應用WebGIS設計與實現二三維一體化系統

吳風華，張亞寧

(河北聯合大學礦業工程學院，河北唐山 063000)

應用WebGIS設計與實現二三維一體化系統

吳風華，張亞寧

(河北聯合大學礦業工程學院，河北唐山 063000)

以基于WebGIS的2016唐山市世界園藝博覽會網站建設為例，應用Super Map和3ds Mar軟件，探討二維地圖和三維模型相結合的網絡地理信息系統的開發方法及開發流程，分析系統制作二三維地形和場景及其他關鍵技術，實現了二三維一體化的系統。

WebGIS；二三維一體化；三維空間數據

一、引 言

隨著科技的進步和技術的發展，二維GIS技術也在不斷地趨于成熟，從最初的桌面GIS經歷組件GIS、WebGIS發展到當下的移動GIS，技術體系已經發展得非常成熟，而且應用于軍事、農業等各行各業[1]。同時，隨著全國數字城市建設的提出，二維GIS已不能滿足需求，三維GIS技術慢慢走入人們的生活，成為GIS技術發展的方向。三維GIS與二維GIS相比，它可以更好地呈現出空間關系，提供更多的信息，同時更加接近人的視覺習慣，地物顯示更加真實。

雖然三維GIS有著二維GIS無法比擬的優勢，但是三維GIS基礎軟件功能還不夠完善，如數據組織不夠完善、空間分析功能比較薄弱等，因此在相當長的時間內三維 GIS還是無法完全替代二維GIS[2]。在這種情況下，如何實現二維 GIS與三維GIS一體化，實現二維與三維之間的功能互補，便能最大限度地發揮系統功能。本系統擬使用Super-Map軟件結合3ds Max軟件設計并實現二三維一體化的唐山市2016年世界園藝博覽會的網站系統。

二、系統總體設計

1.系統總體框架設計

本系統的研究目的是建立一個二維GIS與三維GIS結合的城市網絡信息查詢系統。系統主要由地圖操作及空間分析查詢模塊、三維可視化模塊、信息共享模塊和系統管理模塊構成，其總體框架如圖1所示。

圖1 系統總體框架

二維地圖操作及空間分析模塊實現了地圖基本操作、空間分析功能及空間查詢定位功能，同時可以顯示景點、酒店、賓館的實景圖片及文字介紹；三維可視化模塊實現了衛星遙感影像圖與DEM數據的疊加顯示三維場景功能，使地物地貌更加逼真；信息共享模塊實現了世界園藝博覽會的活動公告、視頻觀看等功能，滿足用戶的信息需求；系統管理模塊實現了管理員管理用戶、更新發布最新信息、地圖圖層編輯功能，更加方便系統的管理。系統主界面如圖2所示。

2.系統架構的設計

根據總體框架的設計，綜合運用GIS、三維技術和數據庫技術，建立了多尺度、多數據源的空間信息庫和屬性信息庫，從而實現了基于WebGIS的信息管理和信息服務。系統采用B/S架構體系[3](如圖3所示)，在業務服務層中運行，空間數據庫和SQL數據庫通過業務服務層為用戶提供需求信息，同時以SuperMap iServer 6R軟件作為GIS開發平臺，通過GIS服務接口發布的Web服務實現了用戶客戶端的操作；用戶服務層是一個標準的Web瀏覽器，實現地圖瀏覽、信息查詢、三維場景漫游等功能。

圖2 系統主界面

圖3 B/S架構體系

三、系統實現的關鍵技術

開發本系統主要分為4個步驟：制作GIS數據、創建iServer服務、開發Web系統及發布Web系統。

1.制作GIS數據技術

(1)二維地圖制作及導入

由于超圖公司的超圖軟件在制作二維地圖方面已經很成熟，因此直接在桌面軟件中導入需要的二維GIS數據即可，同時也可根據需要進行地圖矢量化，獲得二維GIS數據。但是，為了保證二三維的一體化，在創建數據源時，應設置地理坐標系為WGS-84。

(2)三維模型制作及導入

1)三維地形圖制作。在本系統中，南湖公園是一個地形起伏明顯的區域，因此為了突出公園的地形，系統采用了衛星遙感數據和DEM數據結合的方法生成三維地形圖，逼真地顯示出景區的地形特點。

三維地形圖制作中，最關鍵的是獲取該地區的高程數據。傳統的獲取方法是使用測量儀器實地監測獲取，而本系統則是借助高程數據(DEM)下載助手軟件在Google Earth上獲取景區的高程數據。由于提取出來的高程數據地形起伏不明顯，需要在提取的高程中修改部分高程數據，使最終的地形效果更加明顯并符合實際。最終得到三維地形圖如圖4所示。

圖4 DEM影像

2)以往的三維模型制作只是在主流的二維GIS平臺中進行簡單的制作，三維效果差強人意。隨著GIS專業軟件的發展，專業軟件增加了三維模型導入功能，因此在本系統中使用了專業的三維制作軟件3ds Max制作三維模型。但值得注意的是，SuperMap Deskpro只能加載3DS格式，因此將三維模型保存為3DS格式導出，導出時應注意模型的坐標系應設置為WGS-84地理坐標系。

3)三維模型導入。目前研究的二三維一體化并沒有真正地實現，為了很好地解決這一問題，使二維數據和三維數據不再是分離的個體，本系統采用以下方法：將二維面數據集轉化為三維面數據集，并對轉化的三維面數據集添加對應的二維數據的屬性信息，使得二三維數據之間互通，實現數據的統一管理。同時，為了解決三維數據量大、運行緩慢的問題，系統將將3DS模型轉換為SGM模型進行加載，提高模型的加載速度和顯示效果，最終形成三維場景(如圖5所示)。

圖5 南湖公園三維場景

2.創建iServer服務技術

打開SuperMap iServer Manager服務管理工具，在此創建iServer服務。常規創建服務分為3個步驟：①創建服務提供者，主要是對某一類型數據進行GIS功能的處理，實現GIS功能的封裝與接口的統一；②設置服務接口，根據系統發布類型的需要創建了REST/JSP接口和REST接口類型；③創建服務組件，根據系統的需要，用戶可自行定義服務組件，也可選擇已存在的組件，如地圖服務組件、空間分析組件及三維服務組件等。最終完成配置，之后啟動iServer地圖服務。

3.開發Web系統技術

在系統的開發過程中，Visual Studio為系統的開發環境，iServer為地圖服務平臺，使用JavaScript腳本語言進行后臺代碼編寫，同時使用HTML和CSS語言對前臺進行頁面布局，使用 SQL Server 2008存儲數據。根據系統的數據需求創建數據表，如新聞數據、視頻數據等。

在開發過程中，需要注意的是要添加腳本庫的引用：

在添加引用的過程中應注意加載的順序。

之后在JavaScript腳本語言中通過map＝S｜create (SuperMap.Web.Mapping.Map，{}，null，null，S｜get (‘mapDiv’))添加地圖控件，實現地圖的加載，通過ASP.NET技術實現了對數據庫中數據的調用。

4.視頻播放實現技術

在網站設計與實現中，視頻播放技術是一個關鍵點。很多網站的視頻播放只局限于一種或幾種特定格式的視頻播放，而本系統通過在JavaScript腳本語言中的 flowplayer("player"，"shipin/flowplayer-3.2.12.swf")語句來調用視頻播放器，達到能播放各種格式視頻的效果；同時通過構造的SqlHelper類庫來實現調取數據庫的視頻數據。

四、結束語

本系統在SuperMap專業GIS軟件和3ds Max三維建模軟件的結合使用下，完成二三維地圖的制作，同時以SuperMap iServer作為地圖平臺，結合使用JavaScript腳本語言、ASP.NET等技術在Web上實現二維地圖操作、信息查詢與共享、數據管理和三維可視化功能，二三維GIS的結合為用戶提供了很好的查詢平臺和視覺效果。本系統只是初步具備了三維可視化效果，還沒有真正地做到在二三維中同時進行空間分析的一體化效果，很多方面都有待完善。

[1] 陳鵬，林鴻，張鵬程，等.二三維一體化在 Skyline與SuperMap6R中的實現對比[J].地理空間信息，2011，9(3)：65-68.

[2] 王燕.二三維一體化的WebGIS系統的研究與實現[J].現代測繪，2011，34(5)：46-47.

[3] 方志民.中山市3維地理信息服務平臺系統設計與實現[J].測繪與空間地理信息，2011，33(5)：81-82，85.

[4] 吳創奇.基于SuperMap的二三維一體化的WebGIS系統開發[J].科技創新導報，2011(21)：24-25.

[5] 陳鵬，林鴻，張鵬程，等.基于SuperMap 6R技術的二三維一體化研究[J].測繪，2011，34(2)：51-53.

[6] 陳祖剛，王金鑫，袁麗華.基于GIS的鄭州大學教室查詢系統的設計與實現[J].測繪與空間地理信息，2012，35(2)：57-60.

[7] 楊靜，楊德宏.基于SuperMap Deskpro.Net三維建模及二、三維一體化的應用研究[J].江西科學，2011，29 (2)：267-272.

System Design and Implementation of 2D＆3D Integration Based on WebGIS Technology

WU Fenghua，ZHANG Yaning

P208

B

0494-0911(2014)07-0125-03

2013-04-19

吳風華(1972—)，女，湖南寧鄉人，碩士，副教授，研究方向為地理信息系統技術理論研究與應用。

吳風華，張亞寧.應用WebGIS設計與實現二三維一體化系統[J].測繪通報，2014(7)：125-127.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014. 0243