浙江省工程物探勘察院 蔡林濤

浙江省地理信息中心 葉遠智

浙江省國土資源廳信息中心 嚴慶良

臺州市區(qū)三維查詢信息系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

浙江省工程物探勘察院 蔡林濤

浙江省地理信息中心 葉遠智

浙江省國土資源廳信息中心 嚴慶良

一、引言

目前，信息化浪潮正以超乎人們想象的勢頭席卷全球，知識經(jīng)濟、信息時代已被人們?nèi)嬲J識和接受，可持續(xù)發(fā)展已成為各國、各地區(qū)最關(guān)心的課題之一，人類需要站在更高的位置全面、客觀、綜合地了解和認識我們賴以生存的地球、區(qū)域和城市，對社會發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)進行全面規(guī)劃，對出現(xiàn)的各種復(fù)雜問題尋找對策和思路 。一方面，數(shù)字地球、數(shù)字區(qū)域、數(shù)字城市、虛擬地理環(huán)境等新概念不斷涌現(xiàn)并被人們賦予新的內(nèi)涵，這些概念或目標將為我們認識地球或區(qū)域提供一種新的方法。另一方面，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是寬帶計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大規(guī)模存儲技術(shù)、高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)的飛速發(fā)展，為這些概念和目標的實現(xiàn)提供了強有力的技術(shù)支持。

地理信息系統(tǒng)作為一種空間型、基礎(chǔ)型的信息系統(tǒng)，可以彌補傳統(tǒng)管理信息系統(tǒng)（MI S）的不足：將城市資源與環(huán)境、城市基礎(chǔ)設(shè)施和社會各組成要素集成或整合到電子地圖上，能直觀地表達和揭示這些信息所隱含的規(guī)律，為政府、企業(yè)的管理和決策提供技術(shù)支撐?；A(chǔ)地理信息為各種信息資源的空間定位和空間分析提供了統(tǒng)一的基礎(chǔ)，也為各種信息資源的整合提供統(tǒng)一的空間載體或平臺。

臺州市信息化建設(shè)自2006年大規(guī)模啟動以來，由于領(lǐng)導(dǎo)重視已取得實效，到目前為止規(guī)劃管理信息系統(tǒng)、基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)均已經(jīng)通過專家驗收。伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計算機技術(shù)、3 S（GI S/R S/GP S）技術(shù)、虛擬現(xiàn)實、航空與航天技術(shù)等的飛速發(fā)展，給地理信息技術(shù)帶來前所未有的變革，利用高分辨率衛(wèi)星影像以及航空像片，通過對影像的平面、高程、結(jié)構(gòu)、色彩等的數(shù)字化處理，按照統(tǒng)一坐標無縫拼接而成可以迅速建立三維景觀。人們可以直觀地從三維景觀上判讀出山川、河流、樓宇、道路，突破平面地圖對空間描述二維化、三維空間尺度感差、沒有要素結(jié)構(gòu)與紋理信息等諸多限制。

為更好地滿足臺州市規(guī)劃管理業(yè)務(wù)的需要，同時滿足全市范圍內(nèi)其他專業(yè)部門日益增長的三維地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)的需要，臺州市建設(shè)規(guī)劃局提出了利用現(xiàn)有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫中的影像和DEM數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，結(jié)合規(guī)劃專題數(shù)據(jù)，建設(shè)臺州市區(qū)三維查詢信息系統(tǒng)。系統(tǒng)的建成將為“數(shù)字臺州”的建設(shè)提供全市三維立體框架的地理信息服務(wù)，同時也將極大地提高臺州市建設(shè)規(guī)劃局的規(guī)劃業(yè)務(wù)水平。

二、建設(shè)現(xiàn)狀

1、數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

（ 1）基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)

目前臺州市約有600平方公里，13000余幅1：500 DLG數(shù)據(jù)已經(jīng)按相關(guān)的數(shù)據(jù)整理與建庫規(guī)范要求入庫。同時省測繪局提供的臺州市1：10000 DLG、1：10000 DEM、1：10000 DOM已經(jīng)轉(zhuǎn)換為臺州獨立坐標系，并存儲于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫中。臺州市現(xiàn)有的Spot5影像數(shù)據(jù)及其它高分辨率影像（如Quick Bird）已經(jīng)完成數(shù)據(jù)建庫。

（2）規(guī)劃專題數(shù)據(jù)庫

現(xiàn)有的28個規(guī)劃編制成果已錄入至規(guī)劃成果檔案庫，其中18個錄入到規(guī)劃成果空間庫（分區(qū)規(guī)劃3個、專項規(guī)劃3個、控制性詳細規(guī)劃12個，面積分別為430平方公里、730平方公里、64平方公里）；相關(guān)政策法規(guī)全部建庫；在建項目和已建項目已經(jīng)開始著手入庫。

2、系統(tǒng)現(xiàn)狀

臺州市建設(shè)規(guī)劃局現(xiàn)有系統(tǒng)主要包括臺州市規(guī)劃管理信息系統(tǒng)、臺州市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)。臺州市規(guī)劃管理信息系統(tǒng)和臺州基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)通過X ML語言的方式進行了相關(guān)的數(shù)據(jù)集成，臺州市區(qū)三維查詢信息系統(tǒng)也將采用這種方式與兩系統(tǒng)進行集成。

三、三維平臺選型

針對三維可視系統(tǒng)的具體需求進行分析，選擇了美國Skyline公司的Terra Suite系列軟件產(chǎn)品作為系統(tǒng)的三維城市軟件平臺。Terra Suite靈活、簡便的建模工具、穩(wěn)定的軟件功能、組件化的軟件體系、便捷的技術(shù)拓展優(yōu)勢是本項目三維GIS軟件選型的關(guān)鍵依據(jù)。

Terra Suite系列軟件產(chǎn)品可利用航空影像、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型（DEM）和其它的三維或二維信息源以及GI S數(shù)據(jù)等創(chuàng)建的一個交互式環(huán)境。它能夠允許用戶快速地融和數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)庫，并且有效地支持大型數(shù)據(jù)庫和實時信息流通訊技術(shù)，此系統(tǒng)還能夠快速和實時地展現(xiàn)給用戶三維地理空間環(huán)境。Terra Suite是獨立于硬件之外的多平臺、多功能軟件系統(tǒng)。Terra Suite是基于網(wǎng)絡(luò)的三維GIS，具有精確的定位查詢、瀏覽、編輯、注釋、打印、空間分析、V R技術(shù)、用戶自定義工作界面、基于COM的二次開發(fā)以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等功能。

四、數(shù)據(jù)處理

1、數(shù)據(jù)范圍

臺州位于我國東南沿海，數(shù)據(jù)覆蓋臺州市全市范圍，地理位置為東經(jīng)120°11＇-122°00＇、北緯27°2＇-29°19＇之間。

表1 項目建設(shè)所需要的數(shù)據(jù)及覆蓋范圍

2、數(shù)據(jù)格式

原始影像數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)采用Erdas Image或ESRI的Raster Data Set數(shù)據(jù)格式，矢量數(shù)據(jù)符合ESRI的Geo Data base數(shù)據(jù)模型，具體為ESRI Shape格式。其他三維建模數(shù)據(jù)應(yīng)符合3D MAX軟件的標準數(shù)據(jù)格式。

3、場景數(shù)據(jù)處理

柵格數(shù)據(jù)處理主要為影像成果（ErdasImage格式）在Terra Builder中進行的處理，包括：

（1）新建TBP工程并設(shè)置為Globe模式；

（2）在工程中添加DOM數(shù)據(jù)，相同精度的DOM需設(shè)置正確的疊加顯示關(guān)系。為每一塊DOM添加裁切的邊界線，以防止在影像邊緣出現(xiàn)黑邊。為每一塊DOM設(shè)置約200米的羽化值，使影像的邊緣過渡更自然；

（3）在工程中添加DEM數(shù)據(jù)，添加裁切邊界線，并設(shè)置200米羽化值；

（4）設(shè)置MP T壓制的壓縮率并實施壓制，完成MP T制作。

三維場景數(shù)據(jù)處理流程圖如下：

圖1三維場景數(shù)據(jù)制作流程

4、矢量數(shù)據(jù)處理

該項數(shù)據(jù)處理主要為滿足矢量數(shù)據(jù)在三維場景中的疊加顯示，盡量保證在疊加適量數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)能夠高速穩(wěn)定運行，同時使三維場景有較好的顯示效果，主要處理流程如下：

（1）待處理的矢量要素統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為Shape格式；

（2）線狀要素使用程序進行統(tǒng)一抽稀后并采用人工方式再排查刪除冗余節(jié)點；

（3）交通類數(shù)據(jù)經(jīng)過二次光滑后，局部地方存在與影像套合欠佳的情況，可按照最新影像數(shù)據(jù)進行修正；

（4）各類公路上的橋梁和隧道不再單獨表示，直接表示為相應(yīng)的各類公路；

（5）對全省主干道、省道及以上道路按照影像更新核對，并作統(tǒng)一對象化處理；

（6）在Skyline進行符號設(shè)置及參數(shù)調(diào)整，各類數(shù)據(jù)在不同視野范圍進行分級顯示；

（7）在Skyline正常配圖后，部分注記可能顯示重疊，為了圖面表示合理，要在Skyline環(huán)境下作圖面巡視，一般可對低等級的地名注記做高度屬性個別調(diào)整。

5、數(shù)據(jù)整合

使用TerraExplorerpro工具將所有處理好的數(shù)據(jù)進行整合，最終完成三維場景工程的制作。

圖2數(shù)據(jù)整合流程圖

五、系統(tǒng)功能實現(xiàn)

系統(tǒng)采用B S架構(gòu)進行設(shè)計，使用Microsoft Visual Studio2008基于.Net Framework 3.5進行開發(fā)，前臺開發(fā)采用Javascript語言，后臺開發(fā)采用C#。系統(tǒng)主要由以下子系統(tǒng)模塊組成：交互式瀏覽模塊、綜合查詢定位模塊、輔助功能模塊、規(guī)劃分析模塊、系統(tǒng)維護模塊，主要以滿足以下四個方面應(yīng)用。

圖3 系統(tǒng)組織架構(gòu)圖

(一)基本功能

系統(tǒng)提供靈活、交互式的三維瀏覽漫游模式，同時能提供飛行路線的定制、調(diào)整等，系統(tǒng)還應(yīng)可對瀏覽的速度和飛行速度進行定制。

系統(tǒng)能進行距離量算、面積量算、坡度量算、方案導(dǎo)出等基本的GIS功能。

(二)綜合查詢定位

系統(tǒng)可對地名、行政區(qū)、基礎(chǔ)框架要素、各類規(guī)劃信息進行綜合查詢。當系統(tǒng)查詢到相關(guān)要素時能從所在地以飛行的飛往目標物體或直接跳往該目標。

系統(tǒng)可在三維地圖中拾取所要查詢的地物，快速查詢到該地物的屬性內(nèi)容。

(三)規(guī)劃分析

實現(xiàn)從規(guī)劃數(shù)據(jù)庫實時加載具有空間位置的規(guī)劃數(shù)據(jù)，并將已有的規(guī)劃模型加載到規(guī)劃場景中；

實現(xiàn)在三維場景中可動態(tài)調(diào)整三維建筑設(shè)計方案；

系統(tǒng)能導(dǎo)入不同三維規(guī)劃方案，實現(xiàn)不同三維規(guī)劃方案在同一背景場景下的虛擬可視化對比，從宏觀上輔助決策；

在選址階段時，能輔助規(guī)劃人員進行地塊的選址；

提供基本的三維GIS通視分析；

提供規(guī)劃人員在某一位置進行快速建模的工具；

實現(xiàn)和規(guī)劃管理信息系統(tǒng)、基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)進行集成；

實現(xiàn)與規(guī)劃管理信息系統(tǒng)進行會議聯(lián)審。

(四)系統(tǒng)維護

系統(tǒng)維護采用一站式登錄，可對用戶、角色、功能權(quán)限進行相應(yīng)的管理，同時能對系統(tǒng)參數(shù)進行配置管理。

六、結(jié)束語

臺州市區(qū)三維查詢信息系統(tǒng)通過對臺州市地形地貌大場景的虛擬重建，為有關(guān)部門了解臺州市全貌提供了直觀的途徑。系統(tǒng)基于Skyline，在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的支撐下，通過疊加各類規(guī)劃數(shù)據(jù)及專業(yè)管線數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在三維平臺上的綜合查詢定位及規(guī)劃輔助分析，為臺州市規(guī)劃管理業(yè)務(wù)提供三維輔助決策。系統(tǒng)的建成為“數(shù)字臺州”的建設(shè)提供了全市三維立體框架的地理信息服務(wù)，同時也極大地提高了臺州市的規(guī)劃業(yè)務(wù)水平。