基于Skyline的三維GIS系統設計與實現

杜維 周海鵬 劉碩

摘 ? 要：與傳統二維GIS相比，三維GIS具有強大的空間分析能力，能夠直觀、真實、可視化地展示空間數據信息能力;其中，三維立體、互聯網絡交互方向的三維GIS已經逐漸成為GIS領域最為重要的發展方向和研究熱點。本文根據系統用戶的需求設計和功能設計目標，對系統的框架界面、系統總體結構以及功能做明確而又詳細的設計，并探討了系統發布的相關關鍵技術，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：WEB ?三維 ?GIS系統 ?設計

中圖分類號：P208 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）07（c）-0103-02

Skyline軟件是利用航空影像、衛星數據、數字高程模型和其他的 2D 或 3D 信息源，包括 GIS 數據集層等創建的一個交互式環境。它允許用戶快速地融合數據、更新數據庫，并且有效地支持大型數據庫和實時信息流通信技術，此系統還能夠快速和實時地展現給用戶 3D 地理空間影像。Skyline 是獨立于硬件之外、多平臺、多功能的一套軟件系統。

Web三維GIS指的是利用虛擬現實技術，三維建模技術及三維可視化技術構建在網絡環境下真實的、動態的、不同高程的仿真三維地理環境，用戶可通過互聯網技術對所需區域內進行三維操作與瀏覽，綜合管理及分析決策，實現真正意義上開放式的地理信息共享。Web三維地理信息系統的環境搭建是在B/S架構上，這里的B/S架構指的是Browser/Server（瀏覽器/服務器）結構，通過互聯網來實現，也是對C/S結構的一種變化或者改進。

1 ? 系統設計目標

根據用戶需求和項目要求，設計Web三維地理信息系統的總體設計目標主要有三個，一是利用目前最為成熟Skyline建模方法和新興傾斜攝影建模技術構建山區和城區的三維場景模型，對兩個區域內的所有場景進行綜合建模，不同建模方式生成不一樣的三維場景，更好的為用戶服務。二是建立兩個區域簡單的三維地理空間數據庫，主要包括區域內的地物及地形數據庫和模型屬性數據庫。三是建立一個即具有網頁形式又帶有“數字城市”的三維地理信息系統，可以滿足使用者在系統中進行三維導航操作、定制視角瀏覽、全景瀏覽、信息查詢和編輯等基本操作。還可以滿足管理者對工區內的地物和地形進行如量測操作、編輯與查詢、日照調節、坡度分析、地形分析等多種用途功能。

本系統主要是通過全自動化建模軟件和相關商業軟件構建精細三維建筑物模型和三維景觀模型，搭建一些相關屬性數據庫。在Internet環境下，設計與實現基于Skyline的網絡的三維可視化和綜合多元化管理三維地理信息系統。實現模型屬性信息查詢、窗口瀏覽、量測分析、多元化管理、等基本功能，為用戶和管理者提供具有規劃設計和綜合管理的先進性和可視化的服務平臺。

2 ? 系統總體結構

本系統采用B/S架構的三層體系結構三維地理信息系統，三層體系包含數據層、發布層和應用層。在三層分布式的網絡環境下，三維GIS建設開發人員需要考慮海量空間三維數據的處理、Shp文件和三維地形數據的網絡發布以及用戶所需多種功能實現。要充分集成數據庫技術、互聯網技術、.NET技術、三維建模技術、WebGIS技術、虛擬現實技術等相關技術，實現一套基于Skyline平臺下應用于水利水電和城市規劃領域的Web三維地理信息系統。其中，展示三維場景在平面坐標系下顯示，在球面坐標系下顯示三維場景，并且需要在有網絡的環境下才能顯示數據，兩系統之間形成鮮明對比;系統總體結構設計如圖1所示。

3 ?系統框架界面設計

系統框架界面主要有數據顯示界面和功能應用界面，數據顯示界面要調用Skyline系列下的TerraExplorerPro提供一系列COM接口，包含三維場景窗體（ITE 3D Window），信息樹窗體（ITE Information Window）和三維導航圖（ITE Navigation Map）。可通過Javascript腳本語言來調用這三個接口，調用ITE3DWindow控件在網頁中來顯示三維場景數據，ITEInformation Window控件來以信息樹結構形式進行數據的顯示和編輯。還可通過二維導航圖 （ITENavigation Map）接口調用，實現用戶所需的基本操作功能（如導航操作、顯示控制、空間量測等功能）的基礎上加入高級分析功能，更好的適應各個不同行業的需求。

設計網頁時，可根據用戶需求選擇不同的網頁設計工具進行主界面的美化。系統外觀主界面需設計一個漂亮而有直觀的主頁面，要與目前現有的網頁界面相搭配，一個直觀的網頁界面可以吸引用戶的眼球，給用戶一種賞心悅目令人舒服的感覺。可根據用戶的需求，為本系統的主界面添加主頁、編輯、編輯、瀏覽和管理五大界面按鈕，與普通網頁保持一致。

4 ?系統功能設計

系統功能設計是每個三維地理信息系統最重要的系統應用性功能設計，用于滿足使用者對系統應用的各種需求，這也是本系統建設的目的和意義。本系統主要設計的基本功能如下。

4.1 基本操作功能

（1）系統主要目的是用于參觀瀏覽實景面貌，為此系統要提供放大、縮小、平移、旋轉、全景等基本三維場景漫游功能，支持地上、步行、駕駛、飛行等模式的三維場景瀏覽。

（2）系統要具有點選、平視、俯視、快照、坐標定位、導航、量算、創建視點、鍵盤操控等三維導航地圖操作基本功能。

（3）系統可進行簡單的基本操作，還可展示部分視角;系統還能進行二/三維地圖聯動，將二維系統和三維系統集成在一起，而且二維地圖支持放大、縮小、自由縮放、左移、右移、上移、下移、全幅、測量等功能。

4.2 系統應用功能

（1）系統具有模型查詢、道路查詢、建筑物查詢、地塊查詢、屬性查詢等查詢功能，可以進行光線亮暗的調節、坡度分析、路徑分析、地形分析等與規劃行業緊密聯系的空間分析。

（2）系統可以根據不同權限的用戶進行圖層控制和管理，能在三維地圖上疊加規劃專題圖層并進行城市地下管線的瀏覽，還提供規劃信息發布功能，為區域規劃、管理、分析決策服務。除此之外，系統還需提供接口或者方法能整合后期監測自動化系統和變形監測三維仿真系統到一起。

另外，根據項目需求還要提供的詳細系統工具：①30秒或較短時間的全景漫游;②定制幾個常用的建筑物或其他需要的視角;③提供畫筆、測距等簡單工具;④提供能夠方便瀏覽的工具;⑤給出坐標、視角等信息、比例尺（參考GoogleEarth），并且有工具能與參數交互。

5 ?數據發布

5.1 數據發布的關鍵技術

系統所加載的文件是發布的三維場景工程文件（fly格式），而三維場景工程文件創建方式是在TerraExporerpro下通過將三維地形數據、3DML圖層、三維地物模型、二維矢量信息等整合起來形成三維真實的地形場景。在用戶網絡訪問場景時，網絡訪問的三維場景工程文件中的數據一般應該具有網絡地址（IP地址）的三維場景工程文件。

流技術（Streaming）簡稱流機制，中心思路是首先將兩個區域完整的數據劃分為若干個數據塊，根據用戶通過向系統發布請求進而向用戶發送所需數據塊過程。與傳統的三維場景加載機制有所不同的是，該機制在僅加載所見范圍內的數據加載模型時按所見區域來對模型進行實時加載。同時Skyline利用流技術（Streaming）能有效的解決傳統的三維場景加載所有的數據時浪費一些不必要的資源，使得三維場景加載時間過長這一問題。三維空間數據中的三維地形數據（MPT）和矢量數據（Shapefile格式）通過流技術進行數據傳輸，流技術數據傳輸可以提高三維場景中數據的瀏覽速度。

5.2 數據發布流程

針對不同的數據類型分別提供不同網絡數據服務和發布方式，區域內的三維地形文件和三維場景工程（fly）文件通過TerraGate和網絡信息服務器（IIS）方式發布，用戶可在網頁中調用TerraExplorer瀏覽器對三維場景工程進行訪問，實時瀏覽。或者可在TerraExplorerpro客戶端軟件中直接加載發布的三維場景工程文件遠程進行訪問。繼而實現了三維場景數據的網絡共享。

6 ?結語

本文基于Skyline提供的開發接口和控件設計并實現Web三維地理信息系統。此Web三維地理信息系統所加載的區域數據不同，采用不同的區域類型和建模方法，設計相同的系統結構和功能。在同一個系統框架中運行不同的場景數據來實現用戶所需的多種功能。

參考文獻

[1] 曲林，馮洋，支玲美，等.基于無人機傾斜攝影數據的實景三維建模研究[J].測繪與空間地理信息，2015（3）：38-39.

[2] 鐘廣銳.Skyline三維地籍房籍管理系統的設計[J].測繪通報，2012（7）：87.