基于3D GIS的鐵路房地產信息管理系統研究與開發

寧新穩

（1.鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251；2.西南交通大學 地球科學與環境工程學院，成都 611756）

基于3D GIS的鐵路房地產信息管理系統研究與開發

寧新穩1,2

（1.鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251；2.西南交通大學 地球科學與環境工程學院，成都 611756）

以鐵路線路周邊區域的地理空間數據為基礎，集成鐵路基礎設施、構筑物、房地產等三維模型數據，并收集線路信息、房屋信息、土地信息等相關資料，建立房地產信息數據庫，開發相關業務功能，滿足三維可視化界面下的場景瀏覽定位、房產信息查詢、三維空間分析、日常更新維護等需求，實現鐵路房地產信息的三維可視化管理。

3D GIS；鐵路房地產信息管理；三維可視化；三維空間分析

隨著我國高速鐵路和城市軌道交通建設的不斷加快，鐵路房地產業作為鐵路多元經營的支柱型產業，也獲得了蓬勃發展，不論是房地產數量還是質量都在大幅提升。由于我國鐵路房地產開發與管理手段、技術落后，存在資源浪費嚴重、房屋空置率高、管理效率低等問題。如何加強對鐵路房地產的管理，充分發揮房地產經營性資源的效能，確保房建設備資產的保值增值，是鐵路房地產管理部門亟需探索、解決的問題[1-2]。

目前，BIM技術飛速發展，基于BIM全生命周期的建筑管理模式日趨完善，但是鐵路房地產與一般BIM模型不同，體現在其與地形結合緊密，用地范圍呈帶狀、線路里程長等特點，現有的BIM軟件并不適合對鐵路房產進行統一管理[3]。3D GIS技術作為一種存儲、管理、處理與分析海量三維地理數據的通用技術，非常適合于大范圍、大場景、干線鐵路基礎設施、構筑物、線路周邊房地產等相關信息的綜合管理。因此，利用3D GIS技術建立一套穩定、高效、實用的鐵路房地產管理系統，可實現房地產信息的三維可視化顯示、綜合查詢分析，并提供高效的輔助決策與管理功能。

1 鐵路房地產信息管理系統關鍵技術

三維地理信息系統（3D GIS），是將地理信息系統（GIS）技術和虛擬現實（VR）技術相結合的技術，它將GIS的空間查詢、分析和決策功能與VR逼真的三維可視化功能有機地結合在一起，增強了GIS 系統的可視化效果和三維空間分析能力，是進行全方位、多層次、多要素時空分析的基礎。三維空間信息獲取、真三維空間數據模型、三維空間數據管理與分析、三維空間數據顯示與可視化表達等是3D GIS的關鍵技術與研究熱點。

隨著圖形學理論、地理學、空間數據庫技術以及計算機虛擬現實技術的飛速發展，3D GIS的功能正日趨強大，應用領域也在不斷擴展。現有的3D GIS系統具有范圍大、海量、多源（包括 DEM、DOM、DLG、三維模型等）數據一體化管理和快速三維實時漫游功能，支持三維空間查詢、分析和運算，并已在國防、石油石化、鐵路、電力、國土測繪、數字海洋、安全應急、林業、地礦等領域廣泛應用[4-6]。

在鐵路房地產開發與管理方面，3D GIS比2D GIS能夠更好地滿足用戶需求。它能更加形象、直觀地展示線路周圍的地形地貌，鐵路線路與房產的相對關系，能夠直觀表達房屋結構、分布特征，能夠進行地下管線的規劃與分析，能夠進行房屋日照分析、視域分析等。3D GIS技術以其強大的地理空間數據處理能力和空間分析方法，為鐵路房地產管理信息系統的開發提供有力技術支持。

2 3D GIS在鐵路房地產信息管理中的應用研究

（1）基于3D GIS的鐵路房地產信息管理系統是依托航測遙感、三維建模、虛擬現實、GIS數據集成等技術，建立鐵路線路周邊區域精細的三維可視化地理場景，并集成鐵路基礎設施、構筑物、房地產等三維模型數據，為鐵路房地產信息管理提供三維可視化基礎平臺；

（2）基于該平臺，收集線路信息、房屋信息、土地信息等相關資料，建立房地產信息基礎數據庫，并開發相關業務功能，滿足三維可視化界面下的場景瀏覽定位、房產信息查詢、三維空間分析、日常更新維護等需求，實現房地產信息的三維可視化管理。

2.1 三維基礎平臺建立

三維基礎平臺搭建主要包括基礎地理數據的快速采集與獲取、三維場景的無縫集成、高精度三維模型建立以及多源數據的融合管理等。根據鐵路線路呈帶狀、線路長、地形復雜、精度要求高的特點，基礎地理數據采集可采用不同手段。線路兩側約一公里范圍內可采用機載激光雷達或數據航攝儀獲取高精度影像和高程數據，影像分辨率一般為0.2m左右，點云密度為0.5m左右，線路重點區域范圍外的場景可采用分辨率較低的衛星影像數據，如TM影像、Google影像等。

采集的點云數據需進行分類和濾波處理，生成數字高程模型（DEM），影像數據進行正射糾正生成正射影像圖（DOM）。由于線路呈帶狀分布，數據投影變形嚴重，必須考慮重力場模型和多種坐標系的分帶投影轉換。影像數據還需經過勻光、調色處理，保證不同影像之間色調基本一致，然后將DEM和DOM數據進行疊加渲染生成三維地表模型。

鐵路基礎設施（路、橋、隧等）、房屋等地物模型可以采用3DMax、Maya等三維建模軟件進行手工或參數化建模，也可以采用近景攝影測量或地面激光掃描等方法進行三維地物模型的自動構建，對于已建立BIM模型的重要物體，經過輕量化處理后加載到三維平臺中進行管理。

三維基礎平臺建立的技術流程如圖1所示。

圖1 技術流程圖

2.2 鐵路房地產管理數據庫建立

鐵路房地產管理數據庫由空間數據庫和屬性數據庫組成。空間數據庫主要用于存儲房屋平面圖、鐵路線位、工點、道路等矢量數據。屬性數據庫用于存儲土地信息、房產信息、線路信息以及站臺、涵洞、圍墻、柵欄等構筑物信息。房產信息包括房屋數量、面積、建筑結構、用途、主管單位等，土地信息包括土地位置、用途、質量、權屬等，線路信息包括線路名稱、工點名稱、里程位置等。空間數據庫通過建立空間索引，實現空間數據的快速存儲、查詢、編輯、顯示與分析。通過建立屬性數據庫與三維場景中各類要素的關聯關系，實現各要素屬性數據的查詢與顯示。鐵路房地產管理數據庫結構如圖2所示。

圖2 數據庫結構圖

2.3 系統架構設計

系統設計充分考慮系統的實用性、穩定性、安全性、交互性和執行效率等，按照“分層設計、模塊構建”的思想，整個系統框架由數據層、服務層和應用層組成，如圖3所示。

圖3 系統結構圖

（1）數據層：包括空間數據（三維場景、模型、矢量等）和屬性數據（房屋屬性、地籍資料、線路信息、文件檔案等），可分布式存儲于服務器上，統一管理與維護；

（2）服務層：提供3D GIS服務，通過網絡，在線實時發布三維地形數據和矢量數據，將三維地圖影像數據和矢量數據以流方式傳輸到客戶端應用程序；

（3）應用層：在三維平臺基礎上，實現鐵路房地產信息管理系統的具體應用，如鐵路房地產信息查詢與管理、房地產開發模擬、三維空間分析（最優路徑、緩沖區分析、日照分析、視域分析等）、數據更新維護、系統管理等。

2.4 系統主要功能設計

（1）三維場景顯示與操作：通過訪問、接收服務器端實時發布的三維地理數據，進行三維顯示，實現無縫、多視角三維場景瀏覽、縮放、漫游等功能。

（2）鐵路房產查詢與管理：通過建立房地產信息模型，在三維平臺上不僅可以直觀的查看房產布局、房屋形狀結構、房產與線路的位置關系等，還可以直接查看房產的相關屬性信息，對房屋屬性臺賬進行管理，如房屋的平面設計圖、施工圖、產權證、用途、主管單位等。利用三維平臺的統計分析功能，可以對房產進行空間和屬性查詢，如可以查詢某個里程范圍內所有的房產信息，對房產進行面積統計、價值估算等。

（3）房地產開發模擬：充分利用3D GIS平臺多源數據集成的優勢，綜合高精度的三維場景信息、鐵路線路信息、線路周邊矢量地形圖信息等，進行房地產開發模擬分析，保障房地產設計的科學性和合理性。

（4）三維空間分析：包括最優路徑、緩沖區分析、日照分析、視域分析等。如用戶以某信號塔建立一個緩沖區，分析信號輻射范圍，通過視域分析，可以直觀顯示出哪些區域是信號盲點，也可以查詢到信號塔的最短路徑，在地圖上顯示出來。通過日照分析，模擬房屋在不同時刻的光照情況，進行采光分析。

（5）數據更新維護：主要是對房產屬性信息進行更新和維護，如房產功能變化、產權變化、維修信息等。

（6）系統管理：對用戶權限進行控制，保障系統數據安全。

2.5 應用實例

以某高速鐵路房地產信息管理為例，采用TerraGate在服務器端在線發布基礎地形服務，基于Skyline提供的COM組件實現三維場景渲染、三維模型加載、三維空間分析和量測等功能，利用Oracle 和ArcSDE對相關的屬性數據和空間數據進行存儲和管理，開發相關業務功能，建立鐵路房地產信息管理系統，系統主界面如圖4所示。

Railway Real Estate Information Management System based on 3D GIS

文作NING Xinwen1,2

( 1.The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation，Tianjin 300251, China ; 2. School of Geosciences and Environmental Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China )

The Railway Real Estate Information Management System was based on the geospatial data of railway line with surrounding area, and integrated three-dimensional model data such as railway infrastructure, buildings, and real estate, established real estate information database through collecting railway line information, building information, land information. The related business functions were developed to meet the needs of three-dimensional scene browsing and location, real estate information inquiry, three-dimensional spatial analysis, daily renewal and maintenance, and implement three-dimensional visualization management of railway real estate information.

3D GIS; railway real estate information management; three-dimensional visualization; three-dimensional spatial analysis

F530.32∶TP39

A

1005-8451（2016）12-0001-04

2016-04-18

中國鐵路總公司科研項目（2015X003-H）。

寧新穩 ，工程師。