基于ArcGIS和Global Mapper软件实现三维地形可视化与测绘的方法及流程

陈小娟

摘要：科技的进步和人们生活水平的提高，人们对三维地形可视化技术越来越关注，三维地形可视化技术以地形地貌为研究重点对象，在地理信息系统和测绘工程等领域被广泛地应用。其中用ArcGIS 和Global Mapper软件来实现地形可视化和测绘因为使用方便和技术的可靠性而受到更广泛的关注，本文先介绍了ArcGIS 和Global Mapper软件的特点和优势，然后对运用该软件如何实现三维的地形可视化与测绘方法和流程进行详细的介绍和说明。

关键词：ArcGIS，Global Mapper，三维地形可视化技术，测绘，方法及流程

中图分类号：TP311.5文献标识码：A 文章编号：

地形可视化在上世纪60年代随着地理信息系统概念的出现而形成。随后以研究地形地貌为重点的地形三维可视化技术在虚拟现实技术、地理信息系统和测绘工程以及土地管理和气象水文研究等领域应用逐渐广泛，并受到了人们的普遍关注。科技的发展使我国的测绘作业从传统模式转向综合化信息获取模式。现在的地形书记获取量与过去相比较已经扩大到了原来的几十倍。三维地形不仅要精确地进行地形模拟，还要对有效地对大量数据进行管理，实现高精度，快速度，及时性地显示地形数据，所以，在三维可视化中，三维地形的模拟和显示是重点。

一、ArcGIS 和Global Mapper软件

（一）ArcGIS软件

ArcGIS是有共享的GIS组件构成的通用组件库来实现三维地形可视化的全面GIS平台。它由三个主要部分构成：1，ArcSDE。它是一个高级空间数据服务器，在基于多种关系型数据库管理系统下进行地理信息管理。2，ArcIMS。它是地图服务器，特点是可伸缩，工作原理是在开放性的Internet 协议的基础上对GIS 地图，数据和元数据进行发布。3，ArcGIS Server。它是在企业和Web 框架上建设成的服务端GIS应用和软件共享的对象库，是一个具体的应用服务器。ArcGIS软件是当今GIS技术的应用软件，具有强大的三维分析和空间分析能力，主要功能是实现对等高线和高程点的数字高程建模。

（二）Global Mapper软件

Global Mapper软件主要功能是进行对地图进行绘制。它能够将数据进行分析显示成光栅地图、高程地图和矢量地图，并且对地图进行编辑和打印记录，利用GIS功能裁剪数据集范围。它可以对地面距离，实地面积、海拔高度和对比度等进行计算。Global Mapper软件相对于其他地理信息系统软件，主要优势在于有更强大的兼容性。它不仅可以打开地理信息系统的数据，还可以用3D的方式真实查看高程地图。

二、基于ArcGIS和Global Mapper软件实现三维地形可视化与测绘的方法及流程

（一）基于ArcGIS和Global Mapper软件实现三维地形可视化与测绘的方法及流程图

基于ArcGIS和Global Mapper软件实现三维地形可视化与测绘的方法的包括数据的采集处理，ArcGIS软件自然界点的插值操作和Global Mapper软件的操作处理等，具体的方法和流程如图1所示：

图1：ArcGIS和Global Mapper软件实现三维地形可视化与测绘的方法及流程图

（二）三维地形可视化与测绘的方法及流程实现

1、数据的采集处理

目前很多测绘部门已经广泛应用数字摄影测量技术来对大比例尺的地形图进行测绘和更新。数据的采集和处理中应用数字摄影测量技术能够满足规划高程精度和平面精度要求，而且相比常规的三维激光扫描和地面测量技术，数字摄影测量技术有操作简易，成本低下，工作周期短等优势。

运用ArcGIS软件对三维地形数据进行离散数据插值法，不需要用户直接参与便可与实际地形特征自动相适应，确定三维地形的样点数量，搜索半径和区域的形状。自然临近插值法采取最接近的采样点，按照比例进行插值，能够很好的处理各类离散数据，按照地形走势模拟地形。ArcGIS软件的离散数据插值法对离散数据进行高效处理并最逼真地模拟数据描述的地形。

2、Global Mapper软件

Global Mapper软件强大的兼容性能够对各种文件格式的数据进行处理，例如栅格、高程、适量等类型的文件。应用Global Mapper软件可以通过高程模型建立一个复合型地理环境系统，从而实现用户对空间信息的提取和数据测量，然后将三维模型导入Global Mapper软件中，就可以显示出可视化三维地形效果。Global Mapper软件的处理操作包括：

第一，模拟和显示三维地形模型。Global Mapper平台结合LOD技术将ArcGIS生成的数据转化为地形网格。LOD对同一场景采用不同的描述方法，从而得到一组模型进行选择使用，对近物用细致模型，远物采用较粗糙模型。这样建立起层次细节模型，在保证模拟地形图片的准确逼真外还克服了影响数据大量占用存贮空间的问题。图2表示了Global Mapper软件对地形的LOD分割过程，经过LOD的细节划分可以对地形框架进行各面的可见性判断，从而提高地形显示的效率。

图2 层次细节划分

第二，三维地形可视化的信息提取。通过Global Mapper软件对三维地形信息分析处理后绘制相关图片是一项重要的处理内容。传统方法的地形数据测绘属于实地外业测量，任务量大，工作难度高，受天气和地形等客观因素的影响很大。基于三维地形可视化的测绘为数据采集和处理提供了简单便捷的途径。在具体测量项目中，利用Global Mapper软件进行数据采集和地理数据处理，能够快速生成等高线，并将等高线，海岸线和房屋边境等二维数据直接覆盖到三维地形图上，生成可视性的三维地形并绘制成图片。用户而言通过测绘出来的图片对地形的情况直接观察，并他、根据软件中的测量工具测量出距离、面积、高程等相关数据。利用Global Mapper软件实现三维地形的可视化模型和测绘并提取信息非常便捷可靠。

（三）数据的纠正处理

利用ArcGIS和Global Mapper软件可以有效的对空间数据的质量进行控制。地形生成后存在一定的地形偏差和错误，所以修改非常重要。对于ArcGIS软件生成的原始栅格数据修改主要是用Global Mapper软件平台的可视化功能进行空间数据质量控制和修改。在Global Mapper中叠加实际影响和三维虚拟地形，找出模拟三维图和实际区域差异的地方，通过ArcGIS定位区域，发现偏差的离散点，将其删除，并重新采集数据进行插值，完成数据纠正。

结论：

现代化的测量手段和计算机的飞速发展使地形测量急速向虚拟化方向发展。ArcGIS和Global Mapper软件在三维地形可视化建模中的应用使地形测绘进入到高精度、实时显示和便捷化阶段。并且可以实基于可视化三维地形模型的多元信息获取。提高了工程测绘工作的质量和效率，对测绘技术的进步和发展起到了重要作用。

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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。