西寧市三維城市共享平臺建設與應用

郭德福，張福存，陳興芳

(西寧市測繪院，青海 西寧 810001)

1 引 言

近年來，西寧市大力推動“智慧西寧”建設，圍繞“智慧民生，幸福西寧”，全力推進智慧城市各項工作。目前西寧市在建設自己綜合業務系統時也存在一些不足，比如數據無法共享、服務無法共享、表現形式不夠直觀、數據存放不規范等情況，無法挖掘和應用大數據價值，容易產生數據安全及資源浪費問題。因此，建立一個可視化程度高、現勢性強、共享安全的三維城市共享平臺勢在必行。

2 系統設計

2.1 實現目標

該平臺實現以下目標：建立完善的基礎地理空間數據和三維模型數據標準體系，實現數據和服務的一體化管理，支撐專題地理信息的應用。建立地理信息資源目錄系統，規范基礎信息和政務信息的采集，然后根據各局委辦部門職責和已有數據信息情況，在部門分類目錄的基礎上，建立主題目錄。以目錄服務為服務基準，提升地理信息資源的利用率，同時實現與政府部門的信息資源、綜合業務系統等相互掛接、交互與集成，從而為資源的獲取、共享提供有效且安全的整合手段，對于即將開發的新數據資源，在一定范圍內進行標準上、宏觀上的統一規劃。

整合行政服務資源和基礎地理信息，基于SOA架構模式和ESB服務總線的總體架構，建立多級別機制，例如轉發服務器和應用服務器，支持分布式部署，實現數據前置交換及實時共享，建成西寧市三維城市共享平臺。

2.2 項目建設總體框架

本項目建設主要包括標準規范體系、數據資源體系建設、西寧市三維城市共享平臺系統建設(政務版共享服務平臺、公眾版共享服務平臺)，示范應用系統建設(西寧市國土資源綜合管理系統、三維規劃管理輔助系統)，項目建設總體框架如圖1所示。其中，標準規范體系主要是保障項目順利實施的一套技術規范；信息資源數據庫是對基礎地理信息數據、專題地理信息數據和公共專題數據進行收集、整理并分類建庫；共享平臺主要是對數據資源進行科學管理，同時為各類應用提供功能服務和數據服務。

圖1 項目建設總體框架

2.3 平臺體系結構

平臺體系結構由基礎層、數據層、服務層和應用層四部分組成，平臺體系結構如圖2所示。

圖2 平臺體系結構

基礎層：基礎層主要是由基礎軟件、基礎硬件和網絡體系構成，以數據層為基礎，為服務提供各種引擎，主要由地圖引擎、地名地址匹配引擎、ArcGIS Server等引擎為服務層提供支撐。

數據層：數據庫存儲采用Oracle11g，依據存儲數據的屬性和種類，數據層包含了三維共享所需的所有二維基礎地理數據庫、影像數據庫、三維數據庫等。

服務層：服務接口層由目錄服務、地址匹配服務、ArcGIS Server服務、政務信息圖層服務、元數據服務、二維圖片、安全認證等服務組成。服務層通過引擎層提供的引擎并整合平臺中的所有服務于資源服務系統中，由平臺運維系統進行統一的權限管理。

應用層：主要包括政務門戶網站、公眾版天地圖西寧、示范應用系統等。通過服務層提供的資源服務，可滿足應用層的各種數據需求，還可以進行搭建所需的應用系統。

2.4 西寧市三維城市共享平臺功能設計與實現

西寧市三維城市共享平臺為組件式開發系統，各個模塊相對獨立，主要由運維管理系統、資源服務系統、平臺門戶系統、數據管理系統、資源目錄系統構成。

(1)運維管理系統：運維管理系統主要是三維共享平臺的一個綜合管理系統，保障系統安全運行，運維管理系統包括安全管理、門戶系統管理、資源服務中心、日志巡查、監控管理和健康巡檢等內容。

(2)資源服務系統：資源服務系統包括本地服務和遠程服務，其中本地服務通過內網進行數據調用，為保證數據本身的安全，遠程服務通過調用加密地址轉發的形式。

(3)平臺門戶系統：平臺門戶包括新聞中心、資源應用、開發中心、個人中心和常見問題等，通過首頁菜單導航，系統自動跳轉到相應模塊界面。

(4)數據管理系統：數據管理系統主要是實現配置管理、數據導入和導出、數據庫管理、圖層打包、服務發布和地址庫管理等工作。

(5)資源目錄系統構成：資源目錄系統可實現目錄管理、資源管理、統計分析等功能。

西寧市三維城市共享平臺提供地理信息數據在線瀏覽功能，目前已收集數據包括主城區三維數據、各時序西寧市DOM，地理國情注釋、國土數據、規劃數據、教育局學區劃片數據、電子地圖、平價蔬菜店分布、二維管線、地質災害、衛片執法、勘測定界、采礦權管理及西寧市DEM。數據集采用統一的西寧市獨立坐標系，高程基準為1956黃海高程系。該平臺基于上述地理信息數據，疊加專題要素，可實現直觀簡單的數據分析，同時提供地址匹配功能、地圖標繪功能和空間分析功能。如圖3所示，為已進行數據整合并發布的數據，通過圖層控制方法，西寧市2016年教育劃片數據與2016年西寧市DOM數據套合，從而直觀展示西寧市學校分區情況。

圖3 平臺展示西寧市2017年教育劃片數據分布情況

3 示范應用

3.1 國土資源綜合管理系統

西寧市國土資源綜合管理系統增加三維數據方面的功能，彌補西寧市國土資源“一張圖”系統沒有三維數據及功能的缺失。國土資源綜合管理系統是基于三維共享平臺的一個二維專題應用平臺，該平臺集成了所有與國土資源相關的專題數據和基礎地理信息數據。專題數據已有建設用地報批、土地管理數據、歷史勘測定界、采礦登記數據、衛片執法數據以及地質災害等數據，基礎數據主要是電子地圖和DOM數據。

國土資源綜合管理系統功能比較豐富，可實現公眾查詢應用服務、資源管理、業務輔助分析等功能。其中公眾查詢應用服務能夠進行綜合搜索、地質災害查詢、礦產資源查詢；資源管理即為地圖瀏覽功能，可進行圖層控制；業務輔助分析是一個專題統計分析功能，主要包含土地利用現狀、地價統計、礦產資源、地質災害、查詢分析、土地利用規劃等分析功能，國土資源綜合管理系統業務輔助分析功能展示如圖4所示。

圖4 國土資源綜合管理系統輔助分析功能展示圖

3.2 三維規劃管理輔助系統

三維規劃管理輔助系統是基于三維共享平臺的一個三維專題應用平臺，結合高精度的城市三維實景數據，以虛擬三維實景為技術路線，搭建一個集規劃方案研究、規劃三維成果展示、在建項目預覽及規劃項目審批等于一體的規劃管理系統，旨在提高城市規劃的科學性和精細化管理水平。

(1)構建二三維實景數據集

該系統集二維三維、地上地下數據于同一場景中，實現可視化程度高、現勢性強的城市三維實景，地下二維管線與地上三維實景數據在三維規劃管理輔助系統中集中展示如圖5所示。

圖5 二三維地上地下實景數據效果圖

(2)三維分析

三維分析功能主要包括坡度坡向分析、等高線分析、淹沒分析和拆遷分析，拆遷分析效果圖如圖6所示。

圖6 拆遷分析效果圖

(3)三維量測

三維量測可實現水平量測、垂直量測、空間量測和面積量測，通過三維量測，可增強三維地圖的可讀性，進而為規劃管理者提供科學輔助，如圖7所示：

圖7 空間量測效果圖

4 系統建設創新

4.1 二維管線數據在城市共享平臺中三維顯示

在進行三維管線生成之前要準備好二維管線.mdb數據，需要生成管線數據所在區域的mpt場景，然后利用三維管線生產插件進行數據處理。需要說明的是，在使用三維管線生產插件之前，必須對管線數據的屬性字段進行處理，確保字段個數及其他要求與三維管線生產插件的要求相一致，同時要求mpt場景的地形高程要與地形實際相一致。

4.2 三維精細化建模數據與Skyline軟件兼容性

西寧市的人工精細建模數據是經過烘焙的模型數據，其烘焙后的效果與Skyline軟件不相兼容，所以原有的三維精細建模數據需要進行二次處理，確保處理后的模型在西寧市三維城市共享平臺中正常顯示，以下為處理方法：

(1)清除殼材質與Lighttingmap貼圖，選擇帶有lighttingmap材質的物體，運行腳本“清除LightMap.ms”清除。

(2)中文名稱處理。單個物體為中文名稱的，直接選擇物體改名字即可；多個物體為中文名稱的，則選擇全部中文物體，在3ds Max工具欄選擇Tools-Rename Objects，設置好基礎名稱以及編號后點擊Rename。

(3)找到中文名稱的貼圖所在的物體，更改貼圖名稱為英文，重新賦予到材質球貼圖。

(4)模型單面問題原始數據中帶alpha通道貼圖的物體(如樹木、欄桿等)均為單面建模，須制作雙面模型。

(5)選擇物體使用腳本“優化材質.ms”優化材質，清空多余材質球。

(6)裁切與completemap烘焙。

4.3 MVC框架應用

MVC(Model View Controller)即為模型(model)—視圖(view)—控制器(controller)的縮寫。用一種業務邏輯、數據、界面顯示分離的方法組織代碼，將業務邏輯聚集到一個部件里面，在改進和個性化定制界面及用戶交互的同時，不需要重新編寫業務邏輯。MVC被用于映射傳統的輸入、處理和輸出功能在一個邏輯的圖形化用戶界面結構中，MVC框架如圖8所示。

圖8 MVC框架圖

MVC模式同時提供了對HTML、CSS和JavaScript的完全控制。通常控制器負責從視圖讀取數據，控制用戶輸入，并向模型發送數據。MVC分層有助于管理復雜的應用程序，因為用戶可以在一段時間內專門關注一個方面。例如，用戶可以在不依賴業務邏輯的情況下專注于視圖設計，同時也讓應用程序的測試更加容易。MVC分層同時也簡化了分組開發，不同的開發人員可同時開發視圖、控制器邏輯和業務邏輯。

5 結 語

三維城市共享平臺是一個體系規范、可視化程度高、數據共享性好的平臺，未來通過大量基礎數據和專題數據的搜集與更新，形成多結構、多方面、現勢性強的海量數據。通過三維數據共享平臺進行數據分析、應用、共享，挖掘大數據的價值，從而提高數據利用率、消除數據“孤島”、降低地理信息生產成本，使城市管理更加便捷，城市發展更加智慧。