摘要：随着科学技术的发展，我国的遥感测绘技术有了很大进展，在智慧城市、国土空间规划、灾害应急响应等领域对高精度空间信息需求日益迫切的背景下，传统二维地理信息系统（2DGIS）因缺乏空间维度表达，难以满足复杂场景的分析与决策需求。遥感测绘技术凭借其大范围、高时效、多尺度的数据获取能力，成为构建三维地理信息系统（3DGIS）的核心数据来源。本文就基于遥感测绘技术的三维地理信息系统设计进行研究，旨在为高精度、高效能的3D GIS 建设提供理论参考与技术路径，推动空间信息在多领域的深度应用。

关键词：遥感测绘技术；三维地理信息系统（3DGIS）；无人机遥感

1 遥感测绘技术的原理

遥感测绘技术作为现代测绘工程发展过程中非常重要的技术，其应用原理主要是基于不同地物对电磁波的不同反射、发射或吸收特性，通过遥感平台所搭载的传感器，捕获并记录差异化的电磁波信号，进而解析出地表物体的几何形态、物理属性及动态变化等信息。在测绘工程中，由于地表各种物体在材质、结构、湿度、温度等方面存在显著差异，其对太阳辐射或其他人工光源发出的电磁波会产生不同的响应，如反射、散射、吸收等，形成了独具特点的遥感信息图谱。而遥感测绘技术便是利用图谱中的信息差异，通过复杂的图像处理与解译算法，提取出地物的特征参数，以此满足测绘工程对精确数据的需求。

2 基于遥感测绘技术的三维地理信息系统设计与工程应用

2.1 系统总体架构设计

采用“分层架构”设计，从下至上分为数据层、处理层、服务层、应用层，各层功能独立且协同联动：（1）数据层：负责存储多源遥感数据（卫星影像、无人机影像、LiDAR 点云）、基础地理数据（DEM、DOM）、三维模型数据（建筑物模型、地形模型），采用“关系型数据库（MySQL） + 空间数据库（PostGIS） + 文件系统”混合存储模式—结构化数据（如地物属性信息）存入MySQL，空间数据（如矢量边界）存入PostGIS，大规模模型文件（如OSGB格式模型）存入分布式文件系统，确保数据存储安全与访问高效。（2）处理层：承担遥感数据预处理与三维建模任务，核心模块包括： ① 数据预处理模块（辐射校正、几何校正、去云去雾）； ② 数据融合模块（基于 ICP 算法的点云配准、基于特征匹配的影像融合）； ③ 三维建模模块（基于LiDAR 点云的地形建模、基于无人机影像的实景建模）。（3）服务层：提供数据服务（如数据查询、下载）、分析服务（如三维空间分析、模拟仿真）、可视化服务（如场景渲染、交互控制），采用RESTfulAPI 接口，支持与第三方系统（如智慧城市平台）对接。（4）应用层：面向不同行业用户，开发专用应用模块，如智慧城市模块（建筑物管理、市政设施监控）、灾害应急模块（灾情评估、救援路径规划）、国土规划模块（用地适宜性分析、规划方案模拟），满足多样化需求。

2.2 无人机倾斜摄影数据获取

（1）技术特性：无人机倾斜摄影通过搭载 5 镜头相机（1 个正射镜头 ⁺⁴ 个倾斜镜头），从不同角度（ 0^∘ °、 45^∘ 、 -45^∘ ）获取地物影像，适用于城市、园区等中小范围场景；（2）关键参数：影像分辨率：飞行高度 100m 时，地面分辨率达 2cm ，满足 1:500 比例尺建模需求；影像重叠度：航向重叠度 80% 、旁向重叠度 60% ，确保地物特征点充分匹配；飞行精度：采用 RTK/PPK 定位技术，影像 POS 数据精度达 ±5cm （平面）、 ±10cm （高程）；（3）数据输出：多视角影像（JPEG 格式）、POS 数据（包含位置与姿态信息）、影像索引文件；（4）适用场景：城市三维建模、工业园区精细化测绘、古建筑保护。

2.3 在变化信息提取中的应用

变化信息提取工作是指在某一时间段内对测绘信息的变化情况的关键信息进行快速提取的重要工作，遥感技术因能够结合卫星定位系统，保障了测绘工程的准确性和时效性，确保可以快速、动态地收集到能准确反映地表和地下结构变化的信息。在实际应用中，遥感检测技术高度的准确性和灵活性使其可以敏锐捕捉土地信息的微小变化，配合强大的数据处理能力，可以从变化的数据中提取出有价值的数据用于深度分析，从而帮助测绘单位了解变化信息的特点、趋势与规律。变化信息提取中的应用核心目标为识别地表动态变化，充分了解沉降、施工进展以及灾害损毁等相关问题，对此，通过像素级与对象级变化检测，基于算法选择，主要应用 CVA（Change Vector Analysis）量化光谱变化幅度像素法以及面向对象分割（e Cognition）提取建筑轮廓变化的对象法进行处理。在应用中，时序分析技术主要应用 InSAR、PS-InSAR、SBAS 监测毫米级沉降，而时间序列模型主要通过 Land Trendr 算法识别渐进式森林砍伐，并且通过深度学习驱动自动化进行筛查，通过多时相数据配准，可以有效避免伪变化等问题的出现。而结合工程容忍度，在地面 GNSS 测量点验证变化区域精度可以保障其误差小于 10% 。

2.4 可视化与交互模块

采用“WebGL+Cesium”轻量化渲染技术，实现大规模三维场景的高效加载与交互：（1）场景渲染：对三维模型进行 LOD（细节层次）处理——远距离查看时加载低精度模型（简化纹理与几何细节），近距离查看时自动切换高精度模型，确保场景加载帧率稳定在 30fps 以上；支持昼夜切换、天气效果（如晴、雨、雾）模拟，增强场景真实感。（2）交互操作：提供鼠标与触屏两种交互方式，支持场景旋转（ ±360^∘ ）、缩放（1:100-1:10000）、漫游（自由路径与固定路径），同时支持“测量工具”（距离、面积、高程测量），测量精度与原始遥感数据精度一致（ ⩽0.5m ）。此外，开发移动端适配版本，支持通过手机或平板访问系统，满足户外实地查询需求（如现场核查地物属性）。

2.5 多源数据融合与一体化管理

针对不同来源、不同格式、不同精度的三维数据，需建立统一的时空基准和数据标准。利用 GIS 平台的数据转换与处理工具，将倾斜摄影模型、BIM 模型、地下管线模型、传统二维矢量数据进行精准配准与融合，形成“地上下、室内外”一体化的三维场景。

2.6 多源数据融合模块：

（1）配准子模块：提供手动配准（用户选取对应点）与自动配准（ICP算法）两种方式，支持影像与点云、点云与矢量数据的配准，配准误差实时显示（精度 ⩽0.2m ）；（2）数据融合子模块：实现“影像 + 点云”“DEM+DOM” 等融合，如将 LiDAR 点云生成的 DEM 与无人机影像融合，生成带高程信息的三维地形数据，支持导出为 OSGB、3DTiles等主流三维格式。

结语

综上所述，基于遥感测绘技术的 3DGIS 设计，核心在于通过多源遥感数据的高效采集与融合，构建高精度、可交互的三维空间场景，并结合行业需求开发实用功能模块。未来，随着高分辨率遥感（如 SAR雷达遥感）、AI 自动解译、元宇宙等技术的发展，需进一步探索“遥感数据自动建模”“虚实融合交互”等创新方向，推动3DGIS 向“全自动、高智能、广兼容”方向发展，为智慧城市、数字中国建设提供更坚实的空间信息支撑。

参考文献

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