自然資源三維可視化研究
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摘要：通過收集整理地理信息數據和自然資源管理數據，利用ArcGISPro進行平臺開發與搭建；結合典型應用案例分析，開展了自然資源三維可視化研究與應用分析。該研究項目在一定程度上搭建了自然資源數據整合和可視化展示的基礎框架，為有效提升自然資源管理綜合效能奠定了基礎。后期應繼續完善平臺功能，努力實現湖北省自然資源全方位管理的高效性。
關鍵詞：地形三維；三維可視化；自然資源管理；GIS
面對生態文明建設背景下的自然資源管理需求，必須建立一個集中管理、安全規范和全面服務的三維可視化展示與分析平臺，統一解決自然資源調查、確權和國土空間用途管控等問題，為自然資源管理工作提供信息化手段，有利于統籌協調全省自然資源開發利用與權益保護和環境保護，并將大幅提升管理效能。多位學者在三維可視化研究方面進行了大量的探索，如宋春鳳[1]、李清泉[2]、張文元[3]、蔣文杰[4]、藍青[5]等開展了基于地下綜合管網信息的三維可視化研究，為給排水管網的基礎建設、長效管理與實時維護提供了十分重要的依據；陳誠[6]針對深基坑監測信息和三維可視化展開了深入研究，建立了集深基坑監測信息管理和可視化于一體的管理系統；許捍衛[7]、張奇[8]、王穆一雄[9]等在城市三維和校園三維管理方面進行了研究，對空間三維可視化和空間分析進行了深入探索；還有一些學者針對地形三維開展了相關研究，但總體而言，涉及自然資源管理的三維可視化研究較少。湖北省自然資源三維可視化研究，通過收集、整合地理信息數據和重點自然資源數據，開發與搭建數據展示平臺，挖掘典型應用案例，模擬自然資源在地理空間下的真實情況，還原自然資源的實際狀況，助力自然資源管理維度升級，更好地開展自然資源調查監測、規劃管控、開發利用、保護監管、生態修復、災害防治、執法監察等工作，為山水林田湖草自然資源三維空間一體化管理、精細化管理、科學化決策、現代化規劃、立體化利用提供有力的基底數據和技術支持。
1研究方案
本文采用三維地理信息架構設計，利用已有的硬件設施與環境，采用B/S架構模式，整合基礎地理空間信息數據、結合自然資源業務數據，利用基于Win?dows的PC端、基于Android的PAD端三維可視化軟件進行定制化開發，實現了湖北省地形地貌的三維可視化展示、分析與管理。研究方案的技術流程為：①收集全省已有基礎地理信息數據、自然資源業務數據、地理國情普查與監測數據、數字城市數據等，編寫研究方案；②將不同坐標不同格式的原始數據整合為數據格式相同、同一坐標系的數據，經過保密處理后，上傳至互聯網使用；③配置服務器環境和網絡環境，利用ArcGISPro軟件進行總體平臺架構設計與搭建，包括用戶體系、開發模式、應用模式、系統維護、出錯處理、系統安全等方面；④結合平臺數據架構，將整合脫密后的數據分類按目錄存儲至文件夾或GDB數據庫的數據集中，并建立對應的三維配圖工程，調整要素的符號樣式和顯示尺度，形成平臺可直接加載使用的數據工程；⑤數據服務發布主要包括數據制圖、地圖服務發布和服務緩存制作3個步驟，便于提高Web端調用效率；⑥平臺測試，整理上交案例和成果，如圖1所示。
2應用案例與效益分析
湖北省自然資源三維可視化研究為自然資源管理工作提供了信息化手段，大幅提升了職能部門的管理效能。
2.1生態環境監測
自然資源的管理職責包括生態環境整體保護、系統修復、綜合治理等方面，結合三維可視化技術，可綜合提高礦山生態修復、碼頭治理以及重點湖泊水庫生態恢復等項目的監測水平。在礦山生態修復項目中，通過三維場景，以不同年份遙感影像分屏展示的形式，準實時展現礦山生態修復應用案例的開發、變遷、修復等變化場景。在三維地圖場景中點擊該地塊生態修復應用案例的范圍標記，即可彈出該區域生態修復信息展示窗口，顯示生態修復的詳細信息，如圖2所示。通過加載2020年最新的遙感影像數據，可動態監測生態修復成果和現狀，減少野外巡查工作量，杜絕人為主觀因素的影響。
2.2城市發展動態研究
城市的發展離不開政府的行政決策，生物城、科技城、產業園、保稅區等區域規劃建設將占領城市發展前進的制高點，必須從貿易便利化、投資自由化、行政體制創新、科技體制創新、金融制度創新、服務業擴大開放、網上稅收政策等方面開展先行先試工作。武漢市的光谷自貿區立足中部，將努力成為全面改革開放的試驗田和內陸對外開放的新高地，動態研究其發展過程，將起到較好的示范作用。在三維地圖場景中，點擊光谷自貿區應用案例的范圍標記，將實時展示光谷自貿區應用案例的空間位置和覆蓋范圍；點擊時序影像對比按鈕，則在新窗口中以不同年份影像分屏展示的形式呈現光谷自貿區應用案例的開發變遷情況（圖3）。對比歷年影像發現，自貿區正在逐步施工建設，其對周邊道路建設、房產布局、生態綠化具有促進作用，直接帶動了當地經濟的迅猛發展
2.3重點工程建設
機場、港口、鐵路、高速公路等重點工程建設速度將客觀決定區域發展的快慢程度，建設過程中涉及規劃、拆遷、土地整理、建設等多個環節。在三維地圖場景中，點擊加載其中一項（如鄂東機場）按鈕后，將立即展示重點工程的空間位置和覆蓋范圍，還可顯示其詳細信息；點擊時序影像對比按鈕，則在新窗口中以不同年份影像分屏展示的形式呈現鄂東機場建設不同階段的發展變遷情況（圖4）。在項目進展的關鍵時期，還可采用無人機不定期獲取其遙感影像數據，回傳、加載至三維可視化平臺后，直接供政府部門實施動態決策，提高機場建設速度。
2.4地質災害防治
近年來地質災害時有發生，嚴重損害了人民生命財產安全，因此降低地質災害隱患問題迫在眉睫。地質災害的發生與區域地理位置、地形狀況以及地質環境息息相關，通過三維可視化平臺展示省內近年典型滑坡泥石流災害情況，可為地質災害防治打下基礎。湖北省某地地質災害點分布和單個地災點范圍如圖5所示。該地災點經調查、勘察和科研后確認其屬于大型巖質古滑坡，規模巨大、成因復雜、危害嚴重，得到各級政府的高度重視。在三維地圖場景中，點擊加載按鈕，則能立體展示該滑坡體應用案例的空間位置和覆蓋范圍，可為地災防治部門掌握和制定應對措施提供決策輔助依據，合理推動社會經濟與生態環境的和諧發展。
3結語
在生態文明建設的大背景下，自然資源管理工作由二維系統升級為三維系統，可有效提升自然資源調查、確權和國土空間用途管控等綜合管理效能。本文通過整合二維地理信息數據向三維GIS轉變，生動、形象地再現了湖北省地形地貌、重點自然資源分布情況，實現了自然資源和人文社會資源的統籌分析。本文在一定程度上搭建了自然資源數據整合和可視化展示的基礎框架，結合典型應用案例，揭示了研究成果在生態保護、生態治理和修復、城市發展等領域的應用價值。后期將結合自然資源管理具體要求，在現有研究的基礎上添加自然資源管理數據的屬性要素，完善管理功能，繼續提升研究平臺的實用性，努力實現湖北省自然資源全方位管理的高效性。
作者:周軍元 蘇勤龍 劉威 胡歡 萬建橋 單位:湖北省測繪工程院
