魏淑静，班会龙

（1郑州工商学院 河南 郑州 450000）

（2河南中之达建筑工程有限公司 河南 郑州 450000）

1 三维GIS技术概述

作为一门相对复杂的学科，土木工程涉及到多方面的因素。只有协调好不同因素之间的关系，土木工程活动才能顺利进行。从实践活动来看，土木工程施工的难度较大。如何提高土木工程的实际效率，并有效地模拟工程施工建设的动态过程是当前土木工程管理和建设现代化的重要要求。当前信息技术的迅速发展催生出很多空间技术，这些技术的应用使得土木工程的管理和设计效率大大提升。

三维GIS就是当前信息技术发展的最新成果，它将计算机技术和地学的空间数据有效地结合起来，使得用户可以对工程的空间信息进行有效地管理，并将空间信息通过可视化的手段标识出来，为土木工程设计决策提供了重要的辅助作用。但是，我们必须意识到传统的GIS技术是基于二维空间的，用户只能从中感受抽象的空间符号，并不能从中获得真实的自然界的原本感受。也就是说，传统的二维GIS技术并不能满足当前土木工程施工等各方面的具体要求。随着计算机虚拟技术的进一步发展，其他数据库理论技术也日益成熟，三维GIS技术出现并得以应用，而且应用效果十分显著。

三维GIS技术在工程地质勘查中的应用有利于充分发挥GIS系统的强大的数据分析和空间分析的功能，能够将工程勘查项目的地质调查情况以图像、文字或者表格的形式表现出来，并在此基础上进行二维地质计算，构建合理的地质模型，为相关部门工程决策提供有力的参考。目前，我国很多地质工程项目组已经将三维GIS技术应用到土木工程勘查过程中，取得了不错的成果。下文将分析三维GIS技术的最新进展，并对其在土木工程中的应用展开探讨。

2 三维GIS技术的最新进展

作为一种空间信息系统，GIS技术能够在计算机技术的支持下收集、存储和管理各类数据，并对地理空间数据进行分析和描述。与传统的二维GIS技术相比，三维GIS技术能够更真实地展示空间信息，并用更为直观的形式将抽象的空间信息表现出来，以供用户使用。三维GIS技术的可视化功能十分强大，它不仅能够让用户获得地理空间现象，也能够表达出地理空间中的平面关系和垂向关系。尤其是先进的图形卡和投影设备的应用，更是提升了三维GIS技术的可视化能力。另外，三维GIS技术的多维度空间分析能力也进一步提升。从本质上来说，空间分析的过程是复杂且抽象的，与二维GIS技术相比，三维GIS具有很多无可比拟的优势。

第一，三维空间信息数据的采集。就目前来说，由于各种限制性因素的存在，三维空间信息系统在数据的获取方面还存在一定的不足。三维空间信息数据的采集主要分为两部分：表面数据的采集和三维体信息的采集。在物体表面数据的采集方面，地图数据采集法、实体测量法等已经得到了广泛的应用。

第二，三维空间数据模型。这是三维空间信息系统应用的关键部分。数据模型的应用可以有效地表示出空间实体的关系，并将这种关系利用各种操作符号表示出来。三维空间数据模型能够描述出空间实体和非空间实体之间的关系与相互制约机制以及一定时间序列下的动态变化。就目前来说，三维空间数据模型可以分为体模型、面模型和混合模型，不同模型的应用范围存在较大的不同。

第三，三维空间关系。空间关系主要由三部分构成：防线关系、度量关系和拓扑关系，它们都代表着不同实体之间的空间特性。地理空间关系的描述要充分考虑描述的严密性与通用性因素。就当前来说，交互法、交叉法和各种混合方法是主要的地理空间关系描述法。其中，交叉法的应用最为普遍，它主要是将空间关系分成几个不同的部分，之后对各部分的空间交际关系进行判定。

第四，空间数据管理。空间数据的有效管理是顺利实现空间分析的重要基础。三维GIS技术的应用能够将地理空间的表面信息真实地表现出来，包括各种纹理特征和其他属性信息等，为用户提供便利。目前，用户多利用Oracle数据库进行海量三维数据的存储。

第五，三维空间信息的可视化发展。可视化技术是三维GIS技术最重要的组成部分，能够帮助人们有效地认知地理空间。就目前来说，相对成熟的三维可视化平台有OpenGL、JAVA3D等，这些平台主要应用的是GeoVRML等建模语言。上述三维GIS技术的新发展为其在多个领域的应用奠定了良好的基础。

3 三维GIS技术在土木工程中的应用研究

三维GIS技术的应用优势鲜明，其应用能够提高土木工程的设计和施工效率，为土木工程相关用户提供诸多便利。三维GIS系统中工程地质分析模块是在GIS系统中空间分析功能和数—模联动功能的基础上形成的，能够根据离散专控点的情况形成相应的等值线，如地下水位等值线等；能够生成钻孔平面布局图、岩石柱状图等基本图件；能够根据试验所得的数据形成相应的数据曲线图，如施工地点土的颗粒级配曲线等等。下文将对三维GIS技术在土木工程中的具体应用进行分析。

第一，计算某一个区域的土方量。土木工程合理的设计的最重要因素之一就是先要估算工程的土石方的工程量。过去，施工人员多是通过设立合理的规格网格，通过测算网格的高程，并通过线性内插的形式，测定需要挖或者填的土方量。但是，该种测算过程工序繁琐，工作人员的工作量较大，而且测算结果不够准确。作为工程地质数据图像化的重要表现形式，三维GIS技术中空间插值功能的应用能够让用户更好地预测工程数据的变化，并能够通过计算机模拟变化的结果，从而真实地反映工程区域内地质情况。三维GIS则可以通过数字高程模型的构件，快速地计算出土方量，具体计算公式如下：

三维GIS先用封闭空间表示出土木工程的具体范围，而后设定合理的高程，之后利用上述公式顺利计算出工程的土方量。

第二，道路设计中的应用。三维GIS技术的应用使得道路设计工作更为便捷。它能够通过道路线计算出土方量。其主要的应用过程如下：用户先要设计出道路的中心线，并按要求输入设计参数，包括路面宽度、中心线的加密点数或者加密的网格间距等。加密点数一般适合道路设计中计算加密较少的情况，而网格间距加密技术的应用能够使土方工程量的测试结构更为准确。

第三，工程淹没分析中的应用。三维GIS技术的应用能够与各种水文模型有效地结合起来，并利用系统中提供的各类三维数据，合理地预测土木工程中洪水可能会形成的淹没区域，进而对洪水灾害后果进行预测和评估。土木工程的淹没分析是十分重要的，合理的淹没分析有利于保护周边的生态环境，对于周围的移民安置工作也具有十分重要的意义。工作人员可以利用三维GIS技术，判断淹没的水位，并采取不同的处理措施，如分片或倾斜平面处理。土木工程淹没分析主要包括对淹没的深度及没水的范围的分析，同时还要分析可能会面临淹没风险的居民的财产、土地的类型以及可能影响的人口数量等。

除此之外，三维GIS技术能够帮助用户进行土木工程专业的制图，利用三维技术中的强大的图像生成功能，能够使工程制图更准确。另外，针对土木工程专业施工图纸接边不够精确的问题，可以利用GIS软件对扫描后的图纸进行拼接，而后将相邻扫描图的关键点冲和即可得到完整的图纸。

4 结语

综上所述，三维GIS技术的新发展，使其空间分析能力和图形的现实能力进一步提升，能够用可视化的手段将工程设计的成果表示出来，逐渐成为工程设计和决策过程中的有力工具。由此可见，三维GIS技术的应用前景良好。但是，就目前来说，该技术在土木工程相关的领域应用还不够深入，其作用也没能充分发挥出来。未来，工作人员应该加强研究，深化GIS技术，并将其与土木工程设计与施工充分结合起来，提高设计和施工效率。

[1] 魏振生，杨琪，吴旭阳，吉晓峰，顾珂.GIS在油气管道工程全生命周期中的应用[J].测绘与空间地理信息，2013(S1).