杜維 周海鵬 劉碩

摘 ? 要：與傳統(tǒng)二維GIS相比，三維GIS具有強(qiáng)大的空間分析能力，能夠直觀、真實(shí)、可視化地展示空間數(shù)據(jù)信息能力;其中，三維立體、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)交互方向的三維GIS已經(jīng)逐漸成為GIS領(lǐng)域最為重要的發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)。本文根據(jù)系統(tǒng)用戶的需求設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)的框架界面、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)以及功能做明確而又詳細(xì)的設(shè)計(jì)，并探討了系統(tǒng)發(fā)布的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：WEB ?三維 ?GIS系統(tǒng) ?設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：P208 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）07（c）-0103-02

Skyline軟件是利用航空影像、衛(wèi)星數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型和其他的 2D 或 3D 信息源，包括 GIS 數(shù)據(jù)集層等創(chuàng)建的一個(gè)交互式環(huán)境。它允許用戶快速地融合數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)庫(kù)，并且有效地支持大型數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)信息流通信技術(shù)，此系統(tǒng)還能夠快速和實(shí)時(shí)地展現(xiàn)給用戶 3D 地理空間影像。Skyline 是獨(dú)立于硬件之外、多平臺(tái)、多功能的一套軟件系統(tǒng)。

Web三維GIS指的是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，三維建模技術(shù)及三維可視化技術(shù)構(gòu)建在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下真實(shí)的、動(dòng)態(tài)的、不同高程的仿真三維地理環(huán)境，用戶可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)所需區(qū)域內(nèi)進(jìn)行三維操作與瀏覽，綜合管理及分析決策，實(shí)現(xiàn)真正意義上開(kāi)放式的地理信息共享。Web三維地理信息系統(tǒng)的環(huán)境搭建是在B/S架構(gòu)上，這里的B/S架構(gòu)指的是Browser/Server（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也是對(duì)C/S結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進(jìn)。

1 ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)用戶需求和項(xiàng)目要求，設(shè)計(jì)Web三維地理信息系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)主要有三個(gè)，一是利用目前最為成熟Skyline建模方法和新興傾斜攝影建模技術(shù)構(gòu)建山區(qū)和城區(qū)的三維場(chǎng)景模型，對(duì)兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有場(chǎng)景進(jìn)行綜合建模，不同建模方式生成不一樣的三維場(chǎng)景，更好的為用戶服務(wù)。二是建立兩個(gè)區(qū)域簡(jiǎn)單的三維地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)，主要包括區(qū)域內(nèi)的地物及地形數(shù)據(jù)庫(kù)和模型屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。三是建立一個(gè)即具有網(wǎng)頁(yè)形式又帶有“數(shù)字城市”的三維地理信息系統(tǒng)，可以滿足使用者在系統(tǒng)中進(jìn)行三維導(dǎo)航操作、定制視角瀏覽、全景瀏覽、信息查詢和編輯等基本操作。還可以滿足管理者對(duì)工區(qū)內(nèi)的地物和地形進(jìn)行如量測(cè)操作、編輯與查詢、日照調(diào)節(jié)、坡度分析、地形分析等多種用途功能。

本系統(tǒng)主要是通過(guò)全自動(dòng)化建模軟件和相關(guān)商業(yè)軟件構(gòu)建精細(xì)三維建筑物模型和三維景觀模型，搭建一些相關(guān)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。在Internet環(huán)境下，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于Skyline的網(wǎng)絡(luò)的三維可視化和綜合多元化管理三維地理信息系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)模型屬性信息查詢、窗口瀏覽、量測(cè)分析、多元化管理、等基本功能，為用戶和管理者提供具有規(guī)劃設(shè)計(jì)和綜合管理的先進(jìn)性和可視化的服務(wù)平臺(tái)。

2 ? 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)的三層體系結(jié)構(gòu)三維地理信息系統(tǒng)，三層體系包含數(shù)據(jù)層、發(fā)布層和應(yīng)用層。在三層分布式的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，三維GIS建設(shè)開(kāi)發(fā)人員需要考慮海量空間三維數(shù)據(jù)的處理、Shp文件和三維地形數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布以及用戶所需多種功能實(shí)現(xiàn)。要充分集成數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、.NET技術(shù)、三維建模技術(shù)、WebGIS技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一套基于Skyline平臺(tái)下應(yīng)用于水利水電和城市規(guī)劃領(lǐng)域的Web三維地理信息系統(tǒng)。其中，展示三維場(chǎng)景在平面坐標(biāo)系下顯示，在球面坐標(biāo)系下顯示三維場(chǎng)景，并且需要在有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下才能顯示數(shù)據(jù)，兩系統(tǒng)之間形成鮮明對(duì)比;系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

3 ?系統(tǒng)框架界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框架界面主要有數(shù)據(jù)顯示界面和功能應(yīng)用界面，數(shù)據(jù)顯示界面要調(diào)用Skyline系列下的TerraExplorerPro提供一系列COM接口，包含三維場(chǎng)景窗體（ITE 3D Window），信息樹(shù)窗體（ITE Information Window）和三維導(dǎo)航圖（ITE Navigation Map）?？赏ㄟ^(guò)Javascript腳本語(yǔ)言來(lái)調(diào)用這三個(gè)接口，調(diào)用ITE3DWindow控件在網(wǎng)頁(yè)中來(lái)顯示三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)，ITEInformation Window控件來(lái)以信息樹(shù)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示和編輯。還可通過(guò)二維導(dǎo)航圖 （ITENavigation Map）接口調(diào)用，實(shí)現(xiàn)用戶所需的基本操作功能（如導(dǎo)航操作、顯示控制、空間量測(cè)等功能）的基礎(chǔ)上加入高級(jí)分析功能，更好的適應(yīng)各個(gè)不同行業(yè)的需求。

設(shè)計(jì)網(wǎng)頁(yè)時(shí)，可根據(jù)用戶需求選擇不同的網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)工具進(jìn)行主界面的美化。系統(tǒng)外觀主界面需設(shè)計(jì)一個(gè)漂亮而有直觀的主頁(yè)面，要與目前現(xiàn)有的網(wǎng)頁(yè)界面相搭配，一個(gè)直觀的網(wǎng)頁(yè)界面可以吸引用戶的眼球，給用戶一種賞心悅目令人舒服的感覺(jué)。可根據(jù)用戶的需求，為本系統(tǒng)的主界面添加主頁(yè)、編輯、編輯、瀏覽和管理五大界面按鈕，與普通網(wǎng)頁(yè)保持一致。

4 ?系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)是每個(gè)三維地理信息系統(tǒng)最重要的系統(tǒng)應(yīng)用性功能設(shè)計(jì)，用于滿足使用者對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用的各種需求，這也是本系統(tǒng)建設(shè)的目的和意義。本系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)的基本功能如下。

4.1 基本操作功能

（1）系統(tǒng)主要目的是用于參觀瀏覽實(shí)景面貌，為此系統(tǒng)要提供放大、縮小、平移、旋轉(zhuǎn)、全景等基本三維場(chǎng)景漫游功能，支持地上、步行、駕駛、飛行等模式的三維場(chǎng)景瀏覽。

（2）系統(tǒng)要具有點(diǎn)選、平視、俯視、快照、坐標(biāo)定位、導(dǎo)航、量算、創(chuàng)建視點(diǎn)、鍵盤操控等三維導(dǎo)航地圖操作基本功能。

（3）系統(tǒng)可進(jìn)行簡(jiǎn)單的基本操作，還可展示部分視角;系統(tǒng)還能進(jìn)行二/三維地圖聯(lián)動(dòng)，將二維系統(tǒng)和三維系統(tǒng)集成在一起，而且二維地圖支持放大、縮小、自由縮放、左移、右移、上移、下移、全幅、測(cè)量等功能。

4.2 系統(tǒng)應(yīng)用功能

（1）系統(tǒng)具有模型查詢、道路查詢、建筑物查詢、地塊查詢、屬性查詢等查詢功能，可以進(jìn)行光線亮暗的調(diào)節(jié)、坡度分析、路徑分析、地形分析等與規(guī)劃行業(yè)緊密聯(lián)系的空間分析。

（2）系統(tǒng)可以根據(jù)不同權(quán)限的用戶進(jìn)行圖層控制和管理，能在三維地圖上疊加規(guī)劃專題圖層并進(jìn)行城市地下管線的瀏覽，還提供規(guī)劃信息發(fā)布功能，為區(qū)域規(guī)劃、管理、分析決策服務(wù)。除此之外，系統(tǒng)還需提供接口或者方法能整合后期監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)和變形監(jiān)測(cè)三維仿真系統(tǒng)到一起。

另外，根據(jù)項(xiàng)目需求還要提供的詳細(xì)系統(tǒng)工具：①30秒或較短時(shí)間的全景漫游;②定制幾個(gè)常用的建筑物或其他需要的視角;③提供畫筆、測(cè)距等簡(jiǎn)單工具;④提供能夠方便瀏覽的工具;⑤給出坐標(biāo)、視角等信息、比例尺（參考GoogleEarth），并且有工具能與參數(shù)交互。

5 ?數(shù)據(jù)發(fā)布

5.1 數(shù)據(jù)發(fā)布的關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)所加載的文件是發(fā)布的三維場(chǎng)景工程文件（fly格式），而三維場(chǎng)景工程文件創(chuàng)建方式是在TerraExporerpro下通過(guò)將三維地形數(shù)據(jù)、3DML圖層、三維地物模型、二維矢量信息等整合起來(lái)形成三維真實(shí)的地形場(chǎng)景。在用戶網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)場(chǎng)景時(shí)，網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的三維場(chǎng)景工程文件中的數(shù)據(jù)一般應(yīng)該具有網(wǎng)絡(luò)地址（IP地址）的三維場(chǎng)景工程文件。

流技術(shù)（Streaming）簡(jiǎn)稱流機(jī)制，中心思路是首先將兩個(gè)區(qū)域完整的數(shù)據(jù)劃分為若干個(gè)數(shù)據(jù)塊，根據(jù)用戶通過(guò)向系統(tǒng)發(fā)布請(qǐng)求進(jìn)而向用戶發(fā)送所需數(shù)據(jù)塊過(guò)程。與傳統(tǒng)的三維場(chǎng)景加載機(jī)制有所不同的是，該機(jī)制在僅加載所見(jiàn)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)加載模型時(shí)按所見(jiàn)區(qū)域來(lái)對(duì)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)加載。同時(shí)Skyline利用流技術(shù)（Streaming）能有效的解決傳統(tǒng)的三維場(chǎng)景加載所有的數(shù)據(jù)時(shí)浪費(fèi)一些不必要的資源，使得三維場(chǎng)景加載時(shí)間過(guò)長(zhǎng)這一問(wèn)題。三維空間數(shù)據(jù)中的三維地形數(shù)據(jù)（MPT）和矢量數(shù)據(jù)（Shapefile格式）通過(guò)流技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，流技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸可以提高三維場(chǎng)景中數(shù)據(jù)的瀏覽速度。

5.2 數(shù)據(jù)發(fā)布流程

針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型分別提供不同網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)和發(fā)布方式，區(qū)域內(nèi)的三維地形文件和三維場(chǎng)景工程（fly）文件通過(guò)TerraGate和網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)器（IIS）方式發(fā)布，用戶可在網(wǎng)頁(yè)中調(diào)用TerraExplorer瀏覽器對(duì)三維場(chǎng)景工程進(jìn)行訪問(wèn)，實(shí)時(shí)瀏覽?；蛘呖稍赥erraExplorerpro客戶端軟件中直接加載發(fā)布的三維場(chǎng)景工程文件遠(yuǎn)程進(jìn)行訪問(wèn)。繼而實(shí)現(xiàn)了三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享。

6 ?結(jié)語(yǔ)

本文基于Skyline提供的開(kāi)發(fā)接口和控件設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)Web三維地理信息系統(tǒng)。此Web三維地理信息系統(tǒng)所加載的區(qū)域數(shù)據(jù)不同，采用不同的區(qū)域類型和建模方法，設(shè)計(jì)相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能。在同一個(gè)系統(tǒng)框架中運(yùn)行不同的場(chǎng)景數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶所需的多種功能。

參考文獻(xiàn)

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