(4) 三维GIS的发展

虚拟现实技术的发展与应用，使城市规划进程的三维动态建模更加方便，设计成果更加形象和立体。三维GIS能够将拟建的建(构)筑 物及其他设施的位置、高度、外观、空间形态等要素建立三维仿真模型，通过三维仿真辅助规划管理系统在已经建立的现状地物三维场景中进行展示和分析，为城市 规划管理提供科学依据和决策支持。通过三维仿真技术建立城市的真实虚拟环境，能够真实再现要审批的规划建筑和现状建筑的空间关系以及协调一致性，用动态交 互的方式对每个建筑设计方案进行身临其境的全方位审视和对比，还可以有效综合建设项目不同阶段资料以及周边各种社会、经济信息进行空间分析，有助于评审专 家和决策者更科学的选定合适的规划设计方案，合理布局，大大提高城市规划的科学性和前瞻性。

6、GIS在城市规划中的应用展望

1、公共平台、规划管理信息系统和网站群的融合

   数字城市建设的任务就是利用现代高科技手段,充分采集、整合和挖掘城市各种信息资源(特别是空间信息资源),建立面向政府、企业、社区和公众服务的信息平台、信息应用系统以及政策法规保障体系等。

2、城建政府电子政务与城市规划管理信息系统的融合

城建政府电子政务系统的建设主要是在原有的电子政务系统的建设的基础上,融进建设行业管理对图形数据特别是对空间数据依赖的特点,实现动态空间数据和属性数据互动的可视化。

六、GIS系统设计

6、结合地震模型的数学原型,整个模型分析和输出的步骤如下:

(1)利用高分辨率遥感影像提取震后建筑物

受损情况,结合现场调查数据,并与震灾发生前的建筑物进行空间叠加分析,从而将受损建筑物信息进行提取。

(2)再将行政区划层与受损建筑物层进行一个空间叠置分析,将震灾评估区的全部受损建筑物提取出来(评估区可以根据实际需要灵活选择)。

(3)遍历整个评估区的建筑物,查询每一个

建筑物的建筑结构类型,并记录其相应的造价和面积。

(4)将查询到的建筑物结构类型与对照表进

行匹配,联合地震震级找出该建筑物在该震级下的受损比和破坏比。

(5)利用评估模型的数学公式进行该受损建

筑物的自身毁坏评估,并记录其评估结果。

接下来进入下一个建筑物的评估,并将评估结果与前一个评估结果进行自加运算。当遍历评估区的所有受损建筑物后,最终该片区的建筑物自身毁坏经济损失的总结果也自然计算得到。

6．2 系统功能模块

地震灾害决策支持系统的主要作用是评估灾害损失情况 ,然后根据评估结果作出相应的应急处理 ，并且通过 Internet或 Intranet将决策成果进行发布和传递 ,从而最终形成城市地震应急指挥系统。因此 ,系统功能可以按照评估 →处理 →发布这样的流程和要求进行设计。评估主要是根据地震灾害损失评估模型对灾害做出经济和人员伤亡上的估计 ,该评估结果通过地理信息平台进行空间查询和空间分析等可视化表达处理。最后发布系统完成包括公众查询在内的决策成果的发布 ,比如各种统计图、表格和专题图等 [ 11 ]。系统功能模块的分划如图 4所示。

具体来讲 ,系统实现功能主要包括 :

(1)基本功能模块 :包括用户管理、地图操

作、通用地理信息查询以及其他辅助功能。

W ebGIS发布子系统也具有该模块主要功能。

(2)震中显示模块 :通过输入地震震中的经纬度或者地名对其进行空间定位和显示。该功能主要用于应急指挥决策子系统。

(3)查询统计模块:主要包括地震专题查询、

联合信息查询、地震专题统计等。

 (4)损失评估模块 :根据地震灾害损失评估

模型和空间处理 ,可视化地再现震灾带来的损失情况 ,比如 :人员伤亡的数量与地理分布 ,主要灾区的空间分布与经济损失

,建筑物的倒塌及破坏情况等。

(5)决策支持模块 :根据以上的空间查询、

显示和震灾损失评估结果 ,在地理空间数据的基础上作出各种空间决策 ,比如 :各种灾后救援预案的制作 (人员疏散预案、次生灾害防御预案、现场抢险预案等 ),生成各种专题图和报表等。

(6)信息通报模块 :将各种震后评估或者应

急决策信息在网络上进行发布 ,为地震应急指挥决策部门提供实时信息 ,给灾区人民群众进行灾后重建指导 ,对国家和国际救援组织或个人进行政策引导和技术指导。这主要是 W ebGIS的功能 ,但需要地震应急决策支持子系统的辅助。

(7)输出模块 :可以对查询的图形和表格进行打印 (包括在线 )和图片另存输出。基于上述技术方法开发的系统的桌面和 W eb GIS界面如图 5所示。

七、GIS数据结构及编码方法

1、地理数据的来源

（1）地图数据

地图是地理信息的主要载体，同时也是地理信息系统最重要得信息源

（2）遥感数据

各种遥感数据及其制成的图像资料（航片、卫片）包含着及其丰富的地理内容，尤其是先进的卫星遥感技术的广泛应用，能为地理信息系统提供源源不断的、现势性很强的数据

（3）统计数据、实测数据及各种文字报告

各种地理要素的统计数据、实验和各种观测数据、研究报告等

（4）地形数据

来源于地形等高线图的数字化，已建立的数字高程模型(DEM)和其他实测的地形数据等。　　

（4）元数据

来源于由各类纯数据通过调查、推理、分析和总结得到的有关数据的数据，例如数据来源、数据权属、数据产生的时间、数据精度、数据分辨率、源数据比例尺、数据转换方法等。

2、地理信息的空间关系

（1）拓扑关系

1．基本概念

拓扑的定义：拓扑即拓扑空间关系，是指在拓扑变换下的拓扑不变量，它描述了空间目标对象间的空间关系，即结点、弧段、面域之间的邻接、包含、关联等空间关系。

拓扑结构是明确定义空间数据结构关系的一种数学方法，在地理信息系统中不但用于空间数据的编辑和组织，在空间数据的分析与应用中都具有重要意义。

2.主要拓扑关系的应用：

（1）拓扑的关联性：拓扑的关联性表示不同类型元素〔结点、弧段、多边形)之间的关系。

（2）拓扑的邻接性和连通性：拓扑的邻接性和连通性表示同类元素(结点、弧段、多边形)之间的关系。主要表示多边形之间的邻接性;弧段之间的邻接性;结点之间的连通性。

（3）拓扑的包含性：拓扑的包含性主要包括面同点、线、面的包含，指一个点、线或面被另一面包含;也包括点和线被另一线包含。

3.地理空间数据拓扑关系应用价值

（1）确定地理实体间的相对空间位置，无需坐标和距离

（2）利于空间要素查询

（3）重建地理实体

（2）地理空间信息的方向关系

方向关系：地理事物在空间中的相互方位和排列顺序。

描述空间实体的方向关系，对于点状空间实体只要计算两点之间的连线与某一基准方向的夹角即可，该夹角称为连线的方位角。基准方向通常有真子午线方向、磁子午线方向和坐标纵线方向三种。

同样计算点状和线状空间实体、点状和面状空间实体时，只需将线状和面状空间实体视为由它们的中心所形成的点状实体，然后按点状实体来求解方向关系即可。

（3）地理空间信息的度量关系

度量空间关系主要是指空间对象之间的距离关系。

这种距离关系可以定量地描述为特定空间中的某种距离，如A实体距离B实体100m。也可以应用与距离概念相关的术语，如远近等进行定性的描述。

1.  在相对较小的地理空间中，采用笛卡儿坐标系，定义地理空间中所有点的集合，组成笛卡儿平面。在组成的笛卡尔平面中，任意两点（χi,уi）和（χj,уj）间的欧几里德距离d（i，j）：

2.  曼哈顿距离是指两点在南北方向上的距离加上在东西方向上的距离。曼哈顿距离又称为出租车距离。曼哈顿距离的度量性质与欧氏距离的性质相同，保持对称性和三角不等式成立。曼哈顿距离只适用于讨论具有规则布局的城市街道的相关问题。

3.  时间距离（旅行时间距离）是根据从空间中一点到达另一点所需时间进行度量的。时间距离不具有前述欧几里德距离和曼哈顿距离的度量空间性质，即其对称性，三角形不等式不一定成立。

3、双重独立地图编码

双重独立地图编码，简称DIME结构。它是由美国人口调查局建立起来的为人口调查目的而设计的一种拓扑编码方法，是一种把几何量度信息（直角坐标）与拓扑逻辑信息结合起来的系统。也可用于土地利用等多种信息系统的编辑和分析，是GIS发展早期使用的一种拓扑编码方式。

DIME文件的基本元素是连接两个端点（结点）的一条线段（街段）、线段始结点和终结点标识符、这两个结点 的坐标及线段两侧的区域代码（左区号和右区号）。在这种结构中，线段通常被认为是直线型的，复杂的曲线由一系列逼近曲线的直线段来表示。结点与结点或者面 域与面域之间为邻接关系，而结点与线段或面域与线段之间为关联关系，利用这种拓扑关系来组织数据，可以有效地进行数据存储正确性检查，同时便于对数据进行 更新和检索。

优势:

利用这种拓扑关系来组织数据，可以有效的进行数据存储正确定检查

便于数据进行更新和检索

不足:

由于这种数据结构中没有链反向结点及链指向临近链的指针，因此要花很多时间去查找组成多边形的各条边界线，此外，简单线元素结构法使复杂曲线的处理十分不方便，因为有大量的多余数据同事存储于数据库中。

4、栅格数据的编码

1、直接栅格编码

直接编码就是将栅格数据看作一个数据矩阵，逐行（或逐列）逐个记录代码，可以每行从左到右逐像元记录，也可奇数行从左到右而偶数行由右向左记录，为了特定的目的还可采用其他特殊的顺序。

2、链码

由起点位置和一系列在基本方向的单位矢量给出每个后续点相对其前继点的可能的8个基本方向之一表示。8个基本方向自0°开始按逆时针方向代码分别为0，1，2，3，4，5，6，7。单位矢量的长度默认为一个栅格单元。

3、游程长度编码

(1)只在各行（或列）数据的属性发生变化时依次记录该属性以及相同属性重复的个数（游程编码）

（2）逐个记录各行（或列）属性发生变化的位置和相应属性。

4、块码

采用方形区域作为记录单元，数据编码由初始位置行列号加上半径，再加上记录单元的属性组成。

5、四叉树编码

四叉树压缩编码的基本思路为：将一幅栅格图像或地图四等分，逐块检查每块的属性值是否一致，再对属性值不均一的块四等分，再逐块检查其属性值的一致性，以此类推，直至每个子块的属性值均一为止。

（1）常规四叉树：

从上到下递归分割 ；
常规四叉树除了记录叶结点之外，还要记录中间结点。结点之间借助指针联系，每个结点需要用六个量表达，即四个叶结点指针、一个父结点指针和一个结点的属性或灰度值。这些指针不仅增加了数据储存量，而且增加了操作的复杂性。

（2）线性四叉树

线性四叉树同常规四叉树不同在于存储方式不同。在线性四叉树中只记录叶结点信息，如叶结点的位置、大小、格网值，不存储中间结点。线性四叉树中仅对叶结点信息进行编码，这种编码号称地址码(位置码），以表示它所处的位置。地址码隐含了叶结点的位置和深度信息。