陳燕，陳方敏

(上海市測繪院，上海 200063)

面向智慧園區(qū)的空間信息集成與應(yīng)用研究

陳燕*，陳方敏

(上海市測繪院，上海 200063)

以“互聯(lián)網(wǎng)+”為基本特征的智慧城市建設(shè)是現(xiàn)代化城市文明發(fā)展的重要目標(biāo)。園區(qū)作為城市的組成細(xì)胞，更易于向精細(xì)化、全面化、智慧化的方向發(fā)展。本文結(jié)合上海迪士尼樂園空間地理信息建設(shè)與服務(wù)的工作實際，分析了智慧園區(qū)對空間地理信息的廣泛需求，探討了空間信息的集成以及在各類專題方面的應(yīng)用情況。

互聯(lián)網(wǎng)+；智慧園區(qū)；全空間全生命周期全要素；空間信息集成

1 引 言

隨著科技的不斷發(fā)展，建設(shè)智慧城市[1]已經(jīng)成為城市信息化發(fā)展的主要方向。在智慧城市戰(zhàn)略的推動下，基于互聯(lián)網(wǎng)思維的“互聯(lián)網(wǎng)+園區(qū)”體系迎來了全面的亮相與爆發(fā)，各類核心園區(qū)的智慧化建設(shè)正逐漸成為智慧城市建設(shè)的重中之重。

上海迪士尼樂園是國際性特大型游樂園區(qū)，空間信息表達(dá)精細(xì)，涉及范圍廣、種類多，具有精細(xì)度高、數(shù)據(jù)多源等特點。如何實現(xiàn)園區(qū)內(nèi)的空間信息集成，并將其與園區(qū)管理應(yīng)用有效銜接是上海迪士尼樂園智慧化建設(shè)的難點。本文針對上海迪士尼樂園空間數(shù)據(jù)的特點，探討了多源空間信息的集成方案和專題應(yīng)用實踐情況。

2 智慧園區(qū)的空間信息集成

2.1 “全空間全生命周期全要素”的空間數(shù)據(jù)建設(shè)體系

上海迪士尼樂園由中美雙方共同建設(shè)，其中美方建設(shè)區(qū)域從規(guī)劃、設(shè)計到竣工全過程實施BIM[2]管理模式，這就給整個園區(qū)的空間數(shù)據(jù)組織提出了全生命周期的要求。另外，國際性高標(biāo)準(zhǔn)的園區(qū)管理是全方位、多層次的，園區(qū)空間數(shù)據(jù)作為智能化管理的信息基礎(chǔ)，在數(shù)據(jù)內(nèi)容全面性上要求實現(xiàn)地下、地上空間一體化的全要素精準(zhǔn)表達(dá)。

在BIM理念的引導(dǎo)下，上海迪士尼樂園空間數(shù)據(jù)的建設(shè)以三維GIS為技術(shù)支撐，建立了與之相適應(yīng)的“全空間全生命周期全要素”的空間數(shù)據(jù)體系，如圖1?；趯@區(qū)空間要素的信息承載力，整合了地上建、構(gòu)筑物，地下管線、地鐵隧道等從地上到地下的涵蓋各方面管理需求的全空間多專題地理要素，并在時間維度上對園區(qū)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行全生命周期管理，通過對規(guī)劃、設(shè)計、竣工、運維等各階段全過程的空間數(shù)據(jù)庫監(jiān)管與存儲，在可視化、虛擬化的三維GIS環(huán)境下輔助提高工程決策、規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運維等工作中的精細(xì)化管理水平。

圖1 “全空間全生命周期全要素”的數(shù)據(jù)建設(shè)體系

2.2 園區(qū)空間位置一致性整合

為滿足園區(qū)各方面業(yè)務(wù)需求的精細(xì)化管理，上海迪士尼空間信息顆粒度表達(dá)較細(xì)，如何實現(xiàn)園區(qū)內(nèi)多種類空間數(shù)據(jù)的空間位置一致性表達(dá)是一大問題。在上海迪士尼園區(qū)實際數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中，從數(shù)據(jù)獲取、制作到編譯發(fā)布等各階段都權(quán)衡了數(shù)據(jù)精度與表達(dá)效果的統(tǒng)一。首先保證地上建筑、地下管線平面坐標(biāo)與高度數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)。其次，更注重了地下管線、地上建、構(gòu)筑物是否能在同一平臺中統(tǒng)一整合的關(guān)鍵要素——地面高程模型的精準(zhǔn)。

針對上海迪士尼樂園地形地貌復(fù)雜的特點，采用了以車載激光掃描測量[3]為主、水準(zhǔn)高程散點測量為輔的超精細(xì)數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)方案。車載激光掃描系統(tǒng)主要采集園區(qū)主題樂園、交通樞紐等核心區(qū)域及其周邊區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)，而對于其他車輛不易通行的小塊區(qū)域，則使用水準(zhǔn)散點測量方法進(jìn)行補充加密。兩種方法的有機結(jié)合，既提高了DEM精度，又確保了數(shù)據(jù)的全覆蓋，特別適合大型復(fù)雜場景的超精細(xì)數(shù)字高程模型制作，如圖2所示。

圖2車載激光掃描點云數(shù)據(jù)

通過外業(yè)獲取的高精度數(shù)字高程數(shù)據(jù)，以特征點、線編譯高精度TIN，完成了超精細(xì)地面高程模型，由此整合了地下、地上各類空間數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)多空間地理要素在空間位置上的一致性表達(dá)，避免地下設(shè)施突出地面、地下管線與地上構(gòu)筑物相互關(guān)系錯位等數(shù)據(jù)沖突現(xiàn)象，如圖3所示。

圖3空間位置一致性整合

2.3 園區(qū)多源數(shù)據(jù)的融合

上海迪士尼樂園空間信息覆蓋種類多，不僅包含一般地理信息系統(tǒng)的常規(guī)數(shù)據(jù)，如航空影像、大比例尺地形圖、三維模型等，還根據(jù)各類信息平臺應(yīng)用需求，融入了如異形游樂設(shè)施的精細(xì)三維模型、重點建筑的室內(nèi)模型、三維精細(xì)場景等；另外，將園區(qū)物聯(lián)網(wǎng)感知層設(shè)備，如傳感器、攝像頭、GPS、移動終端等采集的數(shù)據(jù)與GIS的可視化、空間定位、分析等優(yōu)勢有機結(jié)合，是上海迪士尼智慧園區(qū)建設(shè)的重點。其中，視頻監(jiān)控在三維場景中的自動映射是迪士尼智慧園區(qū)的多源數(shù)據(jù)融合的典型應(yīng)用。

攝像頭是物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)上感知層的核心要素，采集了現(xiàn)場的圖像視頻，而這些信息是直觀表達(dá)現(xiàn)場事件環(huán)境的重要載體。攝像機通過圖像采集將客觀世界的三維場景投射到成像平面上，參考人眼觀察世界的透視方式，以中心投影方式，將矩陣表達(dá)從三維世界到二維圖像的映射，完成了三維場景中的坐標(biāo)點與二維圖像點之間的矩陣對應(yīng)?；谠撛?，利用坐標(biāo)系定義及坐標(biāo)系變換和線性投影變換，求解場景中攝像機的空間姿態(tài)參數(shù)，恢復(fù)了攝像機在場景中的空間方位信息。同時，采用rtsp[4]標(biāo)準(zhǔn)流媒體協(xié)議，通過網(wǎng)路傳輸，在三維場景中實現(xiàn)了實時畫面的表達(dá)。

園區(qū)攝像頭的視頻監(jiān)控二維圖像是園區(qū)物聯(lián)網(wǎng)眾多感知設(shè)備數(shù)據(jù)源的典型，通過找尋三維GIS與智能感知數(shù)據(jù)的契合，將物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)引入三維GIS平臺是園區(qū)多源數(shù)據(jù)融合的關(guān)鍵，也為智慧園區(qū)建設(shè)奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 園區(qū)空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用實踐

上海迪士尼樂園以在線地理信息云平臺為載體，集成了精確全面的空間數(shù)據(jù)成果，既有二維矢量數(shù)據(jù)，又有影像、地面模型、三維模型數(shù)據(jù)；既有地下空間數(shù)據(jù)，又有地上三維模型數(shù)據(jù)；既有基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)，又有專題要素數(shù)據(jù)。豐富的空間數(shù)據(jù)奠定了上海迪士尼智慧園區(qū)的基礎(chǔ)，通過在線發(fā)布空間信息數(shù)據(jù)，共享地理信息云模式，上海迪士尼三維空間信息基礎(chǔ)平臺已在網(wǎng)格化管理、規(guī)劃審批、應(yīng)急安保、氣象預(yù)報、游園導(dǎo)覽等五個方面得到了應(yīng)用，初步體現(xiàn)出基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的園區(qū)管理新模式。

3.1 在線輔助規(guī)劃審批

從園區(qū)規(guī)劃審批業(yè)務(wù)需求出發(fā)，通過平臺功能的應(yīng)用研究，實現(xiàn)了基于真實三維大環(huán)境的地下管線、地上建筑的在線規(guī)劃審批。

在地下管線規(guī)劃審批中，基于“三庫合一”實現(xiàn)了地下管線全生命周期的監(jiān)管。以三維仿真效果，直觀表達(dá)地下管線空間信息，高效管理了地下管線屬性信息，并通過自由開挖、掘路審批等功能，輔助為管線審批部門是否發(fā)放“市政管線工程規(guī)劃許可證”提供了決策依據(jù)，如圖4所示。

圖4管線三維規(guī)劃審批

在建筑方案規(guī)劃審批中，將二維控規(guī)要素以三維可視化形式表達(dá)，通過融入現(xiàn)狀、設(shè)計方案等實現(xiàn)對建筑定性指標(biāo)的分析，應(yīng)用于園區(qū)空間布局控制和風(fēng)貌景觀協(xié)調(diào)。同時，將控高、退界等規(guī)劃控制體系賦予三維控制盒，直觀表達(dá)控制指標(biāo)內(nèi)容，實現(xiàn)控制性詳細(xì)規(guī)劃指標(biāo)定量分析，如圖5所示。

圖5建筑設(shè)計方案規(guī)劃審批

3.2 網(wǎng)格化部件管理

園區(qū)網(wǎng)格化管理[5]更側(cè)重于二維空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用，通過在線發(fā)布的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)服務(wù)結(jié)合二次提取的公共設(shè)施、道路交通、環(huán)衛(wèi)環(huán)保、園林綠化、地下空間管理等130多類城市部件專題要素服務(wù)，以精準(zhǔn)的空間地理位置及豐富的專題屬性信息，通過“萬米單元網(wǎng)格管理法”，利用GIS的強大查詢與空間分析能力，服務(wù)于城市網(wǎng)格化管理平臺，實現(xiàn)園區(qū)監(jiān)督管理，如圖6所示。

圖6 網(wǎng)格化管理

3.3 服務(wù)園區(qū)應(yīng)急安保

通過收集園區(qū)監(jiān)控攝像頭的空間地理位置，基于園區(qū)物聯(lián)網(wǎng)感知多源數(shù)據(jù)的融合，利用在三維場景中通過監(jiān)控視頻與三維坐標(biāo)的自動計算匹配，形成了一系列多個地點的視頻監(jiān)控畫面在三維虛擬世界的真實反映。視頻監(jiān)控畫面具有直觀形象等特點，利用三維場景與三維場景真實性還原事件發(fā)生的空間環(huán)境，工作人員可以足不出戶了解園區(qū)現(xiàn)狀提供便捷，在突發(fā)狀況時，方便領(lǐng)導(dǎo)決策。這是三維地理信息與園區(qū)“物聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)相結(jié)合的智慧園區(qū)安防服務(wù)新應(yīng)用，打造了多設(shè)備、多現(xiàn)場的聯(lián)動功能，如圖7所示。

圖7監(jiān)控視頻三維映射

3.4 預(yù)報氣象實況

面向園區(qū)氣象服務(wù)需求，與現(xiàn)有氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與共享，在地下管線、地上建筑、超精細(xì)數(shù)字高程模型等三維空間信息基礎(chǔ)上，以粒子特效模擬雨、雪、霧、霾、風(fēng)等天氣過程，并結(jié)合專業(yè)的氣象模型分析，將氣象實況、預(yù)報及積澇風(fēng)險結(jié)果以三維直觀、形象化的方式進(jìn)行表達(dá)。特別在積澇風(fēng)險三維分析與展示中，數(shù)字高程模型是分析結(jié)果可靠性的關(guān)鍵。正因為數(shù)字高程模型的精細(xì)度與空間數(shù)據(jù)的一致性整合滿足了氣象分析的要求，才為園區(qū)提供了全面、精細(xì)、準(zhǔn)確、及時的環(huán)境和氣象分析結(jié)果，如圖8所示。

圖8氣象預(yù)報與積澇風(fēng)險分析

3.5 游客導(dǎo)覽地圖

為有序引導(dǎo)游客參觀，快速疏散參觀人群，利用園區(qū)現(xiàn)有的空間地理信息數(shù)據(jù)，采用計算機輔助輔助手繪制圖風(fēng)格，推出了線上和線下一體化的游客導(dǎo)覽地圖服務(wù)。線下為一張地圖，線上為一個地圖API(微信地圖導(dǎo)覽)，既兼顧了游客對紙質(zhì)地圖的需求，又利用地圖API服務(wù)對電子地圖和專題數(shù)據(jù)進(jìn)行及時更新和信息交互擴展。今后，將結(jié)合樂園不同的節(jié)慶、活動等內(nèi)容，推出多種風(fēng)格的導(dǎo)覽圖，并做好動態(tài)更新，如圖9所示。

圖9游客導(dǎo)覽地圖

4 結(jié) 語

隨著科技的不斷發(fā)展，信息化建設(shè)將成為城市發(fā)展的必然趨勢。現(xiàn)今地理信息技術(shù)的成熟應(yīng)用已經(jīng)受到了多方關(guān)注。園區(qū)作為城市的組成部分，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+園區(qū)”的建設(shè)體系的完善，空間地理信息數(shù)據(jù)是智慧園區(qū)建設(shè)不可或缺的數(shù)據(jù)資源。本文結(jié)合上海迪士尼樂園特點以及本單位在上海迪士尼三維空間信息基礎(chǔ)平臺建設(shè)中的工作實踐，探討了空間數(shù)據(jù)的集成及結(jié)合業(yè)務(wù)需求已完成的五個方面的智慧化園區(qū)建設(shè)應(yīng)用。今后，隨著地理信息技術(shù)的不斷拓展，空間數(shù)據(jù)在諸如上海迪士尼之類的大型綜合園區(qū)中的應(yīng)用價值更待深入挖掘與探索。

[1] 李德仁，邵振峰，楊小敏. 從數(shù)字城市到智慧城市的理論與實踐[J]. 地理信息空間，2011(6)：1～5.

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ResearchonSpatialInformationIntegrationandApplicationforIntelligentPark

Chen Yan，Chen Fangmin
(Shanghai Surveying and Mapping Institute，Shanghai 200063，China)

Modern urban development aims at the smart city construction with the basic features of Internet +.Garden is the important component of urban space. It is easier to be high efficiency，comprehensive and intelligent. Combining actual working requirement，the requirements of the spatial information integration based on the smart garden construction is discussed in this paper，and the method and the applications of the spatial information intergration are also introduced.

Internet + ；smart garden；whole space full life-cycle total elements；spatial information integration

1672-8262(2017)06-26-05

P208.2

A

2017—01—23

陳燕(1986—)，女，碩士，工程師，主要從事地理信息系統(tǒng)的研發(fā)。