利用GIS和VR技术对土方量计算系统设计
第一章绪论
研究背景
研究的必要性
我国是人口大国，虽然有着地缘广大、资源丰富的先天优势，但是
由于多种原因造成了资源匹配不均衡和人多地少的困境，它始终牵洋着国
民经济发展和人民生活水平提高的步伐。随着我国人门不断增长，土地资
源円益稀缺，相应的人均耕地占有水平不断下降，相关指标甚至淑临国际
警戒线。联合国粮农组织规定人均耕地警戒线约为亩，而根据2007年
土地利用变更调查结果，我国人均耕地只有亩，不到世界平均水平的
40%。由于经济建设的需要和一些人为因素，我国土地管理历史上缺乏统-
的国土规划编制以及相关法律法规的不完善不健全，多年来一些粗放落后
不合理的土地开发利用模式给土地资源造成了难以修复的后果。
在实践中，一种单纯以土地换发展的低效经济增长模式即“唯GDP论
”大行其道，滥占耕地、违规招商、无视环保等过度扩张行为屡见不鲜，
我们不得不正视过度开发的严重后果。土地资源是不可再生资源，浪费土
地就是透支未来。土地市场与资本、技术、劳动力等其他要素市场相比，
最显著的K别就是增值快，这是现代化进程中的客观事实。由于各方利益
分配不均造成的闲置地多年来未得到有效清理，造成了大规模的资源浪费
。有数据表明，我国的GDP增长率每增长1个百分点，占用的农用地就达到
30力亩，这一数字十分可观，是円本的8倍，证明土地资源浪费问题亟须
解决。随着人类对可持续发展观的深入认识，对在资源利用中存在的过度
开发和严重浪费等现象的深刻醒悟，我国经济社会发展方式山粗放型向集
约型转变成为必然趋势。主席反复强调：“十分珍惜和合理利用每一寸土
地，促进经济社会发展与土地资源利用相协调” ，这句话意义深刻。
土地的承载力是有限的，如何把华夏祖先流传下來的优势资源持续
性地传承给我们的子孙后代，是我们这-
代人面临的挑战，当前工作的紧迫性对节约集约用地机制提出了更高的要
求。通过科技创新，一方而降低能耗，一方面提高能效，达到循环回收、
综合利用，以缓解资源约束，优化和改善资源利用结构，增强资源有效供
应和高效利用能力，是建设资源节约型、环境友好型社会的发展模式。《
天津市城市总体规划》（2005年-
2020年）明确了天津市的定位、规模与空间发展形态，提出了各类设施的
建设目标。随着天津市社会经济的快速发展和城市的快速变迁，城市中新
建、改建、迁建等工程项目不断增加，土地整理工作作为建设工程前期基
础工作，对于有效整合和管理城市有限的土地资源有着指导性和先驱性作
用
科技手段引入
土地整理是土地管理的发展方向信总化、数字化和网络化是当前各
行业发展的主要趋势，国家也出台了相关政策來鼓励各部门进行信息产业
化。21世纪经济和社会发展的重要驱动力之一就是信息技术，而电子信息
产业作为国民经济的支柱产业，越发具备基础性、战略性和先导性。
尤其是近年来，空问信息技术在计算机技术和通讯技术的发展带动
下，作为主流的IT技术相融合，实现了卓越、迅猛的突破和更广泛的应用
，成为信息产业-
个薪新的增长点，“数字城市”的帷幕由此展幵。作为缓解人地盾和实现
土地资源可持续利用的重要手段，丰富的实际工作成果再加上近年來其在
理论和实践方面的长足进展，土地整理在政府决策部门和国土管理部门中
备受关注。从2001年家大规模开展土地整理以来，国家不断扩大土地整理
的投入，而且全国用于土地整理的投资每年都在增加，科技手段的引入占
据了项目投资的一大部分，这充分体现了国家对土地整理的重视。土地整
理行业对空间信息技术有着典型的需求。在土地整理项目中涉及海量空间
信息的采集、储存、管理、分析和应用。
如整理区域地形浏览、地形分析、整理潜力分析、适货性评价、规
划图的编制、工程量计算和拟制成本预算等。随着土地整理的实践需求增
加，有助于提高效率的技术手段还需丰富和完善。通过借鉴国际资源管理
先进经验，结合我国基本国情，转变固有的资源管理观念，采用可持续发
展理念贯彻落实科学发展观精神，在继续完善制度建设保障的同时，将科
技创新不断引入到土地管理中来，将土地管理系统中各个部门的数据信息
分类汇总，形成一个整体系统的平台，必将对构建节约集约用地机制起到
事半功倍的效果。业内拥有勘测、测绘、遥感、卫星等诸多现代化充分调
动发挥各方优势将使地管理和利用的现代化水平明显提高，由地理信息系
统、遥感和卫里定位系统技术构成的“3S”技术己经广泛地应用到土地管
理领域中來，将科技手段引入土地整理以提高整体工作效率和水平是土地
管理的发展方向。
研究意义 ....................10-12
本文研究的内容 ....................12-13
研究方法和技术路线 ....................13-16
论文的结构 ....................16
本文的特色及创新之处 ....................16-18
第二章 研究现状 ....................18-26
研究动态 ....................18-19
课题研究现状 ....................19-23
研究综述 ....................23-26
第三章 GIS、VR及相关技术概述 ....................26-37
GIS概述 ....................26-27
VR概述 ....................27-29
ArcGlS软件介绍 ....................29-31
VegaPrime软件介绍 ....................31-32
机载激光雷达技术概述 ....................32-33
数字高程模型概述 ....................33-34
数字正射影像图概述 ....................34-35
系统集成概述 ....................35-37
第四章 土方量平衡计算系统构建 ....................37-67
技术能力分析 ....................37-38
土方量计算概述 ....................38-40
研究任务和目标 ....................40-41
系统总体框架设计 ....................41-43
系统技术体系设计 ....................43-44
研究设计原则 ....................4-46
项目研究与建设过程 ....................46-47
系统功能介绍 ....................47-54
系统运行环境 ....................54
系统功能实现 ....................54-67
第五章 土方量平衡计算系统在解放南路土地整理项目中的应用
........67-78
宗地概况 ....................67-68
地块开发的必要性 ....................68-69
土地整理项目概述 ....................69-70
土地平整工程概述 ....................70-71
系统应用 ....................71-78
结论
本研究从GIS和VR的发展现状和现有研究成果入手，融合计算机编程
技术、机载激光雷达技术、三维可视化技术、数据库技术等先进技术，以
地理空间数据为基础，在充分分析土地整理的行业标准、技术流程、数特
点、业务状况和用户需求等因素后，结合各项技术的现状和特点，论证了
系统集成的可行性，利用GIS和VR技术及其他多项技术，对土方量平衡计
算系统进行了研究、设计和幵发，提出了一些可行的设计方法，可以提供
给其他系统研建工作以借鉴和参考。通过对土方量平衡计算系统的研究和
建设，得到了以K的研究结论：
(1)以ArcGIS系列软件（ArcEngine斤发和ArcScene模块）作为基础
、卜台，结合VS2005丌发出集二维地形图浏览与三维地形浏览、分析和汁
算于一体的：、三维联动的土方量平衡计算系统，实现了对二维场景和三
维场景的放人、缩小、漫游、按比例缩放、三维漫游等浏览功能，和针对
维视图的场景飞行等功能，使项目工作人员可对项目地块进行：观的浏览
和分析；按照该域内的规划设计标高，实现了统计与汁算地平整所需要的
土方请斤挖工程量的功能，系统运行稳定、反应速度快、视角直观、方便
可行。
(2)选择幵发应用软件的技术路线足利用功能部件结构进行系统设计
，即在幵发过程中采用部件式开发策略和部件对象模型技术。
