三维地理信息系统在森林资源管理中的开发应用研究

摘要

本文是黑龙江省攻关课题“森林资源监测与经营决策空间信息技术的研究(GC02B608)”的部分内容。 地理信息系统已经广泛地应用于与地学相关的众多领域，三维地理信息系统是其发展趋势之一。很多应用领域要求GIS能够在虚拟三维空间中进行浏览、显示和分析。本文在这样的背景下旨在研究三维地理信息系统在森林资源管理中的应用，探索了一种崭新的技术手段。 本文从三维地理信息系统空间数据库的组建和空间分析等方面入手，重点研究了用三维可视化地理信息系统Imagis组建三维空间数据库并进行空间分析的技术方法；同时研究了Imagis的二次开发过程；以及用IDL进行系统开发完成三维地理信息系统空间分析功能。 首先，使用Imagis组建应用于森林资源管理的空间数据库管理系统，以林班为基本空间实体单位组建空间数据库，并且完成了空间数据库与外部属性数据库的连接；以Imagis可视化地理信息系统为平台，实现了初步的三维空间分析；利用DEM和遥感影像数据在Imagis的扩展模块3DBrowser中实现了三维飞行浏览；探索到了Imagis的二次开发接口，并尝试了Imagis的二次开发，利用这种二次开发的技术会使Imagis在构建森林资源管理空间数据库更加灵活；利用二次开发的思想完成了外部ArcView数据向Imagis的DEM数据的转换，解决了基本数据源的问题；同样通过二次开发使林班与DEM的叠加，并且批量完成布尔运算，叠加分析后的精度高，为组建三维空间数据库提供必要保障。 其次，使用可视化编程语言IDL开发了三维空间分析模块Analysis3D，系统实现了部分三维地理信息系统的功能，并进一步使三维地理信息系统迈向了虚拟现实。在系统的实现过程中利用IDL坐标系统的转换的功能，成功地将外部数据可视化，消除了水平比例尺与垂直比例尺不一致的误差；通过对鼠标事件的剖析实现了三维数据的实时获取，并解决了三维实体空间编辑与操作的实际问题，使三维地形的观察更随意，实现多视角多分辨率的观察；根据地理信息系统空间分析的相应算法，实现空间分析与立体量测，所有过程均在三维空间中完成，使分析结果更形象；同时完成了三维空间中提取等高线，以及自动标注等高线功能，使这一工作的生产率大大提高；为了实现虚拟现实所需要的接近自然色彩的纹理，进一步探索了IDL在遥感数字图像处理中的应用，并且实现了遥感数字图像的彩色合成，解决了纹理映射中影像合成的实际问题。 最后，实现了二三维交互式浏览，不但使只有专业人士才能解读的等高线信息变为三维地形，而且使二维遥感图像和带有纹理的三维地形之间产生显示互动，得到良好的视觉效果。实时的动态显示和经过彩色合成的遥感影像的纹理映射，具备了较强的视觉冲击效应。这种三维的浏览与显示做到了“所见即所得”，这是虚拟现实的基本条件之一，这一过程也就成为进一步研究三维地理信息系统与虚拟现实之间关系的桥梁。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1 GIS的发展趋势

1.1.1网络地理信息系统

1.1.2控件GIS

1.1.3三维及时态GIS

1.2三维GIS概述

1.3研究方案

1.3.1研究的目的和意义

1.3.2本研究的技术路线

1.4三维可视化GIS——Imagis简介

1.5可视化开发语言——IDL简介

1.6预期成果

1.6.1组建三维空间数据库

1.6.2探索Imagis的二次开发接口

1.6.3利用3DBrowser实现三维浏览

1.6.4开发Analysis3D模块

2数据准备

2.1研究区域概况

2.2矢量数据获取

2.2.1基础矢量化工作

2.2.2建立属性数据库

2.2.3等高线矢量化及高程录入

2.3栅格数据获取

2.3.1数字地形模型(DTM)

2.3.2 DEM的表示模型

2.3.3 DEM的采集

2.3.4本文DEM的采集过程

2.4 DEM文件结构探究

2.4.1 3D文件结构描述

2.4.2 DEM头文件结构描述

2.4.3 ArcView中Grid模型数据的导出文件

2.4.4 ASCII数据格式向DEM数据格式的转换

2.5 SPOT数掘预处理

2.5.1 SPOT5数据概述

2.5.2 SPOT原始数据

2.5.3 SPOT数据几何校正

2.5.4 SPOT数据掩模处理

2.6本章小结

3应用Imagis组建三维GIS

3.1 Imagis的二次开发

3.1.1二次开发的接口设置

3.1.2使用二次开发的方法添加Imagis菜单

3.1.3在Imagis中开发自定义功能

3.1.4 Imagis二次开发的局限性

3.2用Imagis组建空间数据库

3.3空间数据与属性数据的连接

3.4空间查询与分析

3.4.1空间查询

3.4.2空间分析

3.5三维浏览

3.6本章小结

4 Analysis3d的开发

4.1数据读取及数据可视化

4.1.1数据读取

4.1.2数据可视化

4.2三维编辑与操作

4.2.1鼠标事件

4.2.2旋转事件

4.2.3平移事件

4.2.4缩放事件

4.2.5鼠标读取空间三维坐标值

4.2.6恢复功能

4.2.7正射功能

4.2.8高程颜色

4.2.9状态栏

4.3空间分析

4.3.1等值线分析

4.3.2叠加分析

4.3.3坡度分析

4.3.4坡向分析

4.4量测模块

4.4.1面积量测

4.4.2距离量测

4.5其它工具

4.5.1彩色合成

4.5.2贴纹理

4.5.3二三维交互浏览

4.6本章小结

5结论与讨论

5.1结论

5.2讨论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢