基于3D GIS的鐵路房地產(chǎn)信息管理系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)

寧新穩(wěn)

（1.鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251；2.西南交通大學(xué) 地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，成都 611756）

基于3D GIS的鐵路房地產(chǎn)信息管理系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)

寧新穩(wěn)1,2

（1.鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251；2.西南交通大學(xué) 地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，成都 611756）

以鐵路線路周邊區(qū)域的地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，集成鐵路基礎(chǔ)設(shè)施、構(gòu)筑物、房地產(chǎn)等三維模型數(shù)據(jù)，并收集線路信息、房屋信息、土地信息等相關(guān)資料，建立房地產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)相關(guān)業(yè)務(wù)功能，滿足三維可視化界面下的場(chǎng)景瀏覽定位、房產(chǎn)信息查詢、三維空間分析、日常更新維護(hù)等需求，實(shí)現(xiàn)鐵路房地產(chǎn)信息的三維可視化管理。

3D GIS；鐵路房地產(chǎn)信息管理；三維可視化；三維空間分析

隨著我國(guó)高速鐵路和城市軌道交通建設(shè)的不斷加快，鐵路房地產(chǎn)業(yè)作為鐵路多元經(jīng)營(yíng)的支柱型產(chǎn)業(yè)，也獲得了蓬勃發(fā)展，不論是房地產(chǎn)數(shù)量還是質(zhì)量都在大幅提升。由于我國(guó)鐵路房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)與管理手段、技術(shù)落后，存在資源浪費(fèi)嚴(yán)重、房屋空置率高、管理效率低等問(wèn)題。如何加強(qiáng)對(duì)鐵路房地產(chǎn)的管理，充分發(fā)揮房地產(chǎn)經(jīng)營(yíng)性資源的效能，確保房建設(shè)備資產(chǎn)的保值增值，是鐵路房地產(chǎn)管理部門亟需探索、解決的問(wèn)題[1-2]。

目前，BIM技術(shù)飛速發(fā)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(chǎn)與一般BIM模型不同，體現(xiàn)在其與地形結(jié)合緊密，用地范圍呈帶狀、線路里程長(zhǎng)等特點(diǎn)，現(xiàn)有的BIM軟件并不適合對(duì)鐵路房產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)一管理[3]。3D GIS技術(shù)作為一種存儲(chǔ)、管理、處理與分析海量三維地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)，非常適合于大范圍、大場(chǎng)景、干線鐵路基礎(chǔ)設(shè)施、構(gòu)筑物、線路周邊房地產(chǎn)等相關(guān)信息的綜合管理。因此，利用3D GIS技術(shù)建立一套穩(wěn)定、高效、實(shí)用的鐵路房地產(chǎn)管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)房地產(chǎn)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(chǎn)信息管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

三維地理信息系統(tǒng)（3D GIS），是將地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)，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(jī)地結(jié)合在一起，增強(qiáng)了GIS 系統(tǒng)的可視化效果和三維空間分析能力，是進(jìn)行全方位、多層次、多要素時(shí)空分析的基礎(chǔ)。三維空間信息獲取、真三維空間數(shù)據(jù)模型、三維空間數(shù)據(jù)管理與分析、三維空間數(shù)據(jù)顯示與可視化表達(dá)等是3D GIS的關(guān)鍵技術(shù)與研究熱點(diǎn)。

隨著圖形學(xué)理論、地理學(xué)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的飛速發(fā)展，3D GIS的功能正日趨強(qiáng)大，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展。現(xiàn)有的3D GIS系統(tǒng)具有范圍大、海量、多源（包括 DEM、DOM、DLG、三維模型等）數(shù)據(jù)一體化管理和快速三維實(shí)時(shí)漫游功能，支持三維空間查詢、分析和運(yùn)算，并已在國(guó)防、石油石化、鐵路、電力、國(guó)土測(cè)繪、數(shù)字海洋、安全應(yīng)急、林業(yè)、地礦等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[4-6]。

在鐵路房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)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(chǎn)的相對(duì)關(guān)系，能夠直觀表達(dá)房屋結(jié)構(gòu)、分布特征，能夠進(jìn)行地下管線的規(guī)劃與分析，能夠進(jìn)行房屋日照分析、視域分析等。3D GIS技術(shù)以其強(qiáng)大的地理空間數(shù)據(jù)處理能力和空間分析方法，為鐵路房地產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供有力技術(shù)支持。

2 3D GIS在鐵路房地產(chǎn)信息管理中的應(yīng)用研究

（1）基于3D GIS的鐵路房地產(chǎn)信息管理系統(tǒng)是依托航測(cè)遙感、三維建模、虛擬現(xiàn)實(shí)、GIS數(shù)據(jù)集成等技術(shù)，建立鐵路線路周邊區(qū)域精細(xì)的三維可視化地理場(chǎng)景，并集成鐵路基礎(chǔ)設(shè)施、構(gòu)筑物、房地產(chǎn)等三維模型數(shù)據(jù)，為鐵路房地產(chǎn)信息管理提供三維可視化基礎(chǔ)平臺(tái)；

（2）基于該平臺(tái)，收集線路信息、房屋信息、土地信息等相關(guān)資料，建立房地產(chǎn)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，并開(kāi)發(fā)相關(guān)業(yè)務(wù)功能，滿足三維可視化界面下的場(chǎng)景瀏覽定位、房產(chǎn)信息查詢、三維空間分析、日常更新維護(hù)等需求，實(shí)現(xiàn)房地產(chǎn)信息的三維可視化管理。

2.1 三維基礎(chǔ)平臺(tái)建立

三維基礎(chǔ)平臺(tái)搭建主要包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的快速采集與獲取、三維場(chǎng)景的無(wú)縫集成、高精度三維模型建立以及多源數(shù)據(jù)的融合管理等。根據(jù)鐵路線路呈帶狀、線路長(zhǎng)、地形復(fù)雜、精度要求高的特點(diǎn)，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)采集可采用不同手段。線路兩側(cè)約一公里范圍內(nèi)可采用機(jī)載激光雷達(dá)或數(shù)據(jù)航攝儀獲取高精度影像和高程數(shù)據(jù)，影像分辨率一般為0.2m左右，點(diǎn)云密度為0.5m左右，線路重點(diǎn)區(qū)域范圍外的場(chǎng)景可采用分辨率較低的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，如TM影像、Google影像等。

采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)需進(jìn)行分類和濾波處理，生成數(shù)字高程模型（DEM），影像數(shù)據(jù)進(jìn)行正射糾正生成正射影像圖（DOM）。由于線路呈帶狀分布，數(shù)據(jù)投影變形嚴(yán)重，必須考慮重力場(chǎng)模型和多種坐標(biāo)系的分帶投影轉(zhuǎn)換。影像數(shù)據(jù)還需經(jīng)過(guò)勻光、調(diào)色處理，保證不同影像之間色調(diào)基本一致，然后將DEM和DOM數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加渲染生成三維地表模型。

鐵路基礎(chǔ)設(shè)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(jìn)行手工或參數(shù)化建模，也可以采用近景攝影測(cè)量或地面激光掃描等方法進(jìn)行三維地物模型的自動(dòng)構(gòu)建，對(duì)于已建立BIM模型的重要物體，經(jīng)過(guò)輕量化處理后加載到三維平臺(tái)中進(jìn)行管理。

三維基礎(chǔ)平臺(tái)建立的技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 技術(shù)流程圖

2.2 鐵路房地產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫(kù)建立

鐵路房地產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫(kù)由空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)組成。空間數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于存儲(chǔ)房屋平面圖、鐵路線位、工點(diǎn)、道路等矢量數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)土地信息、房產(chǎn)信息、線路信息以及站臺(tái)、涵洞、圍墻、柵欄等構(gòu)筑物信息。房產(chǎn)信息包括房屋數(shù)量、面積、建筑結(jié)構(gòu)、用途、主管單位等，土地信息包括土地位置、用途、質(zhì)量、權(quán)屬等，線路信息包括線路名稱、工點(diǎn)名稱、里程位置等。空間數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)建立空間索引，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的快速存儲(chǔ)、查詢、編輯、顯示與分析。通過(guò)建立屬性數(shù)據(jù)庫(kù)與三維場(chǎng)景中各類要素的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)各要素屬性數(shù)據(jù)的查詢與顯示。鐵路房地產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮系統(tǒng)的實(shí)用性、穩(wěn)定性、安全性、交互性和執(zhí)行效率等，按照“分層設(shè)計(jì)、模塊構(gòu)建”的思想，整個(gè)系統(tǒng)框架由數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層組成，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）數(shù)據(jù)層：包括空間數(shù)據(jù)（三維場(chǎng)景、模型、矢量等）和屬性數(shù)據(jù)（房屋屬性、地籍資料、線路信息、文件檔案等），可分布式存儲(chǔ)于服務(wù)器上，統(tǒng)一管理與維護(hù)；

（2）服務(wù)層：提供3D GIS服務(wù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，在線實(shí)時(shí)發(fā)布三維地形數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)，將三維地圖影像數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)以流方式傳輸?shù)娇蛻舳藨?yīng)用程序；

（3）應(yīng)用層：在三維平臺(tái)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)鐵路房地產(chǎn)信息管理系統(tǒng)的具體應(yīng)用，如鐵路房地產(chǎn)信息查詢與管理、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)模擬、三維空間分析（最優(yōu)路徑、緩沖區(qū)分析、日照分析、視域分析等）、數(shù)據(jù)更新維護(hù)、系統(tǒng)管理等。

2.4 系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

（1）三維場(chǎng)景顯示與操作：通過(guò)訪問(wèn)、接收服務(wù)器端實(shí)時(shí)發(fā)布的三維地理數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維顯示，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫、多視角三維場(chǎng)景瀏覽、縮放、漫游等功能。

（2）鐵路房產(chǎn)查詢與管理：通過(guò)建立房地產(chǎn)信息模型，在三維平臺(tái)上不僅可以直觀的查看房產(chǎn)布局、房屋形狀結(jié)構(gòu)、房產(chǎn)與線路的位置關(guān)系等，還可以直接查看房產(chǎn)的相關(guān)屬性信息，對(duì)房屋屬性臺(tái)賬進(jìn)行管理，如房屋的平面設(shè)計(jì)圖、施工圖、產(chǎn)權(quán)證、用途、主管單位等。利用三維平臺(tái)的統(tǒng)計(jì)分析功能，可以對(duì)房產(chǎn)進(jìn)行空間和屬性查詢，如可以查詢某個(gè)里程范圍內(nèi)所有的房產(chǎn)信息，對(duì)房產(chǎn)進(jìn)行面積統(tǒng)計(jì)、價(jià)值估算等。

（3）房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)模擬：充分利用3D GIS平臺(tái)多源數(shù)據(jù)集成的優(yōu)勢(shì)，綜合高精度的三維場(chǎng)景信息、鐵路線路信息、線路周邊矢量地形圖信息等，進(jìn)行房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)模擬分析，保障房地產(chǎn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。

（4）三維空間分析：包括最優(yōu)路徑、緩沖區(qū)分析、日照分析、視域分析等。如用戶以某信號(hào)塔建立一個(gè)緩沖區(qū)，分析信號(hào)輻射范圍，通過(guò)視域分析，可以直觀顯示出哪些區(qū)域是信號(hào)盲點(diǎn)，也可以查詢到信號(hào)塔的最短路徑，在地圖上顯示出來(lái)。通過(guò)日照分析，模擬房屋在不同時(shí)刻的光照情況，進(jìn)行采光分析。

（5）數(shù)據(jù)更新維護(hù)：主要是對(duì)房產(chǎn)屬性信息進(jìn)行更新和維護(hù)，如房產(chǎn)功能變化、產(chǎn)權(quán)變化、維修信息等。

（6）系統(tǒng)管理：對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行控制，保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全。

2.5 應(yīng)用實(shí)例

以某高速鐵路房地產(chǎn)信息管理為例，采用TerraGate在服務(wù)器端在線發(fā)布基礎(chǔ)地形服務(wù)，基于Skyline提供的COM組件實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景渲染、三維模型加載、三維空間分析和量測(cè)等功能，利用Oracle 和ArcSDE對(duì)相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，開(kāi)發(fā)相關(guān)業(yè)務(wù)功能，建立鐵路房地產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，系統(tǒng)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(guó)鐵路總公司科研項(xiàng)目（2015X003-H）。

寧新穩(wěn) ，工程師。