基于GIS的三維數字校園系統

摘 要：隨著數字化技術的不斷深入與發展，各行業都開始建立自己的數字化平臺，“數字校園”已成為數字化建設的一個縮影。但是現有的數字化校園還存在著很多問題，比如：“信息孤島”嚴重，資源共享率較低；互動性差，缺乏友好而又美觀的瀏覽界面；沒有空間分析功能，缺乏對校園發展預測、規劃決策和科學管理的有效支持等。本文以華北水利水電學院三維數字校園系統（3D DCS）的設計與實現為例，研究了三維校園地理信息系統與校園數字資源整合，并應用于網絡瀏覽的關鍵技術與問題。

關鍵詞：GIS；三維；系統；

文章編號：1674-3520（2015）-12-00-01

一、系統設計

（一）硬件配置。由于系統數據庫結構復雜，數據量大，3DGIS所表達的對象都具有空間杼陸，完成的系統還要進行網絡發布，因此我們配置的基礎硬件有：小型服務器兩臺，圖形工作站兩臺，大幅面掃描儀，全站儀，高分辨率數碼相機等。

（二）軟件配置。開發使用操作系統為Windows 2000 Professionalo核心軟件為ESRI公司的ArcGIS系歹！I。輔助軟件有：南方CASS成圖系統，Photoshop，Visual Basic等。

（三）設計原則。為了使系統的設計標準化，提高工作效率，系統設計應遵循以下一些基本設計原則：1、致性：界面設計應簡單一致、靈活清晰。2、標準性：數據格式的標準性，引用規范的標準性。3、可靠性：系統、數據庫的功能和數據要求可靠與準確。4、擴展性：為系統升級、功能擴充、數據庫更新做準備。5、安全性：系統登陸應根據用戶權限使用用戶名和密碼。

（四）結構設計。華北水利水電學院三維數字校園系統由數據庫管理系統MySQL、系統平臺3DGIS、網絡發布webGIS三部分組成。數據庫管理系統選用MySQL，其中包括GIS數據庫和校園信息數據庫，采用SQL形式進行數據庫的查詢、更新和維護。系統平臺的建設基于ArcGIS的基本功能，特殊功能由

ArcEngine結合VB進行二次開發。WebGIS系統采用ArclMS解決方案，用ArcXML或Java進行ArcGIS Server的開發。

二、GIS數據庫

數據庫是系統工作的血液，是一個系統的重要組成部分。GIS數據庫包括空間數據庫和屬性數據庫，它們又包括不同類型的分庫。

圖形數據庫包括：校園地形圖庫、校園平面圖庫、建筑平面圖庫、管線分布圖庫。除以上基本圖形庫外，也可根據校園具體情況建立其它圖形庫。

以上圖形數據獲取有兩種形武，一種通過學校關部門取得相應平面圖，然后用數字化儀數字化獲得；一種運用全站儀進行實地測量，然后用CASS軟件處理獲得。

屬性數據庫包括：屬性、圖片屬性、聲音、影像屬性等。屬性數據庫的建立可以在創建建筑物模型時進行，也可以在模型建立后統一。集輸入等多種形式，然后根據關鍵字與模型庫自幼關聯。

紋理數據庫：它可以通過分辨率較高的衛星照片、航測照片正射影像獲得，也可以通過高分辨率的數碼相機照片獲得。本系統采用數碼相機照片建立紋理數據庫。

三、三維建模

（一）三維地形模型。首先，選擇1：500校園地形圖利用數字他儀轉換成矢量模形，去多余線、點、文字、符號等。然后利用ArcMAP軟件對修改好的等線形文件進行編輯，生成TIN文件。為了較好的反映校園的地貌特征，可以用高清校園正射影像為DEM紋理。

（二）三維建筑模型。利用ArcGIS中豐富的三維建模功能，根據獲取的建筑物表面圖形數攝和高程數據可以容易的對規則建筑物建立三維模型。建筑分割成若干規則建筑，然后分別建模，再進行無縫拼接。三維模型建立以后，從紋理庫中選擇對應的紋理貼到建筑物表面，獲得真實的三維模型。

四、數字資源整合

現在學校的數字資源已經相當豐富，但是存在分布散亂、數據孤立、操作復雜等問題。三維數字校園的建設就是要基于三維界面整合孤立分散的資源，提高資源的共享和利用效率。數字資源的整合有多種方案，結合學校自身特點，現選用兩種方案相結合：第一種是系統集成方案，整合各門分散的系統。第二種是超級鏈接方案，間接整合異構系統。

數字資源整合方案一個重要問題就是數據庫建設。為了最大限度保留現有系統、節約成本，我們提出了共享中心數據庫。共享中心數據庫是一個包含了大量共享數據和各種配套服務工具的數據集成平臺，是整合現有校園資源的核心，也是實現三維數字校園的關鍵之一。

五、系統功能實現

將三維建筑模型（DEM）圖層與三維地形模型（DOM）圖層進行定位疊加，建立三維校園模型。向三維校園模型添加樹木、垃圾箱等一些特殊模型，使之更加豐富與完善。然后定義各三維對象的相關屬性，選擇屬性庫中對應的屬性數據與之關聯。用3DGIS平面上的ArcEngine和VB結合開發三維數字校園系統的功能，使之與共享中心數據庫關聯，并建立三維數字校園系統與獨立系統的超級鏈接。

此系統可實現的功能如下：

三維漫游：用戶可以在虛擬空聞里游覽三維校園。

空間分析：為規劃決策和科學管理攝供有效的支持。

辦公自動化：為用戶提供方便快捷的自動化辦公服務。

校園資源查詢：通過共享中心數據庫查詢需要的信息。

專題集成應用：通過三維數字校園系統預留接口與專題

通過對校園信息技術的研究，本文提出了一種新的校園信息他平臺——三維數字校園系統。三維數字校園系統在傳統校園基礎上構建了一個數字空間，拓展現實校園時間和空間維度，提升傳統校園教育管理效率，實現了教育資源的最佳配置。同時本系統還存在著一些不足，在系統的網絡發布上面還存在不足，數據庫系統的解決方案不能適應大用戶的要求。這些問題與不足還有待進一步研究改善。

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