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、云計算、云存儲等新一代信息技術，基于當前二維GIS平臺軟件（ArcGIS）和自主研發(fā)的大型3D GIS平臺軟件，給出了一個二三維一體化的城市空間信息系統(tǒng)建設方案。論述了系統(tǒng)總體結(jié)構設計、數(shù)據(jù)規(guī)范及處理、二三維聯(lián)動機理和系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能。城市空間信息系統(tǒng)的建設，是實現(xiàn)空間信息管理、共享和應用的關鍵，提高了各行業(yè)對空間信息共享應用的管理能力及輔助決策分析能力。

【關鍵詞】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、更新與應用一體化，最大限度地發(fā)揮空間數(shù)據(jù)普查的經(jīng)濟效益。但是，由于空間信息數(shù)據(jù)縱橫交錯、上下起伏的空間關系，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、真實反映地上部件的分布情況，為城市的管理者與建設者提供詳實的城市空間信息數(shù)據(jù)支撐，對智慧城市建設具有重要意義。

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、二三維組件技術用于城市空間信息管理，實現(xiàn)對空間信息數(shù)據(jù)進行整理、入庫、查詢、統(tǒng)計分析、二三維聯(lián)動，既發(fā)揮二維強大的查詢統(tǒng)計分析能力，又能實現(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)設計

系統(tǒng)框架設計：

本系統(tǒng)總體設計為：采用面向?qū)ο蟮姆治龊驮O計方法來規(guī)劃整個系統(tǒng)的應用，采用虛擬化層、服務層和應用層結(jié)構體系。總體架構如圖1所示。

虛擬化層采用虛擬化平臺，統(tǒng)一管理分配相應的計算機資源池和存儲資源池，用戶通過“云終端”按需獲取動態(tài)資源。

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

應用層提供了城市空間二三維信息服務系統(tǒng)、地下管網(wǎng)系統(tǒng)和行業(yè)應用示范系統(tǒng)。后期結(jié)合相關應用，升級成相關的智慧行業(yè)。

三、數(shù)據(jù)規(guī)范與處理

數(shù)據(jù)規(guī)范的設計旨在指導城市空間信息數(shù)據(jù)的普查、符號庫設計、建庫、動態(tài)維護和相關工作。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)而進行分類的需求。

1、數(shù)據(jù)規(guī)范設計

結(jié)合現(xiàn)有國家標準、地方規(guī)范及用戶調(diào)研的基礎上，將空間信息分為6大類，包括公用設施、道路交通、市容環(huán)境、園林綠化、房屋土地及其他設施，共計280個對象種類，并為其設計相關地圖圖式、符號。

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)的預處理、場景建設、模型擺放到數(shù)據(jù)最后發(fā)布服務為止，數(shù)據(jù)處理工程為城市空間信息系統(tǒng)建設提供了準確的數(shù)據(jù)支持。

a）二維數(shù)據(jù)處理

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

b）三維數(shù)據(jù)處理

首先要對三維模型數(shù)據(jù)進行預處理，生成平臺支持的數(shù)據(jù)格式，其次，進行模型擺放或方向角度調(diào)整以保證模型在場景中位置和角度的正確性，最后進行模型入庫發(fā)布，完成三維場景搭建。

四、二三維聯(lián)動機制

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、地上地下一體化展示方式，可以為城市設施管理、規(guī)劃應用、安全應急等建設提供輔助決策支撐。

1、二三維聯(lián)動的原理

二三維地圖聯(lián)動原理是在實現(xiàn)二維地圖坐標與三維地圖坐標的一一映射的前提下，通過信息的互響應機制來實現(xiàn)的。二三維地圖的投影坐標系應保持一致。同時系統(tǒng)建立二維矢量地圖與三維地圖顯示要素的關系。系統(tǒng)通過二三維坐標間的相互轉(zhuǎn)換實現(xiàn)二三維地圖的同步顯示。

2、二三維聯(lián)動的實現(xiàn)

二三維聯(lián)動的實現(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該是相同的，當任意拖動某地圖進而改變地圖的顯示范圍，另一場景的地圖也應該隨之發(fā)生變化。其次是操作同步，當在任意窗口進行放大、縮小、漫游等操作時，另一窗口地圖應同時發(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)應與三維某一場景數(shù)據(jù)模型相對應。在對數(shù)據(jù)進行查詢、統(tǒng)計分析時，二三維聯(lián)動可以將二維空間數(shù)據(jù)要素與三維模型要素相對應，從而實現(xiàn)二維空間數(shù)據(jù)、三維場景模型及屬性信息的雙向互查。

五、系統(tǒng)功能

1、GIS應用功能

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

2、查詢統(tǒng)計功能

實現(xiàn)在二三維空間內(nèi)進行信息的查詢統(tǒng)計，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、三維場景快照、監(jiān)控場景接入、空間量算、視圖顯示和地圖框移動。

六、結(jié)論

本系統(tǒng)實現(xiàn)了二維視圖與三維視圖的平移、旋轉(zhuǎn)的聯(lián)動和空間數(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、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，將地上城市部件、地下管線等靜態(tài)空間信息數(shù)據(jù)等多元海量異構數(shù)據(jù)進行接入、匯集、整合，從而實現(xiàn)對城市空間信息化管理及信息共享，提升城市管理的標準化、信息化、精細化水平，滿足城市現(xiàn)代化建設和可持續(xù)發(fā)展的切實需求，為智慧城市的建設奠定堅實的基礎。

【參考文獻】

[1]于強，康來成.數(shù)字城市二三維一體化解決方案[C].第五屆中國數(shù)字城市建設技術研討會論文集，2012.

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