面向村鎮房屋高效調查的可視化系統設計與實現

摘要：實景三維技術是對村鎮房屋調查管理的重要手段，國家大力推進新農村的建設，因此村鎮的可視化愈發重要。基于Cesium框架搭建村鎮房屋可視化應用平臺實現村鎮房屋數據的可視化。將村鎮房屋數據進行格式轉換，采用B/S架構對格式轉換后的數據實現Web端的可視化。村鎮房屋可視化應用平臺主要實現了房屋數據的可視化、房屋信息查詢、空間量測等，具有較好的數據可視化表達效果，能夠實現三維模型數據的多角度瀏覽及信息查詢，具有較高的應用價值。

關鍵詞：村鎮房屋可視化信息查詢Cesium框架

中圖分類號：TP311.1

DesignandImplementationofVisualizationSystemforEfficientInvestigationofRuralHouses

WEIXin

ChengdeGeographicInformationCenter，Chengde，HebeiProvince，067000China

Abstract：Real3D technologyisanimportantmeansofinvestigatingandmanagingruralhouses.Thecountryisvigorouslypromotingtheconstructionofnewruralareas，sothevisualizationofruralareasis becomingincreasinglyimportant.BuildingavisualizationapplicationplatformforruralhousesbasedontheCesiumframeworktoachievethevisualizationofruralhousedata.Converttheformatofruralhousedata，andusetheB/Sarchitecturetovisualizetheconverteddataonthewebend.Theruralhousevisualizationapplicationplatformmainlyrealizesthevisualizationofhousedata，houseinformationquery，spatialmeasurement，etc.Ithasgooddatavisualizationexpressioneffectandcanachievemultianglebrowsingandinformationqueryof3Dmodeldata，whichhashighapplicationvalue.

KeyWords：Ruralhouses;Visualization;Informationinquiry;Cesiumframework

村鎮是城鄉最為重要的管理單元之一，村鎮房屋是農民的物質支撐與經濟基礎，是從事農業生產勞動者居住的地方[1]。自鄉村振興戰略提出以來，國家加大對農村的建設與發展，對高效精準的地理信息需求也在不斷提高，關于村莊規劃和建設的研究得到廣泛關注。當前，我國村鎮地區數量龐大，村鎮房屋不斷增加，大部分地區的鄉村建設呈現無規劃、房屋錯亂的現象[2]。在新農村建設的進程中，村鎮的面貌日新月異，村鎮房屋邊界、空間、信息問題一直備受廣大農民的關注，因此，對村鎮房屋的快速高效調查管理、及時全面展示房屋三維信息工作迫在眉睫。

本文結合三維可視化技術，基于Cesium框架搭建村鎮房屋可視化平臺，展示研究區域內的具有真實效果的空間場景，實現村鎮三維模型等數據的展示、信息查詢，為新農村的規劃發展起到了關鍵的輔助決策作用。

1系統需求分析

將村鎮房屋數據進行可視化有助于及時掌握村鎮房屋信息，該可視化應用平臺的核心功能是實現數據的加載、存儲、在線展示等功能[3]。將所獲得到的三維模型進行格式轉換，將數據加載并且提供房屋數據的信息查詢，展示房屋的信息。以村鎮的三維傾斜數據為基礎，使用Cesium開源可視化框架，實現對村鎮三維模型的可視化。

基于Cesium框架，采用B/S架構設計村鎮房屋可視化應用平臺所需的各項功能模塊，各個模塊之間銜接緊密、相輔相成，搭建可視化平臺[4]。平臺界面包括導航欄、數據可視化展示區域，簡化平臺界面，促進村鎮房屋調查管理方式的轉變和組織管理效率的提高，輔助外業調查相關人員做出更為科學的決策，提高村鎮權籍調查效率。

（1）數據資源層：實現數據的儲存和與服務層進行數據的交互，存儲的數據主要包括各種影像數據及三維模型數據，通過將二維數據及三維模型數據轉為Cesium可以加載的格式，并存儲于在數據庫。

（2）應用功能層：完成平臺的界面設計，功能設計等工作。平臺涉及的功能，包括數據采集、數據加載、數據更新、信息查詢、圖層管理、空間量測等。

（3）用戶層：用戶層管理平臺的用戶，主要有普通用戶與管理用戶。普通用戶可以利用系統實現三維模型的查看和分析管理；管理用戶負責數據的更新，以及根據用戶需求進行系統的升級。

本平臺按照功能劃分為數據可視化模塊、信息查詢模塊、圖層管理模塊、空間量測模塊、用戶管理模塊，如圖1所示。

2系統總體架構

本平臺基于分層設計的原則，建立規范的空間地理數據和服務框架，基于Cesium，采用標準的瀏覽器形式向用戶提供訪問平臺的客戶端，平臺總體架構如圖2所示，主要包括數據資源層、應用功能層、用戶層。

3系統數據庫設計

平臺包含的數據類型為空間數據和非空間數據兩種。空間數據主要涵蓋村鎮調查管理過程中需要使用到的基礎地理數據和房屋調查采集的數據，非空間數據主要包括用戶數據等屬性數據。本系統使用PostgreSQL作為系統數據庫，PostgreSQL是一個功能強大的關系型數據庫管理系統，具有如下優點：速度快、總體擁有成本低；使用容易、開放源代碼、可移植性強；對空間數據支持友好；支持大型的數據庫、調優靈活、支持多處理器[5]。

幾個核心的數據庫表文件主要有補測點數據基本信息、房屋基本信息、權利人信息、用戶信息。

4系統實現

4.1數據格式轉換

基于Cesium搭建村鎮房屋可視化應用平臺，由于Cesium只能加載3DTiles格式，需要先將OSGB格式的三維模型轉化為3Dtiles格式，矢量數據轉化為GeoJSON的格式。

通過CesiumLab轉換工具進行數據格式轉換[6]。CesiumLab轉換工具是市面上開源比較好用的轉換工具，在數據目錄下存放Data和metadata.xml文件，通過定義輸出目錄實現一對一的數據轉換，完成傾斜實景模型到3DTiles轉換，得到3DTiles三維數據格式。將矢量數據轉換為Cesium支持的格式。GeoJSON是一種對各種地理數據結構進行編碼的格式，基于JavaScript對象表示法（JavaScriptObjectNotation，簡稱JSON）的地理空間信息數據交換格式。

4.2數據可視化功能

通過圖層管理進行傾斜攝影測量三維實景模型、二維數據等不同類型數據在平臺上顯示。

4.2.1模型添加

將OSGB格式的傾斜模型轉化為3DTiles格式，通過Map類初始化用于構件模型的基本地形服務，調用primitive的add方法實現3DTiles的加載，通過tileset.json文件獲取位置數據，直接在虛擬地球的底圖定位到該模型，如圖3所示。

4.2.2矢量數據添加

通過GeoJsonDataSource類中提供的geojson的加載方式，將采集的shp格式數據和補測界址點shp格式數據加載到Cesium平臺上。

4.2.3數據采集

在三維模型上動態采集數據，如圖4所示。Cesium通過注冊鼠標事件使用entity類的方式進行點、線、面數據的采集，在場景中手動采集繪制，鼠標左鍵依次拾取房屋面外輪廓邊界，鼠標右健結束拾取，通過數據采集形成一個黃色立方體包圍盒。

4.3信息查詢功能

在平臺中點擊一個房屋建筑，該建筑會高亮顯示，并且顯示該建筑的屬性框，包括該建筑物的結構、房屋層數、建筑權屬人等信息，使得用戶查看建筑物的豐富信息。

通過Cesium.Scene類提供的pick方法，用戶使用鼠標點擊三維模型時，鼠標設置選中要素的樣式以及創建選中的模型，高亮顯示鼠標選中的模型，并且彈出該模型的信息框（包括坐標點、房屋信息）。

4.4空間量測功能

量測是GIS平臺的基本功能，量測功能主要包括距離長度、面積等量測。通過Measure類提供的一些基本量測方法，在三維模型上使用鼠標進行對應的點、線、面的拾取，拾取完成后即可顯示出所拾取對象的量算結果，包括長度測量、面積測量和高度測量功能，其中長度測量如圖5所示。

5結語

基于Cesium構建村鎮房屋可視化應用平臺，基于構建的村鎮房屋可視化應用平臺實現村鎮房屋數據的展示、信息查詢。驗證該平臺具有較好的模型數據表達效果和較高的模型數據管理操作性能，基于Cesium的三維實景可視化平臺具有實現快速加載與多角度瀏覽三維模型的功能且其模塊化功能完備，具有較高的應用價值。

參考文獻

[1]蘇光遠.基于WebGIS的傾斜攝影三維模型可視化應用研究[D].西安：長安大學，2022.

[2]朱喬利，何成威，劉亦超.面向Cesium的數字孿生場景多源數據融合可視化研究[J].科學技術創新，2023（23）：43-46.

[3]屈國興.基于Cesium的鄉村網絡三維可視化系統設計與實現[D].銀川：寧夏大學，2024.

[4]談瓊，張濤，丁樂樂，等.基于Cesium的多源三維數據可視化與分析平臺設計與開發[J].測繪與空間地理信息，2022，45（6）：120-123.

[5]莊新宇.基于Cesium的三維戰場態勢推演可視化系統的研究與實現[D].北京：北京郵電大學，2024.

[6]竇世卿，梁富翔，徐勇，等.基于Cesium的地下三維管網3DTiles模型構建與可視化[J].科學技術與工程，2021，21（18）：7439-7446.