徐占華，顏宇，李仁忠

（重慶市勘測院重慶400020）

面向服務(wù)的三維GIS規(guī)劃應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建

徐占華，顏宇，李仁忠

（重慶市勘測院重慶400020）

本文借助Web Services技術(shù)探索了面向服務(wù)的三維地理信息服務(wù)集成體系框架，并對(duì)規(guī)劃應(yīng)用必要功能和配套措施進(jìn)行了初步探討。

SOA；3DGIS；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；城市規(guī)劃

1 前言

計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究的不斷深入，使得自2003年至2008年地理信息系統(tǒng)從二維向三維實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，而三維GIS也成為了GIS的重要發(fā)展方向和熱點(diǎn)研究區(qū)域之一。但是，目前很多所謂的三維GIS系統(tǒng)主要是利用經(jīng)典二維GIS思想來構(gòu)建二、三維聯(lián)動(dòng)，即利用二維來分析和管理分析結(jié)果，然后用三維系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)果展示。另外，各部門建設(shè)系統(tǒng)時(shí)也存在數(shù)據(jù)無法共享、服務(wù)無法共享等問題，各部門專業(yè)數(shù)據(jù)和其它部門數(shù)據(jù)產(chǎn)生交集，一個(gè)城市多個(gè)部門都在重復(fù)做三維模型且標(biāo)準(zhǔn)不一致，一個(gè)部門如果想使用另一部門提供業(yè)務(wù)功能，必須建設(shè)一套類似的系統(tǒng)，造成大量的人力物力資源浪費(fèi)[1]。因此，探索并建設(shè)三維服務(wù)共享系統(tǒng)機(jī)制，一方面為規(guī)劃系統(tǒng)業(yè)務(wù)管理進(jìn)行服務(wù)，另一方面，能將三維模型數(shù)據(jù)針對(duì)各委辦局甚至社會(huì)企事業(yè)單位進(jìn)行共享，達(dá)到資源和服務(wù)利用的最大化目的。

2 關(guān)鍵技術(shù)趨勢

2.1 數(shù)據(jù)共享發(fā)展

一般來講，數(shù)據(jù)共享發(fā)展分為地理相關(guān)數(shù)據(jù)庫模式、空間化數(shù)據(jù)庫模式和Web服務(wù)（Web Services）模式三個(gè)關(guān)鍵階段，而針對(duì)三維模型數(shù)據(jù)來講，因其發(fā)展較晚，可理解為直接從第一個(gè)階段跳轉(zhuǎn)至第三個(gè)階段，或者說目前主要是兩階段并存狀態(tài)。其中OGC（Open Geospatial Consortium開放地理信息聯(lián)盟）為地理信息共享和互操作作了大量研究，制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)并解決了一系列問題。針對(duì)三維模型服務(wù)來說，OGC提出W3DS定義，提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)的三維場景，用戶可以交互式瀏覽這些在客戶端渲染的三維場景。伴隨著網(wǎng)絡(luò)三維技術(shù)發(fā)展，目前應(yīng)用較多的交互三維規(guī)范是X3D國際標(biāo)準(zhǔn)，它由Web3D聯(lián)盟在VRML基礎(chǔ)上提出，采用構(gòu)件化設(shè)計(jì)思想，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，并且使用它來表達(dá)數(shù)據(jù)，同時(shí)也有標(biāo)準(zhǔn)的插件使用。

2.2 共享服務(wù)框架

Web服務(wù)（Web Services）是基于XML文檔進(jìn)行服務(wù)描述、服務(wù)請(qǐng)求和反饋結(jié)果，并可在Internet上通過HTTP協(xié)議進(jìn)行傳遞。它包含的主要協(xié)議：XML（可擴(kuò)展性標(biāo)記語言）、SOAP（簡單對(duì)象訪問協(xié)議）、WSDL（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)描述語言）、UDDI（統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成）等，并且該體系中包含三種角色：服務(wù)提供者負(fù)責(zé)發(fā)布自己的服務(wù)并對(duì)使用服務(wù)者響應(yīng)；服務(wù)代理對(duì)服務(wù)提供者服務(wù)進(jìn)行注冊，并負(fù)責(zé)提供搜索、分類服務(wù)功能，服務(wù)需求者查詢；服務(wù)需求者利用服務(wù)中心或者直接請(qǐng)求服務(wù)提供者的服務(wù)，與自己業(yè)務(wù)邏輯融合并完成工作。

針對(duì)三維模型共享服務(wù)來說，因?yàn)閃eb瀏覽器并不直接支持三維模型的顯示，必須安裝X3D插件來解決問題，如Bitmanagement公司的BS contact Geo組件。根據(jù)軟件工程中的業(yè)務(wù)邏輯，共享框架設(shè)計(jì)為三層框架[2]，如圖1。

圖1 三維共享服務(wù)框架

客戶層：主要完成三維空間數(shù)據(jù)的渲染以及動(dòng)態(tài)交互功能，必須支持X3D的瀏覽器以及其它支持X3D的客戶端應(yīng)用。

服務(wù)層：服務(wù)代理將現(xiàn)有的二維GIS服務(wù)以及三維GIS服務(wù)進(jìn)行發(fā)布和管理。客戶層一方面可以從服務(wù)代理處查找并使用服務(wù)，另一方面，也可直接尋求服務(wù)提供者服務(wù)并集成，包括二維GIS服務(wù)，同時(shí)也包括場景服務(wù)、地形服務(wù)等三維GIS服務(wù)。用戶不需關(guān)心功能服務(wù)是如何實(shí)現(xiàn)，只需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)用接口，即可得到響應(yīng)結(jié)果。功能接口的實(shí)現(xiàn)則完全對(duì)用戶不透明。服務(wù)層主要是建立客戶層與共享服務(wù)及數(shù)據(jù)層的聯(lián)系。

數(shù)據(jù)層：除基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫以外.還需要設(shè)置三維地形數(shù)據(jù)庫、基本紋理數(shù)據(jù)庫等。三維數(shù)據(jù)庫一般采用XML／X3D文件存儲(chǔ)。

3 三維規(guī)劃應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建與需求

3.1 三維規(guī)劃應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)服務(wù)

城市規(guī)劃是對(duì)一定時(shí)期內(nèi)城市的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展、土地利用、空間布局等的具體安排和實(shí)施管理。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的發(fā)展，各種三維圖形技術(shù)被應(yīng)用到規(guī)劃中，因其較二維圖形顯得更加直觀而在某些場合顯得更加具有說服力，如建筑物高度及對(duì)周圍環(huán)境的影響[3]。但是，城市規(guī)劃管理輔助系統(tǒng)應(yīng)該具有哪些主要功能呢？該問題將對(duì)三維規(guī)劃應(yīng)用服務(wù)的開發(fā)具有指導(dǎo)性意義。一般來講，主要包括功能如下：

（1）規(guī)劃方案展示。系統(tǒng)支持矢量數(shù)據(jù)的導(dǎo)入控制，可將完成的規(guī)劃建設(shè)方案通過系統(tǒng)進(jìn)行展示，并完成多角度瀏覽察看。

（2）規(guī)劃方案比選。系統(tǒng)提供對(duì)X3D三維模型文件實(shí)時(shí)導(dǎo)入控制。對(duì)同一位置多個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，選擇與環(huán)境最協(xié)調(diào)、最符合規(guī)劃要求方案。

（3）規(guī)劃地塊查詢定位。系統(tǒng)提供通過數(shù)據(jù)屬性查詢定位或圖查屬性功能。在三維場景中可查看規(guī)劃地塊的信息，如面積、規(guī)劃用地性質(zhì)、容積率、綠化率等，還可將規(guī)劃方案中的給排水、電通氣專題規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)容在系統(tǒng)中展示。

（4）規(guī)劃屬性編輯。系統(tǒng)提供通過屬性或空間對(duì)象查詢，獲得空間地理對(duì)象的屬性數(shù)據(jù)后，對(duì)所選對(duì)象屬性進(jìn)行修改。

（5）建設(shè)管理輔助決策。系統(tǒng)針對(duì)重大工程現(xiàn)場管理提供接口，支持采用視頻接入方法，對(duì)管理現(xiàn)場進(jìn)度及相關(guān)情況進(jìn)行監(jiān)督等。

（6）其它。城市規(guī)劃中比較關(guān)注的問題，如日照分析、天際線分析等。

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行配套設(shè)施

建立精細(xì)化的三維地理信息系統(tǒng)共享平臺(tái)，最終以面向多部門服務(wù)為目的，不是系統(tǒng)建設(shè)完成即代表成功，必須與現(xiàn)代測繪和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域新技術(shù)緊密結(jié)合，并具有保持系統(tǒng)長期運(yùn)行穩(wěn)定、可靠的配套設(shè)施。

三維模型生產(chǎn)機(jī)制研究。實(shí)際上，很多三維生產(chǎn)部門的模型制作流程仍舊以1∶500圖為底，然后外業(yè)拍照采集模型紋理，最后在三維虛擬軟件Creator、3DMax、Maya等手工制作完成，生產(chǎn)過程繁瑣復(fù)雜、效益低下。而建立低成本的數(shù)據(jù)生產(chǎn)工藝，是規(guī)劃建設(shè)部門非常關(guān)注的重點(diǎn)之一。目前針對(duì)快速三維模型生產(chǎn)機(jī)制研究已有很多很好的探索經(jīng)驗(yàn)，如引進(jìn)全數(shù)字?jǐn)z影測量方法，利用立體相對(duì)測圖技術(shù)，將復(fù)雜的模型制作進(jìn)行環(huán)節(jié)分解、分批處理，逐漸形成立體測圖、模型分級(jí)、貼圖處理和模型合成流水線處理，大幅度提高生產(chǎn)效率。該方法已經(jīng)在蘇州市實(shí)地應(yīng)用[4]。

三維模型更新機(jī)制建立。三維模型數(shù)據(jù)庫建立完成后，必須實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新維護(hù)，否則就是一個(gè)“死庫”，毫無實(shí)際用途，解決數(shù)據(jù)維護(hù)更新問題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)長期動(dòng)態(tài)更新顯得非常有必要。一般來講，數(shù)據(jù)更新采取與業(yè)務(wù)流程管理相結(jié)合的方式比較可靠，如國土房管系統(tǒng)將宗地屬性變更納入證件審批流程。因此，三維模型更新機(jī)制可參照地形圖竣工測量方式，要求在竣工測量時(shí)同時(shí)更新所在區(qū)域的三維建筑模型，同樣，這也使得審批規(guī)劃方案時(shí)能及時(shí)使用最新的三維現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，形成良性循環(huán)，促進(jìn)動(dòng)態(tài)更新完善。

緊密合作、共建共享機(jī)制梳理。為達(dá)到面向多部門服務(wù)目的，充分體現(xiàn)“一次建設(shè)，多方使用”應(yīng)用需求，必須與各業(yè)務(wù)單位保持緊密合作，共建共享，以網(wǎng)絡(luò)在線共享的方式，共同推動(dòng)三維場景服務(wù)的多元化和實(shí)用化，這也與國家測繪局目前提倡的“地理信息公共服務(wù)平臺(tái)”建設(shè)精神相契合。同時(shí)針對(duì)底層的三維場景規(guī)范化管理、海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和并發(fā)控制，以及開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)服務(wù)接口等基礎(chǔ)底層工作也是非常重要的，是推動(dòng)面向服務(wù)三維地理信息系統(tǒng)共享服務(wù)的根本所在。

4 結(jié)語

國家測繪局預(yù)計(jì)在2015年完成全國地級(jí)城市的數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)，面向服務(wù)的數(shù)據(jù)共建共享已變成研究熱點(diǎn)之一[5]，而三維模型作為重要的地理信息表達(dá)方式，探索其服務(wù)共享機(jī)制是非常有意義的。本文借助Web Services技術(shù)探索了面向服務(wù)的三維地理信息服務(wù)集成體系框架，并對(duì)規(guī)劃應(yīng)用必要功能和配套措施進(jìn)行了初步探討，將對(duì)數(shù)字城市的快速推進(jìn)起到積極推動(dòng)作用。

[1]吳飛，知凡.三維地理信息共享服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用[J].地理空間信息，2009，(05):121-124.

[2]王威，吳升.基于Web Services的三維GIS框架研究[J].福建電腦.2008，(03):11-12.

[3]劉桂生，李明，劉玉祥，等.城市三維快速建模及瀏覽的研究與實(shí)現(xiàn)[J].黑龍江水專學(xué)報(bào)，2009，(06):110-112.

[4]素新.建立面向服務(wù)的蘇州市三維地理信息系統(tǒng)[J].信息化，2009，(06):50-51.

[5]韓建光.數(shù)字城市加速跑，地理信息共享迎新[DB/OL]. http://digi.it.sohu.com.

責(zé)任編輯：余詠梅

Construction of Service-Oriented 3D GIS for Urban Planning Application

or:This paper，by exploring the framework of service-oriented three-dimensional geographic information system，in which web services technology was adopted，discusses the essential functions and supporting measures for Urban Planning Application

SOA，3DGIS，Web Services，urban planning

TU984.1

：A

：1671-9107（2010）10-0014-02

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.10.014

2010-6-11

徐占華(1981-)，男，武漢大學(xué)地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)碩士畢業(yè)，重慶市勘測院工程師。