于雷 葛寶玉 高瑩瑩 趙希奇 王兆祥

【摘 要】本文采用大數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算、云存儲(chǔ)等新一代信息技術(shù)，基于當(dāng)前二維GIS平臺(tái)軟件（ArcGIS）和自主研發(fā)的大型3D GIS平臺(tái)軟件，給出了一個(gè)二三維一體化的城市空間信息系統(tǒng)建設(shè)方案。論述了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)規(guī)范及處理、二三維聯(lián)動(dòng)機(jī)理和系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能。城市空間信息系統(tǒng)的建設(shè)，是實(shí)現(xiàn)空間信息管理、共享和應(yīng)用的關(guān)鍵，提高了各行業(yè)對(duì)空間信息共享應(yīng)用的管理能力及輔助決策分析能力。

【關(guān)鍵詞】ArcGIS；空間信息系統(tǒng)；二三維一體化

一、引言

城市空間信息是智慧城市建設(shè)的重要組成部分，是城市發(fā)展水平和文明程度的重要支撐?；诔鞘卸S地圖數(shù)據(jù)與地理信息系統(tǒng)技術(shù)建立城市空間二三維一體化系統(tǒng)，使得空間信息數(shù)據(jù)整理入庫、更新與應(yīng)用一體化，最大限度地發(fā)揮空間數(shù)據(jù)普查的經(jīng)濟(jì)效益。但是，由于空間信息數(shù)據(jù)縱橫交錯(cuò)、上下起伏的空間關(guān)系，采用三維模型，提高模型物體的立體感和逼真感，有利于全面、真實(shí)反映地上部件的分布情況，為城市的管理者與建設(shè)者提供詳實(shí)的城市空間信息數(shù)據(jù)支撐，對(duì)智慧城市建設(shè)具有重要意義。

基于此，本文將以某城市空間二三維一體化系統(tǒng)為例，介紹如何將地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)規(guī)范與處理、二三維組件技術(shù)用于城市空間信息管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、入庫、查詢、統(tǒng)計(jì)分析、二三維聯(lián)動(dòng)，既發(fā)揮二維強(qiáng)大的查詢統(tǒng)計(jì)分析能力，又能實(shí)現(xiàn)城市各類地理數(shù)據(jù)的可視化。

二、二三維一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)：

本系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)為：采用面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計(jì)方法來規(guī)劃整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用，采用虛擬化層、服務(wù)層和應(yīng)用層結(jié)構(gòu)體系。總體架構(gòu)如圖1所示。

虛擬化層采用虛擬化平臺(tái)，統(tǒng)一管理分配相應(yīng)的計(jì)算機(jī)資源池和存儲(chǔ)資源池，用戶通過“云終端”按需獲取動(dòng)態(tài)資源。

服務(wù)層主要為系統(tǒng)提供所需的數(shù)據(jù)支撐及相應(yīng)的服務(wù)支撐，同時(shí)具備大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、挖掘、處理等能力。

應(yīng)用層提供了城市空間二三維信息服務(wù)系統(tǒng)、地下管網(wǎng)系統(tǒng)和行業(yè)應(yīng)用示范系統(tǒng)。后期結(jié)合相關(guān)應(yīng)用，升級(jí)成相關(guān)的智慧行業(yè)。

三、數(shù)據(jù)規(guī)范與處理

數(shù)據(jù)規(guī)范的設(shè)計(jì)旨在指導(dǎo)城市空間信息數(shù)據(jù)的普查、符號(hào)庫設(shè)計(jì)、建庫、動(dòng)態(tài)維護(hù)和相關(guān)工作。它規(guī)定了城市空間信息的分類原則、編碼方法與分類代碼，以滿足城市空間信息數(shù)據(jù)而進(jìn)行分類的需求。

1、數(shù)據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)

結(jié)合現(xiàn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、地方規(guī)范及用戶調(diào)研的基礎(chǔ)上，將空間信息分為6大類，包括公用設(shè)施、道路交通、市容環(huán)境、園林綠化、房屋土地及其他設(shè)施，共計(jì)280個(gè)對(duì)象種類，并為其設(shè)計(jì)相關(guān)地圖圖式、符號(hào)。

2、數(shù)據(jù)處理過程

數(shù)據(jù)處理工程的內(nèi)容包含從數(shù)據(jù)采集開始，經(jīng)過二維數(shù)據(jù)的質(zhì)檢入庫，數(shù)據(jù)脫密，三維數(shù)據(jù)的預(yù)處理、場(chǎng)景建設(shè)、模型擺放到數(shù)據(jù)最后發(fā)布服務(wù)為止，數(shù)據(jù)處理工程為城市空間信息系統(tǒng)建設(shè)提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

a）二維數(shù)據(jù)處理

對(duì)各類采集數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)檢、入庫、更新等操作，在數(shù)據(jù)入庫前綜合的、完整的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行最后的把關(guān)檢驗(yàn)，最終將處理好的數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的建庫標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行入庫或更新，并按定義好的分層分類方式進(jìn)行管理。

b）三維數(shù)據(jù)處理

首先要對(duì)三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，生成平臺(tái)支持的數(shù)據(jù)格式，其次，進(jìn)行模型擺放或方向角度調(diào)整以保證模型在場(chǎng)景中位置和角度的正確性，最后進(jìn)行模型入庫發(fā)布，完成三維場(chǎng)景搭建。

四、二三維聯(lián)動(dòng)機(jī)制

為充分利用空間信息系統(tǒng)的分析功能，采用二三維聯(lián)動(dòng)、地上地下一體化展示方式，可以為城市設(shè)施管理、規(guī)劃應(yīng)用、安全應(yīng)急等建設(shè)提供輔助決策支撐。

1、二三維聯(lián)動(dòng)的原理

二三維地圖聯(lián)動(dòng)原理是在實(shí)現(xiàn)二維地圖坐標(biāo)與三維地圖坐標(biāo)的一一映射的前提下，通過信息的互響應(yīng)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的。二三維地圖的投影坐標(biāo)系應(yīng)保持一致。同時(shí)系統(tǒng)建立二維矢量地圖與三維地圖顯示要素的關(guān)系。系統(tǒng)通過二三維坐標(biāo)間的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)二三維地圖的同步顯示。

2、二三維聯(lián)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

二三維聯(lián)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在：首先是視野同步，即二三維地圖顯示范圍應(yīng)該是相同的，當(dāng)任意拖動(dòng)某地圖進(jìn)而改變地圖的顯示范圍，另一場(chǎng)景的地圖也應(yīng)該隨之發(fā)生變化。其次是操作同步，當(dāng)在任意窗口進(jìn)行放大、縮小、漫游等操作時(shí)，另一窗口地圖應(yīng)同時(shí)發(fā)生變化，與其保持一致。最后是數(shù)據(jù)查詢同步，二維地圖某一圖層數(shù)據(jù)應(yīng)與三維某一場(chǎng)景數(shù)據(jù)模型相對(duì)應(yīng)。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，二三維聯(lián)動(dòng)可以將二維空間數(shù)據(jù)要素與三維模型要素相對(duì)應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)二維空間數(shù)據(jù)、三維場(chǎng)景模型及屬性信息的雙向互查。

五、系統(tǒng)功能

1、GIS應(yīng)用功能

實(shí)現(xiàn)二三維地圖數(shù)據(jù)的疊加顯示，鼠標(biāo)控制、沿路徑瀏覽、放大、縮小、漫游、地圖打印、量測(cè)等基礎(chǔ)GIS功能操作。二三維地圖展示如圖3所示。

2、查詢統(tǒng)計(jì)功能

實(shí)現(xiàn)在二三維空間內(nèi)進(jìn)行信息的查詢統(tǒng)計(jì)，包括快速查詢、區(qū)劃查詢、網(wǎng)格查詢、單位查詢、空間查詢、名稱查詢、類別查詢、屬性查詢、在線編輯等多種查詢功能，并支持圖表等多種方式展示。

3、三維空間信息瀏覽

城市空間信息系統(tǒng)提供直觀的三維展示，能夠?qū)崿F(xiàn)空中、地上地下一體化360°視角的瀏覽。包括三維展示功能、三維圖形操作、漫游巡覽、三維場(chǎng)景快照、監(jiān)控場(chǎng)景接入、空間量算、視圖顯示和地圖框移動(dòng)。

六、結(jié)論

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了二維視圖與三維視圖的平移、旋轉(zhuǎn)的聯(lián)動(dòng)和空間數(shù)據(jù)編輯的二三維同步更新，以及信息顯示、管理、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析等功能，有效提高了系統(tǒng)使用的靈活性與便捷性。同時(shí)，將地上城市部件、地下管線等靜態(tài)空間信息數(shù)據(jù)等多元海量異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行接入、匯集、整合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)城市空間信息化管理及信息共享，提升城市管理的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、精細(xì)化水平，滿足城市現(xiàn)代化建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的切實(shí)需求，為智慧城市的建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

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