李文超，丁小飛，譚 政，李 梁，劉亞靜

（1.華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009）

唐山世界園藝博覽會(huì)模擬服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李文超1，丁小飛1，譚 政1，李 梁1，劉亞靜1

（1.華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009）

以三維模擬唐山世界園藝博覽會(huì)系統(tǒng)為例，介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)過程中的相關(guān)技術(shù)以及如何進(jìn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備處理、三維建模技術(shù)搭建博覽會(huì)系統(tǒng)的概述。

GIS；瀏覽；模擬

唐山是環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)帶與京津唐經(jīng)濟(jì)圈的重要支柱。唐山北通東北三省、南鄰渤海灣，又與京津地區(qū)相通達(dá)，交通方便；還聯(lián)通了華北與東北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)文化交流；又因其地理位置之便使其成為通往東北亞地區(qū)的重要貨運(yùn)中心、交通樞紐；是我國繼珠江三角洲和長江三角洲之后又一經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的地區(qū)。因唐山對(duì)采礦后的廢地進(jìn)行綠化改造，成功將采礦廢棄地綠化為南湖園林，生態(tài)保護(hù)和回歸自然的成果使唐山獲得2016年世界園藝博覽會(huì)的舉辦權(quán)，以傳播綠色、生態(tài)發(fā)展的理念。為了完善服務(wù)保障體系，讓游客快樂方便地游玩，我們開發(fā)一款面向游客的WebGIS導(dǎo)航軟件，讓游客未到唐山就可以查詢園藝展覽信息、唐山市旅游景點(diǎn)，了解南湖生態(tài)園區(qū)的整體概況，瀏覽南湖的三維立體景觀。

1 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

要建立一個(gè)功能豐富的園藝博覽會(huì)服務(wù)信息系統(tǒng)，首先要實(shí)現(xiàn)對(duì)南湖地區(qū)二維地圖的瀏覽、查詢和分析；其次，實(shí)現(xiàn)南湖園藝博覽會(huì)票務(wù)信息的登記、刪除和查詢功能；最后，將系統(tǒng)的相關(guān)信息與空間信息結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從空間信息到屬性信息的互相查詢。這樣，系統(tǒng)就具有屬性信息和空間信息表達(dá)相結(jié)合的特點(diǎn)。

本系統(tǒng)由園藝博覽會(huì)概況、行車路線、地圖操作分析、票務(wù)信息、自助服務(wù)5個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)總體功能圖如圖1所示。

園藝博覽會(huì)概況子系統(tǒng)可以進(jìn)行唐山市南湖地區(qū)地圖查詢，了解唐山市的文化歷史、歷屆世博會(huì)的相關(guān)信息以及本屆世博會(huì)的詳細(xì)信息；行車路線子系統(tǒng)可以查詢唐山市市區(qū)到南湖的行車路線；地圖操作分析部分采用圖像數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合，除了常用的地圖操作和圖形工具外，還實(shí)現(xiàn)了定位、鷹眼圖、距離測算、南湖內(nèi)場館的周圍信息查詢以及語言播報(bào)等功能；自助服務(wù)模塊中，用戶可以通過唐山市地圖來瀏覽唐山市全貌以及查看景點(diǎn)信息；票務(wù)信息子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上訂票、退票和查詢功能。

圖1 系統(tǒng)總體功能圖

2 系統(tǒng)技術(shù)路線

2.1 開發(fā)模式選擇

地理信息系統(tǒng)的開發(fā)模式有3種：①不依賴于任何GIS工具軟件的獨(dú)立底層開發(fā)模式；②完全借助于GIS軟件提供的開發(fā)工具進(jìn)行簡單二次開發(fā)；③利用專業(yè)的GIS工具軟件集成二次開發(fā)[1]。由于二次開發(fā)受到開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)架構(gòu)、開發(fā)語言等因素的限制，本次開發(fā)采用ArcGIS提供的二次應(yīng)用開發(fā)包與面向?qū)ο罂梢暬瘧?yīng)用程序相結(jié)合的模式，順應(yīng)二次開發(fā)的趨勢，不拘泥于單純的二次開發(fā)，構(gòu)建高品質(zhì)的地理信息系統(tǒng)。

我們采用SuperMap軟件。SuperMap是中國科學(xué)院旗下的地理信息系統(tǒng)軟件企業(yè)。北京超圖軟件股份有限公司的二維與三維一體化Realspace GIS（真空間GIS）技術(shù)體系能保證二維與三維GIS技術(shù)的無縫融合，包括二維與三維數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)管理、可視化和分析功能一體化，提供二維數(shù)據(jù)直接在三維場景中的高性能可視化，二維分析功能在三維場景中的直接操作和三維分析功能。

ArcGIS Engine是由美國環(huán)境系統(tǒng)研究所（ESRI）向用戶推出的一套完備嵌入式GIS 組件庫和工具庫，使用ArcGIS Engine開發(fā)的GIS應(yīng)用程序可以脫離Arc GIS Desktop運(yùn)行。Visual Studio是Microsoft公司為開發(fā)人員提供的高級(jí)開發(fā)工具，有友好的界面、穩(wěn)定的開發(fā)特性、完備的功能，且兼容C#、C++、VB等多語言，為開發(fā)者提供了簡單易操作的．NET平臺(tái)，同時(shí)具有桌面應(yīng)用程序和網(wǎng)頁開發(fā)功能。本文實(shí)現(xiàn)的唐山世界園藝博覽會(huì)模擬服務(wù)系統(tǒng)選擇了ArcGIS Engine+VS2010的開發(fā)模式。

2.2 技術(shù)路線

基于本系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)與開發(fā)模式，選擇了以ArcGIS Engine+VS2010為技術(shù)支撐的三層系統(tǒng)。

1）數(shù)據(jù)層。包括南湖地區(qū)屬性數(shù)據(jù)庫、二維地圖、購票信息數(shù)據(jù)庫和南湖地區(qū)空間數(shù)據(jù)庫。由于數(shù)據(jù)庫相對(duì)簡單且要求穩(wěn)定性強(qiáng)，所以南湖地區(qū)的空間數(shù)據(jù)庫采用SQL severe數(shù)據(jù)庫；南湖矢量地圖數(shù)據(jù)庫采用ArcGIS的Personal GeodataBase型數(shù)據(jù)庫。

2）功能層。作為系統(tǒng)的核心，以Arc GIS Engine+VS2010環(huán)境來實(shí)現(xiàn)。功能層通過SQL語言與訂票信息數(shù)據(jù)庫連接，通過Arc GIS與空間數(shù)據(jù)庫連接，并調(diào)用空間數(shù)據(jù)庫。如圖2所示。

圖2 功能層

3）界面層。主要面向參加2016年世界園藝博覽會(huì)的游客，每位游客可根據(jù)自己的需要使用本系統(tǒng)。對(duì)游客需求進(jìn)行分析，與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫連接，分析生成游客的需求，并把結(jié)果反饋給游客。工作人員可對(duì)屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改更新。

2.3 數(shù)據(jù)處理以及三維建模技術(shù)

1）數(shù)據(jù)處理。獲取南湖地區(qū)的衛(wèi)星影像，并進(jìn)行實(shí)地調(diào)繪，確定區(qū)域內(nèi)地物特點(diǎn)，使用超圖軟件進(jìn)行矢量化。衛(wèi)星影像自帶坐標(biāo)信息，導(dǎo)入數(shù)據(jù)集時(shí)按原有文件的坐標(biāo)系統(tǒng)導(dǎo)入，影像數(shù)據(jù)集會(huì)自動(dòng)顯示相應(yīng)的坐標(biāo)位置，但需要重新指定WGS84坐標(biāo)系，方便后期三維場景制作。

2）三維場景的制作過程。因?yàn)橹谱髁说匦螖?shù)據(jù)，柵格地圖會(huì)有起伏效果，如果用相對(duì)地面高度模式，用三維面對(duì)數(shù)據(jù)集制作的面圖層不能貼地顯示，所以我們采用二維的面對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行貼圖。對(duì)一些獨(dú)立地物，可以在Sketch Up里創(chuàng)建三維模型，以．3ds格式導(dǎo)出，再導(dǎo)入到超圖三維場景中。SuperMap Deskpro ． NET 6R支持當(dāng)前流行的．3ds和．sgm格式。其中．sgm（SupermapGlobalModel）是SuperMap公司提供的一種全新三維模型存儲(chǔ)格式，能快速將模型加載到場景中顯示，并且對(duì)文件進(jìn)行加密，保護(hù)數(shù)據(jù)安全。為了提高模型的加載速度和顯示效果，我們可以將．3ds格式轉(zhuǎn)換為．sgm后加載。

2.4 關(guān)鍵技術(shù)

1）三維制作。實(shí)現(xiàn)了南湖地區(qū)的三維漫游，可以自己選擇漫游路徑，提前預(yù)覽要游覽的場景，為不能及時(shí)到達(dá)南湖現(xiàn)場的人們提供游覽可能。用SuperMap Object與VS2010進(jìn)行后臺(tái)編輯，實(shí)現(xiàn)三維圖層與二維圖層的演示。

2）行車路線。為游客從唐山各地到達(dá)南湖博覽會(huì)現(xiàn)場提供服務(wù)，以方便游客能及時(shí)快速地到達(dá)南湖。選擇自己當(dāng)前地點(diǎn)，系統(tǒng)默認(rèn)目的地為南湖，進(jìn)行路徑分析后提供最佳路徑，估算打車費(fèi)用與時(shí)間，方便游客出行。

3）語音播報(bào)功能。系統(tǒng)還通過調(diào)用speechlib命名空間的方法，實(shí)現(xiàn)了語音播報(bào)功能。

2.5 創(chuàng)新性

1）本系統(tǒng)是一款可以展現(xiàn)三維南湖景觀與服務(wù)設(shè)施的系統(tǒng)，可以直接反映出南湖及周圍的整體狀況，盡最大努力服務(wù)游客。

2）實(shí)用價(jià)值高、簡單、方便。游客不需要專業(yè)培訓(xùn)即可輕松使用本系統(tǒng)，并使用語音播報(bào)提示行程距離，方便游客選擇合適的交通工具。

3）本系統(tǒng)可以降低因工作人員不足帶來的壓力，減少游客等待時(shí)間。

3 主要功能實(shí)現(xiàn)

3.1 空間查詢功能

空間查詢是指通過指定的條件篩選地物，并快速定位，增亮顯示，如圖3所示。

圖3 空間查詢功能

3.2 空間分析功能

空間分析功能有區(qū)域查詢和最佳路線分析。最佳路線分析可獲取前往園區(qū)的最短路徑，同時(shí)彈出對(duì)話框顯示經(jīng)過路口和最短距離，方便游客前往，如圖4所示。

圖4 空間查詢

3.3 訂票信息查詢功能

在用戶注冊界面填入個(gè)人信息，如圖5所示。

圖5 預(yù)約信息功能

3.4 行車路線

在行車路線界面選擇出發(fā)地，系統(tǒng)默認(rèn)目的地為南湖，分析從該地到南湖的最短路徑，同時(shí)計(jì)算所需路費(fèi)與車程，以免耽誤游客行程。如圖6所示。

圖6 行車路線

4 結(jié) 語

本系統(tǒng)功能豐富、實(shí)用且易于操作，充分體現(xiàn)了GIS的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過完善優(yōu)化后，可以作為游客游覽唐山市南湖園藝博覽會(huì)的一個(gè)參考。

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P208

B

1672-4623（2016）06-0053-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.06.018

李文超，研究方向?yàn)榈貓D學(xué)與地理信息系統(tǒng)。

2015-05-08。

項(xiàng)目來源：國土環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測國家測繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目（LEDM2013B05）；大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)資助項(xiàng)目（201310081025）。