蔣 瑩，張光偉，趙建崇

(江蘇省測繪工程院,江蘇 南京 210013)

0 引 言

目前，應(yīng)急測繪已經(jīng)成為我國各類應(yīng)急保障行動中非常重要的技術(shù)保障手段。應(yīng)急測繪人員在應(yīng)急任務(wù)前中后期，可以利用高空有人機(jī)、低空無人機(jī)、地面采集設(shè)備等手段，第一時間對應(yīng)急任務(wù)區(qū)開展數(shù)據(jù)采集，獲取應(yīng)急任務(wù)區(qū)影像、實(shí)景照片與視頻、三維數(shù)據(jù)等。尤其是可以利用便攜無人機(jī)裝備，獲取任務(wù)區(qū)內(nèi)多角度傾斜攝影數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維場景快速重構(gòu)，來全方位展現(xiàn)任務(wù)區(qū)內(nèi)的真實(shí)三維場景，為應(yīng)急行動提供高精度位置服務(wù)和直觀現(xiàn)狀展示。

近年來，眾多三維地理信息服務(wù)項(xiàng)目開展了基于Cesium等開源框架研究[1]，基于WebGL技術(shù)，提出了新的跨平臺無插件解決方案[2]，特別是針對傾斜攝影三維數(shù)據(jù)，進(jìn)行了基于Web的在線瀏覽系統(tǒng)定制開發(fā)[3]。綜合分析同類型相關(guān)應(yīng)用研究后，本文基于應(yīng)急測繪成果發(fā)布需求，利用較為成熟的三維地理信息開源框架(Cesium)，定制了一套輕量級數(shù)據(jù)發(fā)布平臺，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)成果在二維、三維地理場景中的展現(xiàn)與共享；同時，基于“應(yīng)急一張圖”，實(shí)現(xiàn)了各類應(yīng)急救援專題信息融合，綜合展示了應(yīng)急救援相關(guān)的人、車、場所等信息，可以第一時間了解應(yīng)急救援隊(duì)伍分布、救援物資投放、環(huán)境監(jiān)測等情況。系統(tǒng)兼容所有主流瀏覽器，適用于各類型智能終端系統(tǒng)，可以提高應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)的可用性與共享效率，以及應(yīng)急救援人員的科學(xué)輔助決策能力。

1 研究概述

應(yīng)急測繪保障需要實(shí)現(xiàn)任務(wù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的快速采集、及時發(fā)布、多方共享、隨時調(diào)用，數(shù)據(jù)成果要直觀易懂。由于應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)量大，應(yīng)用過程中還應(yīng)考慮到應(yīng)急救援任務(wù)的環(huán)境因素，如網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、場地不固定、終端設(shè)備多元化等問題。本文研究的輕量級應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(以下簡稱“平臺”)，就是要解決以上問題，利用輕量級、免插件三維引擎實(shí)現(xiàn)各種終端操作系統(tǒng)、平臺的快速加載顯示，利用離線、在線加載數(shù)據(jù)的手段實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下均能應(yīng)用應(yīng)急測繪成果，利用開放式接口，只需簡單配置即可接入各種應(yīng)急救援的信息數(shù)據(jù)，在三維場景中展示各類數(shù)據(jù)。

2 技術(shù)研究

應(yīng)急測繪成果應(yīng)用最重要的特點(diǎn)就是要第一時間將數(shù)據(jù)獲取、生成、發(fā)布，最大限度將數(shù)據(jù)推送到各種類型使用終端進(jìn)行瀏覽與使用。目前三維類應(yīng)用常常將三維場景解析和渲染集成到一起，未進(jìn)行數(shù)據(jù)輕量化處理操作，對網(wǎng)絡(luò)、硬件環(huán)境要求較高，數(shù)據(jù)成果難以第一時間推送到終端，迫切需要做到數(shù)據(jù)輕量化，減少應(yīng)用環(huán)境資源限制。輕量化處理不僅需要通過數(shù)據(jù)分塊離線加載方式，來分擔(dān)前端在線處理的負(fù)擔(dān)，還需借助多種空間分析方法去除重復(fù)加載操作，結(jié)合輕量化過程及輕量化數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，針對性地設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)加載、顯示管理策略，使得整個平臺能夠及時、準(zhǔn)確地操控三維場景。本文研究的應(yīng)急測繪成果數(shù)據(jù)發(fā)布流程如圖1。

圖1 數(shù)據(jù)發(fā)布流程

2.1 輕量化處理

應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)成果主要包含影像、實(shí)景照片與視頻、三維傾斜、激光點(diǎn)云等數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)成果生產(chǎn)完成后，需要快速構(gòu)建一個應(yīng)急任務(wù)區(qū)的二維、三維場景，并通過空間位置關(guān)聯(lián)將這些數(shù)據(jù)成果整合，形成一套完整的應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)成果。為適應(yīng)不同場景下的應(yīng)用需求，便于在各種設(shè)備、系統(tǒng)中輕量化調(diào)用，還需要通過自動化、半自動化人工干預(yù)的手段，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)成果的輕量化處理，數(shù)據(jù)經(jīng)過圖像軟件、建模軟件的壓縮、切片、分割等處理之后，會形成分級金字塔、分級瓦片、分級tile結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)成果，并快速發(fā)布成多種地圖服務(wù)，為應(yīng)急應(yīng)用平臺提供在線、離線方式的二維、三維地理信息服務(wù)(圖2)。

2.2 數(shù)據(jù)成果發(fā)布

平臺充分考慮到應(yīng)急場景中的實(shí)際應(yīng)用需求，利用H5技術(shù)、WebGL技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨操作系統(tǒng)、跨瀏覽器的調(diào)用，可實(shí)現(xiàn)在線服務(wù)調(diào)用瀏覽、離線數(shù)據(jù)下載瀏覽等兩種方式，為應(yīng)急救援任務(wù)提供協(xié)同作業(yè)“應(yīng)急一張圖”應(yīng)用支撐。

平臺可發(fā)布多種數(shù)據(jù)服務(wù)類型，具備影像、實(shí)景、點(diǎn)云、傾斜三維數(shù)據(jù)服務(wù)的發(fā)布能力，能夠高效融合不同分辨率和不同數(shù)據(jù)量的影像、高程數(shù)據(jù)形成基礎(chǔ)三維場景。此外，平臺還提供數(shù)據(jù)服務(wù)調(diào)用接口，其他類型的應(yīng)急系統(tǒng)可在線調(diào)用這些數(shù)據(jù)服務(wù)，滿足應(yīng)急測繪成果數(shù)據(jù)的快速調(diào)用需求。

平臺采用3DTiles數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定數(shù)據(jù)發(fā)布格式，具備LOD調(diào)度渲染能力。針對傾斜、矢量、點(diǎn)云等都有較好支持，平臺采用離線與在線2種方式，可大幅縮短數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時間，使客戶終端快速獲取所需三維場景。在線模式需采用服務(wù)端存放三維場景所需三維數(shù)據(jù)，網(wǎng)頁端、移動終端場景顯示采用高效的空間索引技術(shù)，漸進(jìn)傳輸技術(shù)和地形簡化算法來滿足多用戶并發(fā)訪問的需要。

2.3 制定平臺

作為輕量級平臺，具有跨系統(tǒng)、跨瀏覽器、可擴(kuò)展的特點(diǎn)，可針對不同的操作系統(tǒng)進(jìn)行Web端、原生端(Native App)開發(fā)。應(yīng)用系統(tǒng)在二維數(shù)據(jù)、三維傾斜可視化的基礎(chǔ)上，提供定位、查詢、專題應(yīng)用等多種類型功能，將傾斜數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、全景數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)等信息融合起來，真正意義上實(shí)現(xiàn)地理信息應(yīng)急資源的數(shù)字化和可視化。此外，平臺還具備在線與離線加載等兩種數(shù)據(jù)訪問方式，擴(kuò)大應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)使用范圍，第一時間將數(shù)據(jù)推送給應(yīng)急救援各類人員使用(圖3)。

圖3 傾斜三維成果應(yīng)用

2.4 應(yīng)急測繪資源、應(yīng)急專題信息資源融合

平臺統(tǒng)一采用國家CGCS2000坐標(biāo)系，內(nèi)置多套坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)，除兼容WGS84、西安80等坐標(biāo)系外，還內(nèi)置百度地圖、高德地圖等互聯(lián)網(wǎng)地圖資源信息數(shù)據(jù)坐標(biāo)系糾偏功能，實(shí)現(xiàn)其他坐標(biāo)系應(yīng)急專題數(shù)據(jù)的快速融合與展示。此外，平臺具備開放式接口，通過參數(shù)文件的配置，可將多種類型應(yīng)急傳感器的監(jiān)測信息，按格式協(xié)議接入到平臺“應(yīng)急一張圖”中，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急物資、人、車等信息的統(tǒng)一集中顯示，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急要素的定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

3 開源框架選擇

開源3D引擎越來越受到地理信息專業(yè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)的青睞，特別是基于 WebGL技術(shù)的輕量級3D引擎，在二三維可視化效果的同時，還具備一些實(shí)用的空間分析能力，具備跨平臺、易于擴(kuò)展等應(yīng)用特點(diǎn)，適合于應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)成果的發(fā)布應(yīng)用。針對應(yīng)急測繪成果應(yīng)用特點(diǎn)，本文認(rèn)為選擇開源框架主要需要考慮以下性能指標(biāo)。

(1)沒有使用第三方框架，無須插件，所有支持WebGL的瀏覽器均可使用。

(2)支持ARCGIS等主流地理信息廠商的地理信息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，支持接入Bing、OpenStreetMap、谷歌、高德、百度等互聯(lián)網(wǎng)地圖服務(wù)。

(3)能夠?qū)崿F(xiàn)常用的地圖功能，具有實(shí)用性，支持空間搜索服務(wù)能力，基礎(chǔ)空間分析能力。

(4)支持移動端瀏覽器，能對移動瀏覽器做優(yōu)化處理。

目前被廣泛使用的輕量級開源三維可視化框架有WebGlobe、WebGLEarth、Cesium等，其中Cesium開源三維地圖框架基于 Apache 開源協(xié)議，具備二三維場景展示能力，支持商業(yè)和非商業(yè)免費(fèi)使用，無須Web插件，很適合于 GIS 數(shù)據(jù)可視化地圖引擎，利用 WebGL技術(shù)進(jìn)行硬件加速、渲染顯示三維場景。

平臺采用了Cesium開源框架作為平臺基礎(chǔ)框架，可支持3D、2D、2.5D等多種地圖展示形式，并支持二三維圖形與模型繪制，高亮區(qū)域顯示等。同時，提供觸摸功能，可支持主流移動終端操作系統(tǒng)Android、IOS、Windows Phone等。

4 結(jié) 語

隨著應(yīng)急測繪應(yīng)用技術(shù)的深入發(fā)展，利用無插件、高可用的二三維一體化地理信息服務(wù)平臺開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)將會越來越豐富，結(jié)合應(yīng)急業(yè)務(wù)開展的定制研發(fā)，可研制貼近應(yīng)急測繪業(yè)務(wù)特點(diǎn)的二三維發(fā)布可視化平臺。后續(xù)我們還將進(jìn)一步從移動客戶端高效離線調(diào)用、大數(shù)據(jù)快速渲染展示、復(fù)雜三維空間分析等方向展開研究。