斜視電子地圖生產輔助系統建設

金國建，王雪艷

(溫州市勘察測繪研究院，浙江溫州 325027)

1 引言

地圖用來描述空間關系的歷史悠久，其對空間關系的表達直觀、描述準確，給人類社會活動帶來了極大的便利，廣泛應用于政治、經濟、文化、軍事等領域。隨著現在科技的發展，地圖也從簡單的線條勾勒轉向多元化，不僅內容更翔實，表現方式也更豐富，斜視電子地圖就是新的表達方式之一。斜視電子地圖通過實景模擬的方式在地圖上展示空間地物實體，其美觀易用，具有更強的表現力和親和力。

斜視電子地圖是基礎地理信息技術、三維技術、圖像處理技術的交叉應用成果，生產工具獨立性強，涉及數據類型多樣，項目生產過程復雜，且效率低下。2011年溫州市勘察測繪研究院為了完成120 km2的斜視電子地圖數據生產任務，結合以往的生產經驗，開發了斜視電子地圖生產輔助系統(以下簡稱應用系統)，應用系統涵蓋數據生產的各個環節，有效地對整個流程及相關數據進行控制，內含自動化處理輔助工具，提高了生產效率。

2 業務流程簡介

斜視電子地圖有點類似于影像地圖，都是從一定的角度“拍攝”的圖像，但“拍攝”的對象不是實體地物而是三維模型，拍攝的方式也從光學感應變成了數字計算，不同的來源和方法促成了其特有的數據生產方式。斜視電子地圖需要先有三維模型，才能進行圖片輸出，三維模型需要根據地物的實際信息在計算機中創建。從地物信息獲取到最終的數據成果主要分為原始資料獲取，模型制作與渲染，后期加工三環節。為便于項目的實施，數據處理時以分區為單位，即將整個范圍分成多個小區域，各小區域的工作由多人同步進行。

原始資料包括建模需要用到的線劃數據，影像數據和照片數據等，完備的數據基礎是成果質量的基石。地物信息首先從現有的平面數據中獲取，再對數據不完備的地方進行補充。需要收集的數據涵蓋全部需要建模的地物，對不需建模的地物進行剔除，形成統一、可用的建模參考數據。照片數據很少有現成的資料可用，一般都需要重新拍攝。照片的拍攝同時也是一個實地數據驗證的過程，對于數據陳舊或錯誤的地方需要進行標記，待內業進行數據整理時進行補充。

建模的依據是前期收集的原始資料，線劃數據直接導入到三維建模軟件中使用，影像數據和照片數據則需要通過作業人員查看，然后在三維場景中重現。當線劃數據過于復雜時，作業人員還需要對其進行適當精簡。不同數據的精細度和類型不同，對地物的表達角度不同，甚至由于時間不同而出現不一致，這都需要進行仔細分析。

后期加工是將圖片處理成帶坐標的斜視地圖成果，并對主要地理名稱進行標注。模型建完后需要設定合適的燈光，渲染出比較美觀的斜視圖片。成果圖渲染完成后需要導入到地理信息系統軟件中，根據地物空間位置與斜視換算，形成精準坐標的斜視地圖，并在地理信息系統軟件中增加一些重要的名稱標記，以使地圖要素更完整。

3 相關軟件

數據生產需要用到的軟件主要有地理信息系統軟件和三維建模軟件，地理信息系統軟件使用的是超圖地理信息系統軟件，三維建模軟件使用的是Autodesk 3ds Max軟件。

超圖地理信息系統軟件(SuperMap，以下簡稱超圖軟件)是北京超圖軟件股份有限公司開發的地理信息工具軟件，斜視電子地圖數據生產中主要用于對基礎數據的處理，包括數據格式轉換、坐標系轉換、線劃數據修改、名稱標注以及基于空間平面的數據管理等。該軟件提供了較全面的二次開發接口，斜視電子地圖生產輔助系統通過系統集成的方式調用相關功能。

3ds Max在斜視電子地圖數據生產中主要用于模型的制作和斜視效果的渲染。該軟件也支持二次開發，但只支持以插件的形式供其自身調用。建模時用戶直接在3ds Max中操作，完成后導入應用系統。渲染時應用系統僅負責3ds Max啟動，3ds Max中相關插件負責數據的處理。

4 系統架構

數據生產過程中存在大量的費時操作，應用系統的總體上使用客戶機/服務器(C/S)架構，對數據的處理(輔助生產)部分操作放在客戶端，管理與控制通過Remoting的方式放在服務器端。部署上主要分三部分:數據庫，應用服務和客戶端，如圖1所示(箭頭表示訪問)。數據庫使用Oracle 10g，建立項目管理庫和空間數據庫兩個庫。項目管理庫存儲項目實施過程需要存儲的管理信息，空間數據庫由超圖軟件建立并由其訪問和管理。應用服務負責整個項目的管理，包含項目管理庫的訪問和多用戶的并發操作等，并在需要的時候啟動3ds Max軟件進行處理。客戶端負責與用戶交互和對空間數據的操作。

圖1 分層(部署)圖

業務流程考慮到變更的需要，使用插件設計，每個插件實現了共同的接口用以描述其功能。插件模塊中包含了模塊自描述、模塊功能實現、數據持久化和用戶交互界面，如圖2所示。模塊自描述用于應用程序調用時對模塊功能說明的獲取以及模塊身份的識別。數據持久化負責與外部存儲(包括數據庫)的連接，新建項目時的數據庫對象創建，功能執行時的數據讀取與存儲等。內部權限控制模塊內的權限要求，執行到相應狀態會自動的進行檢測，并與整個應用系統的權限控制模塊進行交互。用戶交互負責與用戶的信息交互，可以在主界面中顯示相應的交互對象，也可以創建獨立窗口進行交互。內部調用控制負責模塊的組織，協調整個模塊的運作。所有的插件放在插件目錄中，由系統啟動時自動搜索模塊并加載。

圖2 模塊內部結構及調用圖

系統需要用到的數據有空間數據，管理數據和設置數據，所有的數據都存儲在服務器端，用戶從任意客戶端登錄都使用統一的設置。空間數據存儲在空間數據庫中，其他數據存儲在項目管理庫中，分別由空間數據訪問輔助對象和項目數據訪問輔助對象進行訪問，所有操作都使用接口進行封裝，隔離數據源類型與操作方式對業務流程的影響，如圖3所示。

圖3 數據訪問的封裝

5 系統主要功能設計

5.1 基礎數據管理

基礎數據管理主要是對基礎數據的管理，基礎數據包括基礎地形圖，竣工測繪，放樣數據，影像數據，高程數據，注記數據以及建筑圖紙電子版等。這些數據轉換成項目要求的坐標系后導入到應用系統，作為原始數據。在正式使用前還需要將基礎地形圖結合其他數據，根據實地照片進行數據驗證，并進行必要的綜合，形成單一、完整、精簡的線劃參考數據，如圖4所示。

圖4 基礎數據處理

5.2 照片數據管理

照片數據管理包括照片數據采集需要的底圖打印，照片數據入庫。外業采集員根據分配的任務，選擇相應的區域并輸出，應用系統自動對數據進行裁剪，生成外業采集底圖(JPG格式)，如圖5所示。外業采集員根據外業采集地圖所示進行建筑紋理數據采集，采集完后將照片后導入應用系統，并在應用系統中對照片進行整理，圖6為照片整理界面。

圖5 外業采集底圖

圖6 照片整理界面

5.3 三維建模輔助

三維建模輔助包括建模參考數據導出，照片查詢和導出。建模通過3ds Max軟件進行，建模前根據區域導出相應的分區，然后導入到3ds Max中作為建模的數據參考。建模需要的照片數據，則直接在應用系統中查看，待需要對照片進行處理時再導出。

5.4 模型管理

模型管理包括模型的模型導入、模型瀏覽和模型刪除。模型導入是將模型導入到模型庫中，并建立空間位置索引，以方便數據的調度。模型瀏覽以列表的形式顯示，對不再需要的模型可以選中刪除。

5.5 斜視渲染

斜視渲染包括圖片的渲染，并允許圖片的導入和導出。渲染過程由應用程序啟動服務器端的3ds Max實現，3ds Max啟動后自動激發maxscript腳本進行渲染，應用程序通過查詢相關數據表和渲染成果圖片來確定當前進度，待渲染完成后自動導入數據庫，形成帶坐標的斜視圖片成果。渲染根據分區范圍有選擇地進行，如圖7所示。當斜視圖片需要手工修改時，可以單獨導出，進行修改后更新導入。

圖7 渲染流程

5.6 信息標注

信息標注是在地圖上增加一些標注信息，標注以矢量的形式存儲，以專題圖的形式顯示，如圖8所示。標注和成果圖的分離避免了一方的變化對另一方的影響，方便數據的使用和維護。

圖8 標注成果

5.7 項目管理

系統的使用通過權限進行控制，需要登錄方可使用?；诠ぷ髁鞒虒嘞薹譃轫椖拷浝恚瑪祿幚韱T，外業采集員，建模員，渲染員，標注員，質檢員7種權限。其中的項目經理負責項目的組織和進度控制、分區管理，數據處理員負責基礎數據準備以及數據的調整和補充，質檢員負責各環節的質量控制，其他權限分別對應相應的流程。當項目經理對用戶賦予一定角色，該用戶就具有該類權限，可以對其進行更具體的任務分配，并確定任務完成時間。當該用戶登錄時就會收到新的任務，當用戶超期未完成時項目經理會收到任務延期提醒。

6 數據存儲

數據分為空間數據庫和項目管理庫，空間數據庫使用超圖軟件的空間數據存儲形式，項目管理庫使用普通的關系型數據庫形式。建獨立的空間數據庫是為了適應超圖軟件需求，超圖軟件的空間數據存儲有其固有格式，故通過超圖控件訪問的空間數據都存儲在空間數據庫中，其他數據都存儲在項目管理庫中。

6.1 空間數據庫

存儲在空間數據庫中的數據主要有原始基礎數據，參考基礎數據，斜視圖片數據，分區數據，照片位置索引，模型位置索引，標注數據?？臻g數據以超圖的數據集形式組織，數據集類型可能是點、線、面、注記、復合數據、影像、屬性表等，有些數據由多個數據集組成，有些數據由單個數據集組成。

原始基礎數據:原始基礎數據由多個多種數據集組成，數據集名前綴為“Y_”。

參考基礎數據:參考基礎數據也由多個多種數據集組成，數據集名前綴為“C_”。

斜視圖片數據:斜視圖片數據由多個影像數據集(帶坐標的圖片)組成，數據集前綴為“X_”。

分區數據:分區數據是統一的一個面圖層，整個項目中只存在一個分區數據層，數據集名“FENQU”。

照片位置索引:照片的空間位置有多種記錄方式，由多個多種數據集組成，數據集名前綴為“ZPWZ_”。

模型位置索引:模型的空間位置以面數據集(矩形框)的方式記錄，只記錄其平面范圍，空間數據庫中只保留一套有效的模型成果，數據集名“MOXINGWEIZHI”。

標注數據:標注數據有多種多個數據集組成，數據集名前綴為“BZ_”。

6.2 項目管理庫

應用系統中用到的非空間數據庫都存儲在項目管理庫中。數據存儲在數據表中，數據的操作通過存儲過程進行。

原始基礎數據索引表:存儲所有的原始外部導入的空間數據基本信息，表名為“KJ_JICHU”。

參考數據索引表:存儲所有調整后的參考數據信息，未經過調整的數據不在該列表中，表名為“KJ_CANKAO”。

照片導入批次表:存儲所有導入的照片批次信息，每次導入都會在該表中添加一個批次項，表名為“ZP_PICI”。

照片列表:存儲所有的照片信息(包括照片的二進制表示和照片的屬性信息)，關聯相應照片導入批次，表名為“ZP_LIEBIAO”。

用戶表:存儲用戶相關信息，用戶名、密碼、權限等，表名為“YONGHUBIAO”。

渲染過程表:存儲斜視渲染過程中臨時記錄的信息，包括進度、斜視圖片信息等，表名為“LS_XUANRAN”。

任務表:存儲項目經理分配的任務信息，表名為“RENWUBIAO”。

設置表:存儲系統設置的相關信息，表名為“SHEZHI”。

7 結語

斜視電子底圖生產輔助系統是基于斜視數據生產實際開發的應用系統，應用系統的C/S交互上采用基于.NET的Remoting設計，便于開發和多用戶交互，便于生產協作，應用系統的生產流程使用插件設計，方便了應用系統的維護，減少了流程調整時的修改工作量。應用系統覆蓋了斜視數據生產的各主要環節，對數據生產效率的提高產生了相當大的作用。以往的數據都是散亂的，查找和使用都相當不便，通過應用系統的協助，數據變得有序，往往一鍵就能獲得需要的數據，生產效率更高。特別是對地物表面紋理照片的系統化管理，用數據庫的形式替代原來目錄存儲，極大方便了使用。形式化的操作直接做成處理模塊，直接一鍵就自動執行，避免了頻繁的人工干預。應用系統在斜視數據生產過程中的作用明顯，不僅提高了效率，而且有利于數據質量的控制。

［1］北京超圖地理信息技術有限公司.SuperMap Objects聯機幫助［R］.2008.

［2］Autodesk公司.Autodesk 3ds Max MAXScript Reference［R］，2009.

［3］張友生，王勇.系統架構設計師教程(第二版)［M］.北京:電子工業出版社，2009.

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［5］Microsoft公司.MSDN Library for Visual Studio 2008［R］.2008.

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