公園三維GIS系統設計與實現

蔡舒翔

摘 要：本文針對公園數字管理的需求，基于計算機技術、虛擬現實技術、地理信息技術、數據庫技術等，實現對數據的分析、查詢以及更新，全面整合三維測繪數據，幫助使用者為三維測繪基礎數據進行邏輯分析，在公園的建設與施工過程中，結合準確的三維測繪基礎資料，能夠有效規避施工疏漏，進一步提高公園的建設效率。論文全面分析了系統需求，對系統進行了總體架構設計和功能設計，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：GIS 三維 設計 總體架構

中圖分類號：S127 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（a）-0047-02

在傳統的資料管理模式中，管理流程較為復雜，無法對各個資料進行準確管理，導致其最終的管理效率極為低下，難以適應現代化辦公的需求。在公園內擁有空間和非空間關系，管網、建筑物或古樹等將由不同的部門來管理，如果此時仍然采用傳統的人工管理方式，不同的部門及管理方式不同，將會耗費大量的時間用于溝通和交流，無法真正從資料中展現各個數據之間的聯系和特征。正是由于各管理部門之間，并未進行有效的信息溝通，在公園的施工過程中，常常出現地下管線被挖斷或挖壞的問題，最終導致公園停水、停電，公園無法正常開放，也極大地增加了各個部門的工作難度。

隨著當今時代和科學技術的發展，現代化步伐日趨加快，這就要求我們必須結合信息技術來提高資料的管理水平，實現各類資料的規范化、自動化和科學化管理。近幾年來，將三維測繪技術和計算機圖形技術有機結合起來，對于實現三維測繪的現代化管理有著極大的幫助，在計算機中存儲各類三維測繪數據，使用者們能夠及時分享和更新該數據，同時也能夠借助計算機強大的數據統計功能來分析數據，各個部門之間不僅僅實現了資源的共享，也極大地提高了其管理效率。在施工過程中，正是由于各個部門并未做出明確的測繪數據，也并未針對測繪數據進行共享，才造成了極大的資源浪費，將測繪技術和計算機圖形技術有機結合起來，實現了三維測繪動態管理，進一步完成了施工的安全運行。

在當前的信息時代中，計算機技術、虛擬現實技術、地理信息技術、數據庫技術等都得到了突飛猛進的發展，地理信息系統（Geographic Information System，GIS）能夠利用上述一系列技術，實現對三維測繪數據的數字化存儲和管理，能夠借助一系列信息技術，來實現對數據的分析、查詢以及更新，全面整合三維測繪數據，幫助使用者為三維測繪基礎數據進行邏輯分析。在公園的建設與施工過程中，結合準確的三維測繪基礎資料，能夠有效規避施工疏漏，進一步提高公園的建設效率。

1 系統需求分析

1.1 系統總體設計目標

在已有測量數據基礎上，開展普通房屋的三維基礎測繪，完善地下管線和古樹古建的基礎測繪，更新公園三維基礎測繪數據庫，優化古樹古建地理實體的三維模型，建立健全公園的三維信息系統，能夠進一步提高未來公園的管理效率。

公園三維信息系統的主要原數據是基礎測繪數據，根據數據入庫標準，基礎測繪人員錄入外業數據，并將其保存到系統的關系數據庫中，完成三維地理信息系統數據庫的建立，為公園的管理和決策提供科學依據。

通過開展普通房屋的三維基礎測繪，完善地下管線和古樹古建的基礎測繪，在對測繪資料進行詳細的需求分析后，可以實現對測繪資料的動態管理、公園三維基礎測繪數據庫的同步更新，借此來提高空間數據套表結構的準確性，以及相應數據和設備信息的完整性。系統檢測外業數據的合格性，并將合格的數據直接導入到三維測繪數據庫中。古樹古建地理實體三維模型基礎上，分析古樹古建地理實體的特點，優化古樹古建地理實體的三維模型，將三維模型集成到公園三維信息系統中，并對公園三維信息系統進行完善擴展和優化。利用現有的先進技術，開發離線和有網兩種模式的公園地理三維漫游系統。

具體來說，公園三維地理信息系統應該實現以下具體的目標：（1）具備簡潔實用的系統界面，廣大普通用戶都能夠運用該系統。（2）能夠充分發揮C/S和B/S結構的兼容性特征，不同的旅游者和管理者，都能夠利用該系統滿足自身的使用需求。（3）用戶可以直接利用公園三維地理信息系統來查詢與公園地理相關的信息，并且能夠實現對公園地理空間的緩沖區分析和疊加分析，為管理者提供做出決策的數據。（4）該公園三維地理信息系統具備地質體建模功能，能夠完成對測繪資料的三維地質體建模。（5）地理信息系統具備強大的信息管理功能，該系統中的數據庫可以統一管理文本資料、圖片資料以及影音資料。（6）地理信息系統數據維護水平較高，管理員能夠及時更新和維護數據庫，使得系統能夠隨時適應時代的發展。（7）該地理信息系統具備信息發布功能，管理者可以直接在互聯網中公布旅游目的地的信息，游客可以瀏覽和查詢旅游目的地的相關信息。

1.2 系統功能需求

系統的功能需求分析，就是找到系統在實際運用中所需要滿足的功能，在前期的用戶使用需求調查中，總結出地理信息系統的功能需求，將成為本次系統總體設計的基礎。地理信息系統主要面對管理者和普通游客，管理者能夠利用該系統來提高對公園地理信息的管理，普通游客能夠利用該地理信息系統來查詢關于旅游目的地的相關信息，借由其查詢到的信息來設置旅游路線。相比較而言，本研究所涉及的地理信息系統更側重于管理旅游信息，管理者能夠利用該系統實現對各項信息數據的分析、評價和預測功能，極大地提高了管理者的管理效率。

2 系統總體設計

2.1 系統總體架構

公園三維測繪信息系統及其業務系統全部部署在公園管理處內網環境下，采用B/S和C/S相結合的混合模式。B/S模式業務系統及數據庫、Arc GIS服務、Web服務、文檔資料和軟件庫部署在服務器中，通過內網訪問共享存儲空間中的數據。C/S模式業務系統安裝部署在客戶端計算機中，通過內網訪問服務器上的數據庫和共享資料。 B/S和C/S模式的業務系統，都由客戶端通過瀏覽器訪問公園三維測繪信息系統，完成單點登錄和權限認證。對于B/S系統，由公園三維測繪信息系統完成頁面跳轉和權限控制；對于C/S系統，由公園三維測繪信息系統完成智能部署并調用本地業務系統。智能部署包括權限控制、下載和自動部署、版本升級等功能，簡化用戶對眾多業務系統的訪問和權限控制。

B/S業務系統的用戶通過平臺單點登錄和權限驗證后，跳轉到相應的B/S模式應用。C/S業務系統的用戶通過平臺單點登錄和權限驗證后，實現智能部署后加載客戶端本地應用。數據庫、存儲系統及相應的服務部署在后臺服務器，C/S系統、B/S系統以及公園三維測繪信息系統訪問后臺服務器提供的服務和數據。

2.2 系統功能設計

系統功能框架如圖1所示。公園三維地理信息系統包含三維建模子系統、公園信息管理子系統和旅游信息平臺子系統三部分。

（1）三維建模子系統。可以根據資料生成相應的三維數據，為公園信息管理子系統旅游信息平臺子系統提供三維可視化支持。主要包括三維地質體建模、三維古建筑建模和三維地表建模。涵蓋公園整個范圍內地上、地表和地下所有要素的三維模型建模。

（2）公園信息管理子系統。主要對公園的各種資料進行規范化管理，并提供查詢功能。

①信息查詢功能。能夠查詢公園范圍內的各個要素基本資料、屬性以及緩沖區查詢，查詢結構以三維場景直觀地展現。其中緩沖區查詢的主要目的是查詢目標要素影響的范圍，使得相關改造建筑施工對公園的其他要素產生影響，造成不必要的損失。

②系統管理功能。能夠維護公園三維場景中各個要素的基本信息、屬性以及相應緩沖區范圍，并維護整個系統的用戶管理。同時，系統管理功能還能維護FTP服務器，使得公園涉及的所有資料能夠在信息管理系統中統一管理。

（3）旅游信息平臺子系統。主要針對游客進行地面三維場景展示，并提供查詢功能。游客可以在公園終端機上進行三維漫游，了解公園的整體概貌，同時也能夠查詢公園內各個景點的基本信息，以及相應的公共服務設施基本信息。

3 結語

基于軟件工程方法，結合提出的數字高程建模方法，本研究設計開發了一套適合公園管理的三維地理信息系統。該系統包括3個子系統：三維建模子系統、公園信息管理子系統、旅游信息平臺子系統。三維建模子系統應用本研究提出的不規則三角網數字高程建模方法，能夠對公園范圍內地質環境建立三維模型；公園信息管理子系統能夠統一管理公園各類文檔與數據；旅游信息平臺子系統可以向游客直觀展示公園的各種旅游資源和服務設施。本研究給出了系統需求分析、總體設計與數據庫設計，并詳細介紹了系統開發環境與軟硬件環境設置方案。

參考文獻

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