寧新林，石葉梅，劉紅勝

(1.佛山市順德區(qū)金方建筑工程有限公司，廣東佛山528300;2.廣東順潮建設工程有限公司，廣東佛山528303;3.佛山市順德區(qū)綠駿市政工程有限公司，廣東佛山528300)

一、引 言

當今世界，信息化已成為經(jīng)濟社會發(fā)展的總體趨勢。黨的十七大對我國加快推進電子政務和信息化建設提出了明確要求。為積極應對國土資源管理面臨的新形勢、新任務、新挑戰(zhàn)，國土資源部采取了一系列重大舉措，并于2010年6月發(fā)布了《國土資源部關于進一步運用現(xiàn)代科技信息手段規(guī)范和創(chuàng)新管理的指導意見》，其中明確提出要以全國國土資源一張圖、綜合監(jiān)管系統(tǒng)和網(wǎng)絡互聯(lián)互通為基礎，構筑以科技信息手段為支撐的國土資源管理運行體系，實現(xiàn)國土資源的全程監(jiān)管和高效配置。

地理信息系統(tǒng)發(fā)展至今，二維的表現(xiàn)形式已經(jīng)不能滿足人們在某些特殊領域的需求。通過三維地理信息系統(tǒng)技術構建三維地理景觀，可以在計算機中建立一個虛擬的地理環(huán)境，以動態(tài)和交互的方式對地理景觀進行全方位的審視和評估，實現(xiàn)在土地管理中批、征、供、用、補、查信息的統(tǒng)一監(jiān)管，實現(xiàn)實時監(jiān)測、綜合分析和全省土地資源狀況展示，并可對各類數(shù)據(jù)進行不同層面的匯總分析，從而為土地執(zhí)法監(jiān)察管理提供基本依據(jù)，大大提高土地執(zhí)法監(jiān)管的水平和工作效率。

二、建設目標

以省基礎地理數(shù)據(jù)、“二調”形成的土地利用現(xiàn)狀調查、權屬和基本農(nóng)田調查數(shù)據(jù)信息成果為基礎，通過疊加土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)、基礎地質類數(shù)據(jù)、礦產(chǎn)類數(shù)據(jù)和地質環(huán)境類數(shù)據(jù)，并按照統(tǒng)一坐標系、統(tǒng)一數(shù)據(jù)精度、統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式、統(tǒng)一數(shù)據(jù)成果標準、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的標準形成全省國土資源底圖和國土資源一張圖。在此基礎上開發(fā)的三維應用服務系統(tǒng)可以作為一個獨立的系統(tǒng)實現(xiàn)對多源多時相影像和矢量等海量數(shù)據(jù)的組織、管理、發(fā)布、查詢、瀏覽和分析等功能，進而全面、快捷、直觀和準確地掌握土地、礦產(chǎn)等各類資源的數(shù)量、質量和空間分布。同時，還可開展與電子政務系統(tǒng)初步集成的試驗，為業(yè)務系統(tǒng)提供可視化的二、三維地理信息應用服務，為國土資源管理與決策提供強有力的信息支撐。

三、建設任務

1.各類國土資源數(shù)據(jù)的集成

1)基于省各類基礎地理數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型等構建全省三維地理場景。

2)完成國土資源專題數(shù)據(jù)(土地利用現(xiàn)狀、土地利用規(guī)劃、建設用地審批、基礎地質類數(shù)據(jù)、礦產(chǎn)類數(shù)據(jù)和地質環(huán)境類數(shù)據(jù)等)的加載、圖面美化和符號配置等工作。

2.國土資源三維地理信息系統(tǒng)建設

開發(fā)省級國土資源三維地理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)對省國土資源多源多時相影像和矢量等海量數(shù)據(jù)的組織、管理、查詢、瀏覽、分析，全面、快捷、直觀和準確地掌握全省土地、礦產(chǎn)等各類資源的數(shù)量、質量和空間分布。同時，開展與電子政務系統(tǒng)初步集成的試驗，為業(yè)務系統(tǒng)提供可視化的二、三維地理信息應用服務，為國土資源管理與決策提供強有力的信息支撐。

四、系統(tǒng)總體設計

在省級國土資源三維地理信息系統(tǒng)的設計過程中，采用了多層體系架構模式，并采用組件技術實現(xiàn)基礎模塊的可復用性，以及實現(xiàn)系統(tǒng)的靈活性、開放性和可擴展性。整個系統(tǒng)架構從邏輯上分為基礎設施層、數(shù)據(jù)層、系統(tǒng)支撐層和應用層。系統(tǒng)軟件設計采用分層架構技術，以通用性、穩(wěn)定性定層次，同一層次則以功能劃分包，并以上層服務為導向，逐級設計，逐步細化系統(tǒng)組件的顆粒度。

1.基礎設施層

基礎設施層提供系統(tǒng)的網(wǎng)絡設施、服務器設施、存儲設施、安全設施、輸入/輸出設施等，也包括保障這些硬件設施正常運行的基礎軟件環(huán)境(如操作系統(tǒng)等)。基礎設施層構成三維地理信息系統(tǒng)的軟硬件設施基礎，保證數(shù)據(jù)的安全存儲、高效管理和快速傳輸，也為整個軟件系統(tǒng)提供了安全、高效和穩(wěn)定的運行環(huán)境。

2.系統(tǒng)支撐層

系統(tǒng)支撐層包括底層系統(tǒng)支撐層和智行者GIS公共開發(fā)平臺。其中，底層系統(tǒng)支撐層是整個系統(tǒng)所依賴的GIS系統(tǒng)、三維系統(tǒng)和涉及的其他相關技術系統(tǒng)，包括地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、各類開發(fā)環(huán)境和管理工具等。系統(tǒng)支撐層所采用的基礎軟件產(chǎn)品構成了地理信息系統(tǒng)運行的底層技術支撐環(huán)境。

智行者GIS公共開發(fā)平臺是基于ArcGIS和Skyline開發(fā)的，是實現(xiàn)整個應用的基礎和框架，除提供方便的開發(fā)模式外，還提供基本的業(yè)務分析及空間數(shù)據(jù)處理和應用功能的模塊和組件，可以大大提高應用系統(tǒng)的開發(fā)效率。它綜合了多種關鍵技術部件，包括基礎GIS功能、專題圖生成技術、空間數(shù)據(jù)管理、元數(shù)據(jù)管理、日志管理、權限認證等。應用層的應用系統(tǒng)是在合理的軟件框架下根據(jù)應用需要對東方道邇GIS公共開發(fā)系統(tǒng)中各類組件進行選取、編排和組合構建而成。系統(tǒng)中的組件秉承組件內緊耦合、組件間松耦合的基本原則，使得組件之間的相互依賴盡可能降到最低，從而保證整個系統(tǒng)具有良好的靈活性、伸縮性和可擴展性。

3.服務支撐層

服務支撐層建立在平臺支撐層基礎之上，提供了二維地圖服務、三維地圖服務、功能應用服務、資源目錄服務和國土專題服務等一系列的服務和接口。平臺支撐層和服務支撐層構成了東方道邇獨有的具有知識產(chǎn)權的智行者國土資源一張圖管理與服務平臺。

4.應用層

應用層為省級國土資源三維地理信息系統(tǒng)(B/S)。該層建立在智行者國土資源一張圖管理與服務平臺的基礎之上，與具體應用需求相結合，開發(fā)并集成各類應用功能，并通過一站式門戶等技術為用戶提供人性化的應用界面。

需要說明的是，本期應用層只作三維地理信息的綜合展示、查詢和分析，但同時也開展與電子政務系統(tǒng)初步集成試驗，未來可以為行政審批、業(yè)務管理、綜合監(jiān)管等電子政務提供二、三維空間信息服務的支撐，為業(yè)務系統(tǒng)提供可視化的二、三維地理信息應用服務，為國土資源管理與決策提供強有力的信息支撐。

五、系統(tǒng)設計

1.系統(tǒng)基本功能設計

系統(tǒng)總體結構如圖1所示。

(1)三維瀏覽

系統(tǒng)可以通過鼠標、鍵盤、操縱桿、控制面板或者任意組合方式實現(xiàn)三維地圖的平移、縮放、俯仰、旋轉等基本操作，控制飛行的速度、高度視角。

(2)地圖縮放

通過鼠標滾輪滾動方式或左下方的工具條來自由縮放三維影像地球，可以從不同的高度來瀏覽窗口，并且可以直接定位到房屋、街道、城市、國家、全球的高度。

(3)信息展示

①基本信息展示

查詢系統(tǒng)中三維地形上任意一點的經(jīng)緯度坐標、高程、地物類型等信息。

②屬性信息展示

對于三維場景中的特定區(qū)域、指定對象(文字標注、建筑物等)，系統(tǒng)能夠使用超鏈接技術，給其賦予屬性信息。該信息可以是網(wǎng)頁、應用程序或者多媒體數(shù)據(jù)集。

(4)查詢搜索功能

①地物搜索

系統(tǒng)支持多種方式的地物搜索(如圖2、圖3所示)。地名數(shù)據(jù)查詢定位，可以根據(jù)行政區(qū)劃的名稱對地名數(shù)據(jù)查詢、定位;重要企業(yè)或地標的查詢與定位，根據(jù)關鍵字對企業(yè)或地標進行查詢、定位。

圖1 系統(tǒng)總體結構

圖2 興趣點定位

圖3 熱點巡視

②信息查詢

通過點選工具，可以拾取三維地形中任意一點的經(jīng)緯度坐標和高程信息，可以在狀態(tài)欄上顯示鼠標當前位置的坐標，實現(xiàn)空間信息與屬性信息互查，支持模糊查詢。

③地名查詢

輸入查詢的地物名稱，系統(tǒng)通過模糊查詢，在查詢結果框中顯示所有的查詢結果，雙擊某地名，三維窗口居中即顯示該地區(qū)。

④熱點查詢

對已有興趣點(如風景名勝)進行超鏈接編輯，點擊超鏈接即將視圖窗口定位到興趣點，減少文字輸入與點選操作。

⑤查詢結果定位

用戶通過空間查詢和屬性查詢功能查詢到一個地物后，點擊查詢結果列表中的名稱后，可居中顯示該物體，并顯示其屬性信息。

⑥坐標定位

輸入地理坐標進行三維場景的定位。提供經(jīng)緯度坐標和用戶自定義坐標兩種坐標類型的輸入模式;坐標實時轉化，實現(xiàn)雙坐標顯示。

⑦路徑飛行

系統(tǒng)可點擊預設定好的飛行路徑執(zhí)行沿路徑飛行，包括巡視路徑、熱點路徑等;用戶自定義路徑包括用戶繪制飛行路徑和將現(xiàn)有公路作為飛行路徑。

⑧動態(tài)標注

地理要素的信息可以動態(tài)標注，也可以自定義標注。

⑨多媒體管理

能夠將地理要素的圖片、視頻等多媒體資料保存到數(shù)據(jù)庫中，并能夠查詢。

⑩圖層控制

用戶可以根據(jù)自己的需要對三維場景中的圖層顯示進行控制，可以任意選擇要顯示的圖層，對地形、影像、模型、矢量等數(shù)據(jù)圖層進行分層管理。

?通用分析功能

系統(tǒng)具有以下分析功能：

a.空間距離。地形或模型上兩點間直線距離。

b.水平距離。地形或模型上兩點間水平面投影距離，如圖4所示。

c.垂直距離。地形或模型上兩點間高程差(相對高度)，如圖5所示。

圖4 水平測量

圖5 垂直量測

d.地表距離。地形上兩點間地面實際距離。

e.平面面積。多邊形的水平投影面積。

f.地表面積。地形上多邊形的地面實際面積。

g.兩點通視。地形或模型兩點間是否可視。

h.扇面通視。以地形或模型上一點為視點，計算給定高度和視域內可見、不可見區(qū)域。

i.水淹分析。以地形上一點高程為基準水位，計算給定區(qū)域內被淹沒的地表區(qū)域。

j.定點觀察。模擬人在地形或模型上某點對可視域進行直觀觀察。

k.等高線分析。模擬繪制等高線渲染圖，如圖6所示。

2.專用業(yè)務功能

(1)疊加對比

選擇任意地區(qū)，系統(tǒng)可讀取該區(qū)域內遙感影像庫中的所有影像信息，并可以選擇不同時相的兩幅影像進行疊加對比，通過無級透明度的設置，進行不同透明程度下的土地變化分析，如圖7所示。

圖6 等高線分析示意圖

圖7 疊加對比示意圖

(2)并列對比

選擇任意地區(qū)，系統(tǒng)可讀取遙感影像庫中的所有影像信息，并可以選擇不同時相的兩幅到4幅影像進行多窗口并列對比，查詢不同時相下的圖斑屬性信息，分析土地變化情況，如圖8所示。

(3)圖斑勾繪

在影像并列對比操作下，系統(tǒng)提供圖斑勾繪工具，對動態(tài)監(jiān)測的變化地區(qū)進行勾繪，同時賦予屬性信息，并將勾繪結果輸出保存下來，以更新監(jiān)測成果數(shù)據(jù)庫，如圖9所示。

圖8 并列對比示意圖

圖9 圖斑勾繪示意圖

(4)專題查詢

提供基于圖形和屬性的多種國土資源專題查詢功能，包括用地審批查詢、土地供應查詢、礦產(chǎn)資源查詢等。查詢結果可以專題圖和表的形式反映與輸出，提供查詢模版定制功能，如圖10所示。

圖10 專題查詢示意圖

(5)專題統(tǒng)計

對每一類國土資源專題數(shù)據(jù)(采礦權、探礦權、礦產(chǎn)資源規(guī)劃數(shù)據(jù)、土地利用規(guī)劃和變化圖斑等)按一定條件進行統(tǒng)計分類功能，也可以在三維場景中任意勾繪一個范圍進行統(tǒng)計，統(tǒng)計分類的結果以餅狀圖和列表的形式進行顯示，如圖11所示。

圖11 專題統(tǒng)計示意圖

(6)專題分析

提供基于圖形和屬性的多種分析功能，包括拓撲分析、壓蓋分析、疊加分析、緩沖區(qū)分析、地類分析、土地利用水平(建筑面積、容積率)、供地情況分析等，統(tǒng)計分析結果可以專題圖和表的形式反映與輸出，提供統(tǒng)計分析模版定制功能。

3.系統(tǒng)管理維護

對系統(tǒng)進行管理和維護，提供了圖層、圖層方案和資源目錄組織與管理，配圖模板和制圖模板管理，二維三維符號管理，數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)值域管理，查詢模板構建和查詢預覽，用戶、角色和部門管理，基于角色與權限的權限管理(數(shù)據(jù)權限、功能權限和服務權限)，服務管理(創(chuàng)建、注冊、編排、授權、發(fā)布等)，數(shù)據(jù)庫運行狀態(tài)監(jiān)控，數(shù)據(jù)訪問、服務訪問的管理日志管理等功能，保障整個系統(tǒng)能夠為客戶端應用訪問提供安全、穩(wěn)定的支撐。

六、結束語

本系統(tǒng)是基于二、三維地理信息系統(tǒng)構建的，有助于省國土資源部門準確地掌握全省土地、礦產(chǎn)等各類資源的數(shù)據(jù)、質量和空間分布情況，并為相關業(yè)務系統(tǒng)提供可視化的二、三維地理信息服務，提高了國土資源全程監(jiān)管的水平和效率。

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