化地球仪，将NASA、USGS以及其它WMS服务商提供的图像通过一个三维的地球模型展现，还包含了火星和月球的展现。软件用C#编写，调用微软SQL Server影像库Terrain Server来进行全球地形三维显示。它通过将遥感影像与SRTM高程（航天飞机雷达拓扑测绘）叠加生成三维地形。特点：World Wind最大的特是卫星数据的主动更新能力。这种能力使得World Wind具有在世界范畴内跟踪近期
13、事情、天气改变、火灾等情况的能力。具有NASA血缘的World Wind可以利用Landsat 7、SRTM、MODIS、GLOBE,Landmark Set等多颗卫星的数据。World Wind是个完全免费的软件，在使用上没有任何限制，主要面向科学家、研究工作者和学生群体。另外World Wind是完全开放的，用户可以修改World Wind软件本身。目前，包括国内部分三维GIS软件在内的全球许多主流三维软件都是以World Wind为技术内核发展而来。25 ArcGIS ExplorerArcGIS家族的3D后代介绍：ArcGIS Explorer是一个免费的虚拟地球浏览器，提供自由、快速
14、的2D和3D地理信息浏览，充满趣味性且简捷易用。ArcGIS Explorer通过继承ArcGIS Server完整的GIS性能（包括空间处理和3D服务），达到整合丰富的GIS数据集和服务器空间处理应用的目的。特点：AreG1S Explore具有和Google Earth相似的功能，支持来自ArcGIS Server、GML、WMS、Google Earth（KML）的数据。发展历程：ArcGIS Explorer于2006年8月推出。26 EV-Globe国内三维海量空间信息平台佼佼者介绍：EV-Globe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、
15、分析和运算，可与常规GIS软件集成，可方便快速构建三维空间信息服务系统，亦可快速在二维GIS系统完成向三维的扩展。EV-Globe提供距离测量、线段剖面、折线剖面、区域淹没、通视分析等三维GIS特色的空间分析功能。可以在EV-Globe中看到烟雾、尘暴、火焰以及下雨、下雪等特殊效果。特点：EV-Globe基于组件式开发，所有功能以控件或类的方式封装在dll中，用户可以很方便进行各种功能定制，甚至将EV-Globe嵌入各类信息系统中。EV-Globe具备在普通PC机上就能实现的海量三维模型和影像流畅地进行各项漫游操作的功能。此外在EV-Globe服务器端，用户可根据需要绑定常规GIS平台如Sup
16、erMap，ArcGIS等。EV-Globe 功能强大、三维表达尺度全面，在国内首次实现了地上、地表、地下、水下信息一体化集成表达。应用：全国海岛海岸带三维可视化信息系统、中石油海外应急系统、中国石油中长期油气管网建设预测分析、宁波镇海环保三维影像浏览系统、遨游天府-四川省地理空间三维管理系统。27 CityMaker数字城市的三维应用介绍：CityMaker 是数字城市三维可视化平台，主要针对城市规划领域，提供覆盖规划设计、展示、评估、管理的全方位服务。提供从三维地理信息系统建设到应用的全面解决方案。通过CityMaker三维地理信息平台，可以叠加显示城市面貌、规划图册、户籍信息、监控视频等
17、各种二三维数据，还可快速集成已有专业系统，开展基于网络的三维专业应用。特点：是面向规划设计师和建筑师的三维辅助设计软件，它将虚拟可视化技术融入设计过程，让设计师在三维环境下进行城市的设计、评估、分析和交流。它可以与3ds MAX等建模软件配合使用，支持材质编辑和物体运动编辑，支持火焰、喷泉、爆炸和雨雪等虚拟现实效果的制作等。应用：数字北京、数字斯图加特、虚拟圆明园、上海世博会虚拟现实系统等。28三维GIS介绍三维GIS平台主要应用发展趋势目录 CONTENTS29三维GIS在环境规划中的主要应用环境评价1 1环境模拟与预测2 2环境功能区划3 3环境规划与决策4 4环境规划的实施5 5环境规划
18、成果展示6 6环境规划空间布局7 7水环境8 8大气环境9 9三维噪声地图101030三维GIS在环境规划中的主要应用环境评价领域采用三维GIS技术具有很多优点，三维GIS用于环境评价比较形象、直观，将三维GIS、遥感等信息技术与相应的环境空间分析模型、环境分析评价模型相结合，可以实现数据的动态变化，描述污染物在空间上的扩散。并且，能将分析评价结果以虚拟的三维立体方式展现出来，使分析评价者可以直观地观察、操纵和修改所得到的结果。因此，三维GIS与环境评价的有机结合是必要和可行的。(张秀春，张建奎,2003)将GIS在环境评价中的应用归纳为工程选址、道路管线等工程选线的环境可行性评价；项目区环境
19、现状的评价；项目环境影响评价；污染治理方案比选,环境与区域可持续发展评价；景观环境评价；公众参与六个方面。(武艺,2011)以大洋河流域-河口为试验区，采用Skyline为三维GIS平台、SuperMap为二维GIS平台，在.NET环境中设计并实现了基于三维场景的流域-河口生态安全评价系统。香港环境保护署运用三维GIS生成三维环境影响评估的动画，促进环境影响事宜的沟通，使市民更容易理解复杂的工程和有关事宜，从而鼓励市民及有关人士的持续参与。31三维GIS在环境规划中的主要应用目标是开发一个结合实时地理信息系统（GIS）和三维虚拟现实（VR）的水环境管理系统。该系统提供以下功能：预测近场到远场的
20、三维环境影响；与地理信息系统结合的数据可视化；介绍污染物混合和输送概念的教育软件；支持公众参与的互联网平台；32三维GIS在环境规划中的主要应用系统包括两个主要组件：一个基于分散汇流（DESA）方法并结合近场射流模拟软件（VISJET）的三维流体动力模型；一个与GIS融合的三维虚拟现实的可视化系统；专业人士以及公众均可以透过系统方便地检视模型预测结果。同时设立一个互动平台让公众能够为环境影响评估提供意见。33343D EIA软件NOVA三维环境影响评价系统通用的近场浮射流模型近场-远场无缝耦合三维水动力模型三维地理信息系统三维GIS在环境规划中的主要应用基于GIS的三维可视化系统：系统完整的结
21、合了数学模拟数据的三维可视化和地理信息系统。该技术涉及科学数据可视化、地形建模和动态多分辨率数据的实时显示。35三维GIS在环境规划中的主要应用具有灵活和简便导航技术的三维虚拟现实和模拟数据可视化。36三维GIS在环境规划中的主要应用用标准等浓度线来表示受影响地区。37三维GIS在环境规划中的主要应用模拟得出的近场和远场相互作用。38三维GIS在环境规划中的主要应用视频演示39三维GIS在环境规划中的主要应用环境预测，通过分析各污染物与相关因素的原始数据，得出该污染物形成的一般规律和演变趋势，依据这一规律和演变趋势，预测未来某段时间内环境的状况。三维GIS模拟现实环境中的各种因素，利用叠加地理
22、对象的功能，对同一区域不同时段的多个不同的环境影响因素及其特征进行特征叠加，分析各环境影响因素如水、大气、噪声、固体废物等的变化情况，按照动态发展的规律和趋势，建立与区域生产、生活、经济发展相适应的环境演变模型，实现对任意区域时段的环境预测。40三维GIS在环境规划中的主要应用环境模拟，应用系统分析原理，建立环境系统的理论或实体模型，在人为控制条件下通过改变特定的参数来观察模型的响应，预测实际系统的行为和特点。环境演变是一个动态连续的过程，可以对其进行数值模拟，进而预测环境演变状况。三维GIS是环境演变模拟和预测的有力工具，在三维GIS模拟系统中，将演变模型、预测模型与三维GIS相结合，模拟大
23、自然的各种生态要素。然后对某一方面进行强化，就可以生动直观的展现环境演变发生、发展过程，并预测未来的演变过程和结果，看环境向着哪一方面发展，为自然演变的推测提供参考，为环境演变的预测预报提供科学依据。SmartEarth系统通过三维建模工具和三维分析功能，可以真实的对辖区的三维场景进行再现，依据环保机构现有的污染物动态扩散模型，获得污染物扩散数据，可以对发生事故的污染源进行动态模拟，结合周边的地理环境制定出合理可行的紧急撤离方案。41三维GIS在环境规划中的主要应用 实现了对空气污染、水体污染和噪声污染的监控基础上，实现扩散模拟、区域分析、应急处理等功能。分析环境覆在二、三维及时间维度。二维评
24、估受影响面积，三维可以精确看到受影响的水体分布和空间分布，时间维度则可以预测影响随时间的变化趋势。系统还提供了一些分析功能，帮助用户分析采取不同防护措施之间的差别，为处置提供了参考。42三维GIS在环境规划中的主要应用43烟羽扩散示意图。三维GIS在环境规划中的主要应用44根据大气扩散模拟影响因子如风向、风速、排放高度等进行动态分析，得到以上所示场景，可以看到废气笼罩的场景。二三维大气模拟场。三维GIS在环境规划中的主要应用45水污染扩散算法综合考虑推流迁移、分散稀释、降解等一系列因素，并利用河流二三维网格数据分析可视化。二维水污染事故模拟结果对比。三维GIS在环境规划中的主要应用46下图展示
25、的是三维河流污染动态变化过程，污染浓度由高逐渐变低。三维水污染事故动态模拟。三维GIS在环境规划中的主要应用47综合考虑声音传播衰减因子：距离、空气吸收、地面状况、遮挡物等进行计算分析，得到如下二三维噪声影响模拟面，如下图所示，障碍物对噪声传播的影响非常明显（注：绿色部分为障碍物影响区域）。二三噪声影响区域模拟场。三维GIS在环境规划中的主要应用48视频演示1视频演示2三维GIS在环境规划中的主要应用环境功能区划是依据社会经济发展需要和不同地区在环境结构、环境状态和使用功能上的差异，将区域合理地划分为不同的功能区。遥感(RS)、地理信息系统(GIS)技术是环境功能区划不可或缺的重要工具。遥感技
26、术可以便捷地完成大、中尺度的生态调查研究和进行不同时期的生态环境信息的对比分析。GIS可以完成空间数据的管理、分析和显示，而三维GIS则更进一步的增强空间数据的管理、分析和显示功能。在三维GIS平台支持下，以合适的基本评价单元，进行空间分析、遥感处理及三维建模和显示，建立区划数据库，对影响功能区划的主要因子，如地形、地貌、植被类型、土壤类型、土地利用现状等，分别建立评价图层，进行叠加分析，得到相关评价的指标数据，并逐级归并，形成分区方案。49三维GIS在环境规划中的主要应用环境规划，运用经济、法律、技术、行政教育等手段，限制人类损害环境质量的活动。将区域环境现状研究中的各要素、指标结合相应的空
27、间数据，建立多源信息数据库，并构建三维GIS系统。借助环境演变过程的模拟预测结果和环境现状的分析，综合考虑和分析社会、经济和自然各方面因素。而且可以根据不同要求，所见即所得的修改规划参数，从而得到不同的规划方案。为了达到预期的环境规划目标，在交互、三维可视化的实景模拟环境中进行科学规划和方案筛选。(袁国林，黄青松，贺彬,2007)在流域环境规划中采用可视化技术包括图形图像、多媒体影像、GIS和虚拟现实等手段，用于对流域环境要素的历史过程模拟、基础现状的表达分析、规划方案的形成和结果表达等方面。(朱华，曾光明,2004)在长沙市全国生态示范市建设规划中，利用3S系统提供环境规划所需的土地类型、土
28、地利用、植被覆盖、城市规模等数据，满足生态示范市建设规划的基本需求；利用VR技术重点体现部分生态功能分区和重点重大项目规划效果。50三维GIS在环境规划中的主要应用环境决策，是切实保护环境、实现可持续发展的政策支持与行政手段，是按照一定的环境规划目标，从各种可供选择的方案中，通过分析和论证，选定一个切实可行的优化方案的过程。环境决策必须实现科学化和信息化，提供基于全面、科学的信息决策支持手段。三维GIS可通过模拟仿真提供有力、可靠的决策依据。通过三维GIS直观展现环境规划方案，做出全方面的对比，有助于发现设计中多余、不协调或不可行的内容，并方便及时的做出调整，最后选定最优方案。在三维GIS虚拟
29、环境中获取、分析和处理所需的各种信息，可加快了方案设计的速度和质量，提高了方案设计和修正的效率。(郭素荣，王蕾,2002)将电脑三维设计应用于环境规划，实现模拟现实环境、综合分析最优化环境系统和对环境规划的评价审核功能。51三维GIS在环境规划中的主要应用视频演示52三维GIS在环境规划中的主要应用环境规划的延续性和超前性要求较高，三维GIS结合环境监测数据可以迅速、直观的表现环境规划的实施效果，还可以对实施进度、结果进行评价和审核，并能够适时提供修正方案。采用三维GIS可以直观便捷的展现采取某种措施的结果。环境管理人员可从任意角度，实时互动真实地看到规划效果，更好地掌握规划区域的形态和理解规
30、划方案的意图。如对某排污企业采取治理措施会出现什么效果，采取关停会出现什么效果。53三维GIS在环境规划中的主要应用三维GIS可用于环境规划成果的展示，这种成果的展示，既可以面向大众，作为宣传的需要。在设计阶段，可以将方案的设计成果展示给决策者或公众，供其提出修改意见，及时修正。与传统的平面的、静态的和动画的成果展示方式相比，它是三维的、动态的、交互的和仿真的。他可以任意角度、高度和时段的交互式漫游，展现环境现状和环境演变过程，通过叠加专题图可以展现各环境因素状况和相互之间关系。EV-Globe开发的江西省三维信息共享平台系统在三维场景下利用文字、图片、视频等手段可对江西省10个富有特色的试验
31、示范区进行全面描述，展示近年来试验示范区建设的丰硕成果。54三维GIS在环境规划中的主要应用空间布局涉及空间选址、空间搜索等空间分析问题。环境规划要求对区域土地和空间资源进行合理配置，使人类与所处空间环境和谐共处。科学合理地安排生产规模、生产结构和布局。利用三维GIS，不仅能利用其空间分析功能进行空间规划，还可以直观地展现规划结果的空间布局。特别是在山地复杂地形区域的空间布局不能向平原地区一样集中成片布置，而只能采取依山就势、顺应地形的灵活分散格局。其中地形、局地气候、山地自然灾害等因素的影响较大，而综合利用三维可视化模拟与空间分析可以在三维虚拟场景中方便的设计和修改空间规划，合理控制和优化区
32、域空间布局结构，使空间布局更加合理。55三维GIS在环境规划中的主要应用对水环境质量进行科学的分析、评价和预测，进而对其进行有效的规划、治理和管理，对保证社会经济的可持续发展具有十分重要的意义。结合水环境数学模型与三维GIS能够直观、逼真的实现水环境质量的模拟，了解不同河段的水质、水量、污染程度等各种情况。实现流域水的运动速度、水位、温度变化和主要污染物浓度随时间和空间变化的三维可视化。这种清晰、直观的水环境状况的表达，便于理解其演变规律、基础现状以及预测的结果。由此进行的水环境质量分析、评价和预测是规划决策的重要依据。(陈众,2005)结合三维可视化的虚拟现实技术、VRML语言和河流水质模型
33、，针对海量、实时、动态的水质数据，简洁、直观、可靠而准确的模拟河流水质状况。SmartEarth系统可将各污染区、污染源、受污河流等的矢量图及其属性信息加载到三维场景中，实现各污染源、受污区域等信息的显示。通过对各污染区设置不同的颜色来反映污染的不同的严重性。结合周围污染源和污染企业的分布图，可对造成污染的原因进行分析。56三维GIS在环境规划中的主要应用大气污染扩散模拟是环境管理部门进行环境空气质量评价、大气环境容量核定、优化污染源的布局、空气质量预报等业务工作的有效手段与方法。根据大气扩散模拟影响因子如风向、风速、排放高度等结合三维GIS空间分析和相应的模型进行动态分析，可以得到污染物扩散
34、范围。在山区复杂地区，地形和最常见的局部气流有山谷风和过山气流对污染物扩散存在较大影响，区域大气扩散模拟的效果将更加直观、明显和易于理解。通过大气污染扩散模拟，并应用空间分析，对整个区域的环境质量现状进行客观、全面的评价，以反映出区域中受污染的程度以及空间分布情况。(刘钊，欧阳坤，谢颖立，徐鑫磊，方正,2011)提出基于三维及时态GIS的大气扩散模拟方法，采用高斯烟团模型对静风条件下某港口发生的氨气泄漏事故进行动态模拟和分析。该方法能够直观展现大气污染的三维扩散过程，并能够定量分析得到事故危害时间和三维影响范围等信息。山东科技大学的冯玉龙、王阳等在ESRI主办的GIS大赛作品青岛市环境污染实时
35、监测与动态模拟系统中实现了大气扩散模拟三维可视化。57三维GIS在环境规划中的主要应用噪声地图是根据噪声预测模型计算出道路交通噪声、铁路噪声、工业噪声和机场噪声等噪声源对城市地图上各接收点的贡献值，再采用能量叠加原理得到各接收点的噪声值，并拟合绘制于城市地图上。噪声地图综合了计算机软件仿真模拟与地理信息系统技术，再现噪声污染在交通干道沿线和城市区域范围内的分布状况。它既是一种有效的决策工具，也是评估噪声污染防治措施有效性的重要手段。由于噪声地图是从三维空间和时间维度上较为全面地对噪声的影响进行事前预测和评价，使噪声控制更为高效、透明、可靠、精确，有利于公众深入了解声环境状况，参与监督。噪声地图
36、在欧美日等发达地区已经得到广泛应用，欧盟2002年噪声指引明确要求成员国必须绘制符合条件的噪声地图。目前，伦敦、巴黎、柏林、东京等城市都绘制了十分详细的噪声地图。58 2008年我国第一个城市区域噪声地图诞生，采用凯纳仿真模拟技术，描绘深圳市中心、面积12平方公里的福田南片区噪声情况。它通过集成声学仿真、GIS、Google Earth等多项技术，将无形的噪声转化为三维数字噪声地图，从而令不同用户可以全面直观地了解和分析目标区域的噪声现状；通过预测、比较和评估不同降噪措施的效果。三维GIS在环境规划中的主要应用 2005年英国出版了一本世界上最大的官方噪声地图伦敦道路交通噪声地图。在噪声地图上
37、，利用GIS软件可将不同的颜色代表不同的声压级渲染到每个建筑物上。爱尔兰发展了一项改进的可视化噪声地图，基于三维模型，可以直观的观察到安装声屏障对声场分布的作用，以预测使用声屏障等措施后对噪声污染带来的改善。59三维GIS介绍主要平台主要应用发展趋势目录 CONTENTS60三维GIS在环境规划中的发展趋势环境模型与三维GIS的结合1 1模拟的尺度和形式2 2时态GIS3 3环境智能决策支持系统4 4公众参与5 5智慧环保下的环境规划6 661三维GIS在环境规划中的发展趋势环境模型对各种环境问题和环境过程的描述大都具有明显的二维、三维空间特性，如二维和三维水质模型、大气扩散模型、噪声传播模型
38、等。这种空间特性有效地影响着环境要素间相互作用的过程和空间过程的动态演化。环境模型可以简洁明确地处理复杂的环境问题、模拟复杂的环境过程，但对空间问题的处理能力，特别是空间表达能力比较弱。三维GIS具有强大的管理、分析和显示空间数据的能力，但是缺乏研究解决环境、社会、资源等复杂问题所必需的预测和相关的分析能力。同时，环境模型明显的具有三维空间特性需要通过三维可视化的方式描述环境参数、模拟环境过程和展示环境模型运算的结果。因此，加深环境模型和三维GIS的结合，有利于发挥各自优势，有助于许多环境问题的解决和三维GIS的丰富与完善，有助于增强环境规划的可视化效果和人机交互能力，使得二者相得益彰。62三
39、维GIS在环境规划中的发展趋势环境规划与三维GIS都存在时间和空间的多尺度表示问题。环境规划在时间尺度上可分为长期、中期和短期环境规划三种类型。在空间尺度上，分为大尺度、中尺度和小尺度环境规划。环境规划具有十分明显地域性特征，不同尺度的现象和过程之间相互作用、相互影响，表现出复杂性特征，在一个尺度上观察到的现象和过程是同质的，到另一个尺度就可能是异质的。三维GIS不仅需要多尺度、多类型、多时态的空间数据的支持，而且需要把这些多尺度表示的信息动态地联接起来，建立不同尺度之间的相关和互动机制，以进行有效的综合分析和辅助决策。随着三维GIS多尺度研究的发展，利用三维GIS能够更加有效的模拟不同尺度的
40、环境过程，更好的表达不同尺度间环境规划的协调性。63三维GIS在环境规划中的发展趋势对于三维空间数据的可视化，在场景显示的基础之上增强人与环境互动效果，交互式编辑、人机互动将成为今后发展的重要方向，深层次目标必将是让用户借助于虚拟设备如数据手套、3D立体眼镜等，沉浸于真实的三维场景之中，与模型、数据进行灵活互动，有如用户置身其中一般。64三维GIS在环境规划中的发展趋势时态GIS在三维GIS的基础上增加时间维或者时间变量，将时间看成是一条空间无限延伸的轴线,它是现实世界的第四维，有时亦被称为4DGIS。时态GIS是能够跟踪和分析随时间变化的空间、非空间信息的地理信息系统。空间、时间和属性构成地
41、理信息的3种基本成分。环境中的诸多要素都是与时态相关的，例如污染物扩散过程。因此，时态GIS应用于环境规划是当前的一个发展方向。时态GIS使环境演变过程和污染物扩散过程成为一个在三维空间范围内连续变化的时间段，能够完全真实地反映环境的任何演变过程，是三维GIS运用的高级阶段，也是环境规划应用的重要发展方向。通过建立时态GIS，增强环境的动态及过程模拟，可实现研究区域的真实环境再现及环境规划结果预测。65三维GIS在环境规划中的发展趋势环境规划常伴随有大量的结构化、半结构化和非结构化并存的决策问题。除了数学模型描述和求解外，尚有半结构化和非结构化问题需要决策支持系统的支持。决策支持系统（Deci
42、sion Support System，简称DSS）是辅助决策者通过数据、模型和知识，以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策的计算机应用系统。智能决策支持系统（IDSS）是在决策支持系统的基础上集成人工智能技术，特别是专家系统而形成的。清华大学陈文颖应用IDSS技术开发了大气污染总量控制规划智能决策支持系统，可以充分做到 定性分析和定量分析的结合，使产生的大气污染总量控制规划方案更科学、更合理、更有效。三维GIS具有强大的人机交互能力，能够直观、逼真的表达客观世界，便于决策者理解环境问题。因此，三维GIS与环境智能决策支持系统的无缝集成为实现三维数据的可视化智能提取和环境规划与管理的宏观决策
43、提供了技术支持，极大提高了决策的便捷性、科学性和合理性。66三维GIS在环境规划中的发展趋势环境规划的公众参与是指公众按照规定的程序,参与到环境规划的制定过程和实施过程中,从而影响环境规划决策和实施效果的行为。环境规划特别是城市环境规划与公众的人居环境密切相关，公众参与十分必要。但是普通公众理解专业性较强的环境规划知识又十分困难。为此三维GIS以其虚拟逼真的可视化技术将大大提高公众参与度。67三维GIS在环境规划中的发展趋势在三维GIS中，公众可以从任意角度，实时互动真实地看到规划效果，更好地了解环境现状、规划师的设计意图和规划的目标，辅之以多媒体等手段，提高公众参与的同时达到宣传教育的目的。
44、三维GIS结合多媒体和互联网，将三维GIS与声音、照片遥感影像、视频和动画等链接，将复杂难懂的专业信息以一种喜闻乐见的方式展示给公众，扩展公众参与的知识基础。三维GIS强大的空间分析功能，可以查询和统计区域周边环境各要素指标、噪声状况等，规划对日照、通视条件是否有影响，污染事故扩散范围和对区域的影响等是传统方法无可比拟的。通过三维GIS公众可以参与到环境规划编制、审批和实施的各个阶段，并能增加其认同感从而自觉执行并监督，使规划有效地得到实施。68三维GIS在环境规划中的发展趋势数字环保就是指用信息化手段和移动通信技术手段来处理、分析和管理整个城市的所有环保业务和环保事件信息，促进城市管理的现代
45、化的信息化措施。智慧环保是物联网技术与环境信息化相结合的概念，在原有数字环保的基础上，借助物联网技术，把感应器和装备嵌入到各种环境监控对象（物体）中，通过超级计算机和云计算将环保领域物联网整合起来，实现人类社会与环境业务系统的整合，以更加精细和动态的方式实现环境管理和决策的智慧。69三维GIS在环境规划中的发展趋势目前，智慧环保比较多的应用是环境监测。环境监测的目的是准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据。建立环境物联监测网络，实时采集污染源数据、水环境质量数据、空气环境质量数据、噪声数据等环境信息，对重点地区、重点企业实施智能化远程监测，
46、对各种环境信息进行智能分析。环境规划具有较强的时效性，它的影响因素在不断变化，无论是环境问题还是社会经济条件等都在随时间发生着难以预料的变动，由此制定的环境规划，随着社会经济发展方向、发展政策、发展速度以及实际环境状况的变化，势必要求环境规划工作具有快速响应和更新的能力。70三维GIS在环境规划中的发展趋势通过与环境模型和三维GIS空间分析结合，实时分析、评价、预测和模拟等处理，得到环境规划各因素指标，用于当前环境规划方案的评价和审核，由此可以实时的、动态的修正环境规划方案。智慧环保使监测、规划、实施的周期大大缩短，极大提高环境规划的时效性。智慧环保是又一次信息技术的飞跃，它将极大加快数据的传输、更新速率、涵盖范围，就如数字环保对环境规划的影响一样，智慧环保也必将对环境规划产生巨大影响。71谢谢72结束
