徐州市三維基礎地理信息系統平臺研究與應用

宋 靜 梁 苗

徐州市勘察測繪研究院，江蘇徐州 221000

隨著城市建設的快速發展，傳統二維GIS因無法獲得真實的空間感受、指標計算枯燥、空間關系不明顯等因素，已無法滿足城市規劃建設管理的要求。此外，在以往空間分割管理模式下，地上地下空間信息較復雜，不利于各級領導的科學決策和城市規劃建設管理。

基于此，我們研究開發了徐州市歷史上首次數字化、三維可視化、集中統一的信息動態管理平臺——徐州市三維基礎地理信息系統平臺，使城市規劃者和管理者可以在三維真實城市環境中進行規劃、決策和管理，實現了地上地下空間信息的無縫集成和一體化管理。

1 徐州市三維基礎地理信息系統平臺研究建設

1.1 總體架構

系統平臺在技術上堅持數據、管理、服務與應用相分離的架構原則，采用SOA架構、B/S模式，建立了靈活裝配式的擴展機制，實現了數據的管理、共享、融合、交換及與其它業務應用系統的集成。

系統在技術架構的設計上分為五層結構：工具層、服務器與數據基礎層、基礎服務層、業務邏輯層和三維表現層。標準化體系和安全保障制度需要貫穿于各個層次，從而使各個層次相互連接，形成一個有機整體。

1.2 軟件體系

徐州市三維基礎地理信息系統平臺軟件體系主要包括以下幾個部分。

1.2.1 WEB服務端

WEB服務端基于面向服務的開發和架構，采用Linux服務器，支持數據、服務的分布式部署和負載均衡。客戶端無并發訪問和授權數量限制，服務器支持網絡授權模式。面向服務的架構和網絡應用環境，用戶可自定義擴展服務，跨網絡、跨平臺無縫聚合第三方服務；支持服務和數據的分布式部署。

1.2.2 編輯管理子系統

（1）運維管理子系統。運維管理子系統主要由數據管理、服務管理及用戶管理三部分組成。

（2）編輯子系統。編輯子系統以C#作為開發語言，可提供基于數據庫的三維模型瀏覽和管理功能，以實現三維環境中三維模型的單體化更新和建筑紋理、屬性的實時更新。

1.2.3 瀏覽子系統

瀏覽子系統要求支持海量數據平滑瀏覽，實現室內室外、二維三維、地上地下等的一體化，實現真實與美觀的和諧統一；實現二三維基礎地理信息的屬性查詢、本地化編輯、空間分析和距離面積量算等。

1.2.4 數據處理工具集

項目對傳統三維模型數據的可視化技術進行了算法和流程的優化，實現了大面積海量數據的快速顯示與分析和基礎地理實體模型的三維精細化表達，解決了項目的研究難點。

1.2.5 業務應用子系統

針對具體需求，在徐州市三維基礎地理信息系統平臺基礎上進行二次開發，研究建設了三個業務應用子系統。

1.3 數據建設

（1）標準建設。項目實施過程中，結合實際情況，建立了三套地方性標準：《徐州市三維基礎地理信息數據技術標準》、《徐州市地下管線普查技術規程（修訂）》、《徐州市綜合地下管網數據技術標準與建庫規范》。

（2）模型數據生產。項目通過流水線式三維數據生產工藝，將數字攝影測量技術與傳統三維模型生產方法相結合，生產DEM、DOM、TDOM以及三維建筑模型等多種符合測繪精度要求的數據。

2 徐州市三維基礎地理信息系統平臺關鍵技術與創新

2.1 基于城市框架數據的DEM建模方法

項目在城市框架數據基礎上，結合航空攝影立體像對數據采集三維特征點線，并直接構TIN，避免了常規DEM生成過程中GRID內插造成的數據精度損失，精確表現了城市道路、河流湖泊、溝坎和隧道等城市地形要素。

2.2 研究提出了三維管線自動化建模及更新算法和方法

2.2.1 三維管線碰撞檢測的立體求交算法

在管線數據普查和管理中，如何快速發現碰撞管線，并精確找出位置，一直是一個難點。項目基于三維體求交算法能夠精確計算各種形狀管線的間距，確定管線碰撞的位置，為外業加密點布置和內業檢查提供了依據，管線數據質量得到提升，普查周期得到縮減。

2.2.2 基于自動耦合造型法的管線三維自動建模方法

項目利用二維矢量管線的拓撲關系及對應屬性字段自動生成或匹配全部管網要素，實現了管線、管溝、特征、井和井室等的自動化生成，避免了由于手工建模造成的誤差，解決了特征模型庫與管線匹配時不一致的問題，為管線管理提供了更加直觀的管理方式。

2.2.3 三維管線數據的自主式增量更新方法

項目在自動化生產技術上，基于統一的二維數據庫實現了與二維管線數據同步的三維管線數據增量式實時更新，支持按管線要素、按測區范圍和按時間周期等多種方式，縮減了運維成本。

2.3 實現了跨平臺、跨應用系統技術體系

項目采用面向服務架構技術，將智能集群、并行計算和虛擬化技術應用到平臺建設中，實現了松耦合異構式環境集成，解決了跨部門、跨平臺和跨應用互操作問題。

3 徐州市三維基礎地理信息系統平臺的應用研究

3.1 城市三維規劃決策方面的應用

以平臺為基礎，面向城市規劃，研制開發了徐州市三維規劃輔助決策系統。該系統從地理位置和幾何尺寸上保證了規劃的真實性和可信度，可在城市規劃、設計與決策的不同階段，對規劃審批內容進行立體化、動態化、形象化顯示，使決策者可從任意角度看到規劃效果，大大提高了規劃決策的效率及科學性。目前該系統已在舜淮府第、珠山風景區洲際酒店、徐州九里萬科城、徐州中樞街、徐州樂園等多個項目中發揮了重要作用。

3.2 城市地下空間開發利用中的應用

城市地下管線是保障城市運行的重要基礎設施和“生命線”。以平臺為基礎，根據“管線三維可視化”思路，研制開發的徐州市綜合地下管線三維信息管理系統，使城市綜合管線的三維可視化管理得以實現，不僅使得錯綜復雜的地下管網數據變得一目了然，更可針對不同的管線數據進行三維的信息統計、查詢、標注及輔助分析，在真實、直觀的環境下完成爆管分析、開挖模擬和規劃設計等，有力保障了地下空間規劃、建設和管理的安全性和科學性。地下管線圖如圖1所示。

圖1 地下管線圖

3.3 形象宣傳和展示中的應用

徐州市規劃館三維城市展臺——《尋找我的家園》是在徐州市三維基礎地理信息系統平臺基礎上的又一成功應用。系統設計開發了三維渲染客戶端和人機互動系統，可提供多角度、全方位的城市瀏覽及搜索定位等功能。該系統目前已在徐州規劃館實現了應用，在徐州市城市展示宣傳、公共服務和招商引資中發揮了重要作用，得到了參觀領導及社會公眾的一致好評。

4 結語

徐州市三維基礎地理信息系統平臺可以為各行業提供真實直觀準確且具有針對性的三維地理信息服務和輔助決策，各行業也可在該系統平臺的基礎上，方便快捷地疊加相關行業信息，并快速搭建相應的應用系統，降低系統開發難度和城市空間數據的更新成本，避免重復投資，形成信息孤島，可有效集約優化城市公共服務資源，為推動城市信息化進程和智慧城市建設奠定堅實基礎。