吳風(fēng)華，張亞寧

(河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北唐山 063000)

應(yīng)用WebGIS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)二三維一體化系統(tǒng)

吳風(fēng)華，張亞寧

(河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北唐山 063000)

以基于WebGIS的2016唐山市世界園藝博覽會(huì)網(wǎng)站建設(shè)為例，應(yīng)用Super Map和3ds Mar軟件，探討二維地圖和三維模型相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)方法及開發(fā)流程，分析系統(tǒng)制作二三維地形和場景及其他關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了二三維一體化的系統(tǒng)。

WebGIS；二三維一體化；三維空間數(shù)據(jù)

一、引 言

隨著科技的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，二維GIS技術(shù)也在不斷地趨于成熟，從最初的桌面GIS經(jīng)歷組件GIS、WebGIS發(fā)展到當(dāng)下的移動(dòng)GIS，技術(shù)體系已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，而且應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)等各行各業(yè)[1]。同時(shí)，隨著全國數(shù)字城市建設(shè)的提出，二維GIS已不能滿足需求，三維GIS技術(shù)慢慢走入人們的生活，成為GIS技術(shù)發(fā)展的方向。三維GIS與二維GIS相比，它可以更好地呈現(xiàn)出空間關(guān)系，提供更多的信息，同時(shí)更加接近人的視覺習(xí)慣，地物顯示更加真實(shí)。

雖然三維GIS有著二維GIS無法比擬的優(yōu)勢，但是三維GIS基礎(chǔ)軟件功能還不夠完善，如數(shù)據(jù)組織不夠完善、空間分析功能比較薄弱等，因此在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)三維 GIS還是無法完全替代二維GIS[2]。在這種情況下，如何實(shí)現(xiàn)二維 GIS與三維GIS一體化，實(shí)現(xiàn)二維與三維之間的功能互補(bǔ)，便能最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)功能。本系統(tǒng)擬使用Super-Map軟件結(jié)合3ds Max軟件設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)二三維一體化的唐山市2016年世界園藝博覽會(huì)的網(wǎng)站系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的研究目的是建立一個(gè)二維GIS與三維GIS結(jié)合的城市網(wǎng)絡(luò)信息查詢系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由地圖操作及空間分析查詢模塊、三維可視化模塊、信息共享模塊和系統(tǒng)管理模塊構(gòu)成，其總體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架

二維地圖操作及空間分析模塊實(shí)現(xiàn)了地圖基本操作、空間分析功能及空間查詢定位功能，同時(shí)可以顯示景點(diǎn)、酒店、賓館的實(shí)景圖片及文字介紹；三維可視化模塊實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星遙感影像圖與DEM數(shù)據(jù)的疊加顯示三維場景功能，使地物地貌更加逼真；信息共享模塊實(shí)現(xiàn)了世界園藝博覽會(huì)的活動(dòng)公告、視頻觀看等功能，滿足用戶的信息需求；系統(tǒng)管理模塊實(shí)現(xiàn)了管理員管理用戶、更新發(fā)布最新信息、地圖圖層編輯功能，更加方便系統(tǒng)的管理。系統(tǒng)主界面如圖2所示。

2.系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

根據(jù)總體框架的設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用GIS、三維技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立了多尺度、多數(shù)據(jù)源的空間信息庫和屬性信息庫，從而實(shí)現(xiàn)了基于WebGIS的信息管理和信息服務(wù)。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)體系[3](如圖3所示)，在業(yè)務(wù)服務(wù)層中運(yùn)行，空間數(shù)據(jù)庫和SQL數(shù)據(jù)庫通過業(yè)務(wù)服務(wù)層為用戶提供需求信息，同時(shí)以SuperMap iServer 6R軟件作為GIS開發(fā)平臺(tái)，通過GIS服務(wù)接口發(fā)布的Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)了用戶客戶端的操作；用戶服務(wù)層是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Web瀏覽器，實(shí)現(xiàn)地圖瀏覽、信息查詢、三維場景漫游等功能。

圖2 系統(tǒng)主界面

圖3 B/S架構(gòu)體系

三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

開發(fā)本系統(tǒng)主要分為4個(gè)步驟：制作GIS數(shù)據(jù)、創(chuàng)建iServer服務(wù)、開發(fā)Web系統(tǒng)及發(fā)布Web系統(tǒng)。

1.制作GIS數(shù)據(jù)技術(shù)

(1)二維地圖制作及導(dǎo)入

由于超圖公司的超圖軟件在制作二維地圖方面已經(jīng)很成熟，因此直接在桌面軟件中導(dǎo)入需要的二維GIS數(shù)據(jù)即可，同時(shí)也可根據(jù)需要進(jìn)行地圖矢量化，獲得二維GIS數(shù)據(jù)。但是，為了保證二三維的一體化，在創(chuàng)建數(shù)據(jù)源時(shí)，應(yīng)設(shè)置地理坐標(biāo)系為WGS-84。

(2)三維模型制作及導(dǎo)入

1)三維地形圖制作。在本系統(tǒng)中，南湖公園是一個(gè)地形起伏明顯的區(qū)域，因此為了突出公園的地形，系統(tǒng)采用了衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)結(jié)合的方法生成三維地形圖，逼真地顯示出景區(qū)的地形特點(diǎn)。

三維地形圖制作中，最關(guān)鍵的是獲取該地區(qū)的高程數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的獲取方法是使用測量儀器實(shí)地監(jiān)測獲取，而本系統(tǒng)則是借助高程數(shù)據(jù)(DEM)下載助手軟件在Google Earth上獲取景區(qū)的高程數(shù)據(jù)。由于提取出來的高程數(shù)據(jù)地形起伏不明顯，需要在提取的高程中修改部分高程數(shù)據(jù)，使最終的地形效果更加明顯并符合實(shí)際。最終得到三維地形圖如圖4所示。

圖4 DEM影像

2)以往的三維模型制作只是在主流的二維GIS平臺(tái)中進(jìn)行簡單的制作，三維效果差強(qiáng)人意。隨著GIS專業(yè)軟件的發(fā)展，專業(yè)軟件增加了三維模型導(dǎo)入功能，因此在本系統(tǒng)中使用了專業(yè)的三維制作軟件3ds Max制作三維模型。但值得注意的是，SuperMap Deskpro只能加載3DS格式，因此將三維模型保存為3DS格式導(dǎo)出，導(dǎo)出時(shí)應(yīng)注意模型的坐標(biāo)系應(yīng)設(shè)置為WGS-84地理坐標(biāo)系。

3)三維模型導(dǎo)入。目前研究的二三維一體化并沒有真正地實(shí)現(xiàn)，為了很好地解決這一問題，使二維數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)不再是分離的個(gè)體，本系統(tǒng)采用以下方法：將二維面數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)化為三維面數(shù)據(jù)集，并對轉(zhuǎn)化的三維面數(shù)據(jù)集添加對應(yīng)的二維數(shù)據(jù)的屬性信息，使得二三維數(shù)據(jù)之間互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。同時(shí)，為了解決三維數(shù)據(jù)量大、運(yùn)行緩慢的問題，系統(tǒng)將將3DS模型轉(zhuǎn)換為SGM模型進(jìn)行加載，提高模型的加載速度和顯示效果，最終形成三維場景(如圖5所示)。

圖5 南湖公園三維場景

2.創(chuàng)建iServer服務(wù)技術(shù)

打開SuperMap iServer Manager服務(wù)管理工具，在此創(chuàng)建iServer服務(wù)。常規(guī)創(chuàng)建服務(wù)分為3個(gè)步驟：①創(chuàng)建服務(wù)提供者，主要是對某一類型數(shù)據(jù)進(jìn)行GIS功能的處理，實(shí)現(xiàn)GIS功能的封裝與接口的統(tǒng)一；②設(shè)置服務(wù)接口，根據(jù)系統(tǒng)發(fā)布類型的需要?jiǎng)?chuàng)建了REST/JSP接口和REST接口類型；③創(chuàng)建服務(wù)組件，根據(jù)系統(tǒng)的需要，用戶可自行定義服務(wù)組件，也可選擇已存在的組件，如地圖服務(wù)組件、空間分析組件及三維服務(wù)組件等。最終完成配置，之后啟動(dòng)iServer地圖服務(wù)。

3.開發(fā)Web系統(tǒng)技術(shù)

在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，Visual Studio為系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，iServer為地圖服務(wù)平臺(tái)，使用JavaScript腳本語言進(jìn)行后臺(tái)代碼編寫，同時(shí)使用HTML和CSS語言對前臺(tái)進(jìn)行頁面布局，使用 SQL Server 2008存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求創(chuàng)建數(shù)據(jù)表，如新聞數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等。

在開發(fā)過程中，需要注意的是要添加腳本庫的引用：

在添加引用的過程中應(yīng)注意加載的順序。

之后在JavaScript腳本語言中通過map＝S｜c(diǎn)reate (SuperMap.Web.Mapping.Map，{}，null，null，S｜get (‘mapDiv’))添加地圖控件，實(shí)現(xiàn)地圖的加載，通過ASP.NET技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的調(diào)用。

4.視頻播放實(shí)現(xiàn)技術(shù)

在網(wǎng)站設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中，視頻播放技術(shù)是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。很多網(wǎng)站的視頻播放只局限于一種或幾種特定格式的視頻播放，而本系統(tǒng)通過在JavaScript腳本語言中的 flowplayer("player"，"shipin/flowplayer-3.2.12.swf")語句來調(diào)用視頻播放器，達(dá)到能播放各種格式視頻的效果；同時(shí)通過構(gòu)造的SqlHelper類庫來實(shí)現(xiàn)調(diào)取數(shù)據(jù)庫的視頻數(shù)據(jù)。

四、結(jié)束語

本系統(tǒng)在SuperMap專業(yè)GIS軟件和3ds Max三維建模軟件的結(jié)合使用下，完成二三維地圖的制作，同時(shí)以SuperMap iServer作為地圖平臺(tái)，結(jié)合使用JavaScript腳本語言、ASP.NET等技術(shù)在Web上實(shí)現(xiàn)二維地圖操作、信息查詢與共享、數(shù)據(jù)管理和三維可視化功能，二三維GIS的結(jié)合為用戶提供了很好的查詢平臺(tái)和視覺效果。本系統(tǒng)只是初步具備了三維可視化效果，還沒有真正地做到在二三維中同時(shí)進(jìn)行空間分析的一體化效果，很多方面都有待完善。

[1] 陳鵬，林鴻，張鵬程，等.二三維一體化在 Skyline與SuperMap6R中的實(shí)現(xiàn)對比[J].地理空間信息，2011，9(3)：65-68.

[2] 王燕.二三維一體化的WebGIS系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代測繪，2011，34(5)：46-47.

[3] 方志民.中山市3維地理信息服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測繪與空間地理信息，2011，33(5)：81-82，85.

[4] 吳創(chuàng)奇.基于SuperMap的二三維一體化的WebGIS系統(tǒng)開發(fā)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011(21)：24-25.

[5] 陳鵬，林鴻，張鵬程，等.基于SuperMap 6R技術(shù)的二三維一體化研究[J].測繪，2011，34(2)：51-53.

[6] 陳祖剛，王金鑫，袁麗華.基于GIS的鄭州大學(xué)教室查詢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測繪與空間地理信息，2012，35(2)：57-60.

[7] 楊靜，楊德宏.基于SuperMap Deskpro.Net三維建模及二、三維一體化的應(yīng)用研究[J].江西科學(xué)，2011，29 (2)：267-272.

System Design and Implementation of 2D＆3D Integration Based on WebGIS Technology

WU Fenghua，ZHANG Yaning

P208

B

0494-0911(2014)07-0125-03

2013-04-19

吳風(fēng)華(1972—)，女，湖南寧鄉(xiāng)人，碩士，副教授，研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)技術(shù)理論研究與應(yīng)用。

吳風(fēng)華，張亞寧.應(yīng)用WebGIS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)二三維一體化系統(tǒng)[J].測繪通報(bào)，2014(7)：125-127.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014. 0243