黃林周，王鐵軍

（1.武漢大學(xué) 測繪學(xué)院航空航天測繪研究所，湖北 武漢 430079；2.自然資源部重慶測繪院，重慶 401120）

三維實景技術(shù)能實現(xiàn)將一系列二維相片或一組傾斜影像向高分辨率、帶有紋理和地理位置信息的三維模型轉(zhuǎn)換[1]，這為用戶可視化利用時空數(shù)據(jù)提供了可能，也在城市規(guī)劃、建筑設(shè)計等領(lǐng)域為政府各部門、各公司單位提供了更便捷和精準(zhǔn)的地理信息服務(wù)[2]。為了對西藏自治區(qū)時空數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，建立三維實景時空數(shù)據(jù)庫是必要環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)對西藏地區(qū)基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)、地理國情普查數(shù)據(jù)、城市框架數(shù)據(jù)、國土調(diào)查數(shù)據(jù)等各種自然資源數(shù)據(jù)的有效集成，為探清西藏地區(qū)自然資源情況提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，建設(shè)三維實景時空數(shù)據(jù)庫管理平臺，以實現(xiàn)自然資源數(shù)據(jù)管理、展示瀏覽、空間分析、查詢統(tǒng)計等功能[3]，為自然資源精細化管理提供基礎(chǔ)支撐，這不僅是新時代下新型基礎(chǔ)測繪的主要任務(wù)之一[4-5]，也是我國信息化基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分[6]。

1 任務(wù)區(qū)數(shù)據(jù)

1）第三次全國國土調(diào)查影像數(shù)據(jù)，包括任務(wù)區(qū)優(yōu)于1 m分辨率的第三次全國國土調(diào)查DOM數(shù)據(jù)和覆蓋市級政府所在地區(qū)0.2 m分辨率的DOM數(shù)據(jù)，作為項目任務(wù)區(qū)影像底圖使用。

2）天地圖數(shù)據(jù)，包括2019年天地圖融合更新后的矢量數(shù)據(jù)，內(nèi)容包括交通、水系、居民地及附屬設(shè)施、行政區(qū)劃、地名地址等，作為核心矢量要素補充采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)使用。

3）地理國情普查數(shù)據(jù)，包括任務(wù)區(qū)地理國情普查矢量數(shù)據(jù)和10 m格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)，內(nèi)容包括道路、水系、地理單元等，作為核心矢量要素補充采集的參考資料使用。

4）1∶10 000 DEM數(shù)據(jù)，包括各市級5 m格網(wǎng)的1∶10 000 DEM數(shù)據(jù)，作為項目任務(wù)區(qū)三維地形基礎(chǔ)數(shù)據(jù)使用。

5）城市空間框架數(shù)據(jù)，包括各市級城市空間框架數(shù)據(jù)，內(nèi)容包括道路及附屬設(shè)施、政區(qū)境界、河流、居民地、城市綠地、地名地址等，作為核心矢量采集的補充數(shù)據(jù)使用。

6）1∶50 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，內(nèi)容包括道路及附屬設(shè)施、水系、居民地及附屬設(shè)施、地名、行政區(qū)劃等，作為系列內(nèi)部用圖制作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)使用。

7）2018年春季導(dǎo)航矢量數(shù)據(jù)，內(nèi)容包括交通、地名地址和興趣點等，作為核心矢量要素補充采集的參考數(shù)據(jù)。

2 項目總體架構(gòu)

項目包括三維實景時空數(shù)據(jù)庫及其管理平臺，三維實景時空數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)自然資源二、三維實景數(shù)據(jù)的集成和管理[7]；三維實景時空數(shù)據(jù)庫管理平臺支持基礎(chǔ)地理信息、影像等二維數(shù)據(jù)以及三維地形數(shù)據(jù)、房屋單體化模型、精細化模型、分層分戶模型等三維數(shù)據(jù)的管理和展示[8]。平臺采用B/S架構(gòu)模式，主要由基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、可視化層等4個層次構(gòu)成，總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 平臺總體架構(gòu)

基礎(chǔ)層為系統(tǒng)建設(shè)時期所需的硬件設(shè)施，負責(zé)構(gòu)建涉密平臺的基礎(chǔ)運行環(huán)境。數(shù)據(jù)層負責(zé)自然資源三維實景基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲、處理、入庫、管理和服務(wù)發(fā)布，為服務(wù)層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[9]；并提供三維實景數(shù)據(jù)建庫、數(shù)據(jù)更新維護、歷史數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布等管理功能。服務(wù)層提供三維實景數(shù)據(jù)管理平臺運行所需的數(shù)據(jù)服務(wù)和三維分析服務(wù)?？梢暬瘜涌蓪崿F(xiàn)自然資源三維實景數(shù)據(jù)多模式瀏覽、數(shù)據(jù)集成瀏覽、量測分析、查詢?yōu)g覽、多屏對比、統(tǒng)計分析、空間分析、場景標(biāo)繪、漫游管理等功能，為服務(wù)層提供三維可視化渲染和數(shù)據(jù)管理服務(wù)。

3 三維實景時空數(shù)據(jù)庫建庫

3.1 數(shù)據(jù)庫建庫的技術(shù)路線

將待入庫的三維實景數(shù)據(jù)按照一定的目錄結(jié)構(gòu)組織整理，根據(jù)三維實景數(shù)據(jù)應(yīng)用需求進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計，根據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計要求對三維實景數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并將整理后的數(shù)據(jù)入庫，建立三維實景時空數(shù)據(jù)庫。建庫總體工作流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫總體建設(shè)工作流程圖

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

3.2.1 數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計

三維實景時空數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容包括DOM數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)等5大類，其中DOM數(shù)據(jù)由任務(wù)區(qū)優(yōu)于1 m分辨率、4個地級市城區(qū)0.2 m分辨率、三維實景核心區(qū)0.03 m分辨率3個層次的DOM組成；地形數(shù)據(jù)主要由10 m格網(wǎng)、5 m格網(wǎng)DEM和三維實景核心區(qū)0.2 m格網(wǎng)DSM組成；三維模型數(shù)據(jù)由項目任務(wù)區(qū)三維地形模型、核心區(qū)傾斜模型、房屋單體化模型、標(biāo)志性建（構(gòu)）筑物精細化模型和分層分戶模型等組成；矢量數(shù)據(jù)由天地圖矢量數(shù)據(jù)和核心區(qū)核心要素組成；專題數(shù)據(jù)主要由國土空間規(guī)劃、不動產(chǎn)、地質(zhì)災(zāi)害等專題數(shù)據(jù)組成。

3.2.2 數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計

三維實景時空數(shù)據(jù)庫基于空間數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的Geodatabase模型進行邏輯設(shè)計，所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一在CGCS2000國家大地坐標(biāo)系下建庫。數(shù)據(jù)庫中按矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等進行組織管理，其中矢量數(shù)據(jù)包括道路、水系、居民地及附屬設(shè)施、城市綠地等數(shù)據(jù)集；柵格數(shù)據(jù)包括DOM、DEM、DSM等數(shù)據(jù)；三維模型數(shù)據(jù)包括傾斜三維模型、房屋單體化模型、精細化模型、分層分戶模型等；專題數(shù)據(jù)包括國土空間規(guī)劃專題數(shù)據(jù)、不動產(chǎn)專題數(shù)據(jù)等；歷史數(shù)據(jù)包括歷史版本的影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)等。

4 管理平臺開發(fā)

4.1 平臺接口設(shè)計

平臺設(shè)計的應(yīng)用接口及其功能如表1所示。

表1 應(yīng)用接口及其功能

4.2 平臺功能設(shè)計

平臺主要包括多源數(shù)據(jù)融合瀏覽、數(shù)據(jù)疊加瀏覽、三維場景標(biāo)繪、三維通用分析、三維實景數(shù)據(jù)管理、平臺系統(tǒng)管理等模塊，功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 三維實景時空數(shù)據(jù)庫管理平臺功能結(jié)構(gòu)圖

4.2.1 多源數(shù)據(jù)融合瀏覽模塊

該模塊支持高分辨率DOM、高精度DSM、傾斜模型、房屋單體化模型、矢量等多源數(shù)據(jù)的三維場景無縫融合展示，三維實景呈現(xiàn)地勢、地貌以及城區(qū)紋理；提供地圖基礎(chǔ)瀏覽、自定義飛行瀏覽、坐標(biāo)與高程信息動態(tài)瀏覽等功能。

1）自定義飛行瀏覽可實現(xiàn)三維場景下自定義飛行路線的添加、編輯、播放、暫停、刪除等功能，用戶可隨自定義路線自由瀏覽三維實景，如圖4所示。

圖4 自定義飛行瀏覽界面

2）多時相數(shù)據(jù)對比瀏覽可實現(xiàn)三維場景下同一區(qū)域多個時相數(shù)據(jù)的對比展示瀏覽，查看同一地區(qū)的歷史變化情況，如圖5所示。

圖5 多時相對比和卷簾對比瀏覽界面

4.2.2 三維場景標(biāo)繪模塊

該模塊可在當(dāng)前三維場景下添加幾何圖形、特定圖標(biāo)、態(tài)勢圖形等標(biāo)繪信息，實現(xiàn)對關(guān)注區(qū)域的解讀和管理，如圖6所示。

圖6 幾何標(biāo)繪與態(tài)勢標(biāo)繪界面

4.2.3 三維通用分析模塊

該模塊提供三維量測、三維定位、坡度坡向分析、視域分析、日照分析等功能：①三維量測可實現(xiàn)三維場景下的高度測量、平面面積測量、地形面積測量等功能，如圖7所示；②三維定位可實現(xiàn)行政區(qū)劃、坐標(biāo)、地理書簽等三維場景快速定位，如圖8所示；③坡度坡向分析可實現(xiàn)對指定區(qū)域的坡度坡向分析以及分級渲染展示，如圖9所示；④視域分析可實現(xiàn)三維場景下對指定點的三維可視區(qū)域范圍展示，如圖10所示；⑤日照分析可實現(xiàn)對建（構(gòu)）筑物的日照分析，展示一定時間段內(nèi)陰影覆蓋范圍，如圖11所示。

圖7 空間量測界面

圖8 行政區(qū)劃定位界面

圖9 坡度坡向分析界面

圖11 日照分析界面

5 結(jié)語

為實現(xiàn)對西藏地區(qū)自然資源情況的全面管理，并為其規(guī)劃和建設(shè)提供地理信息基礎(chǔ)，本文利用傾斜攝影測量和三維建模技術(shù)獲取高分辨率三維模型，基于空間數(shù)據(jù)庫Geodatabase模型建立了三維實景時空數(shù)據(jù)庫，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了管理平臺，為用戶提供了數(shù)據(jù)管理、展示瀏覽、空間分析、查詢統(tǒng)計等功能。