基于TopoGIS的三維地理信息系統(tǒng)應(yīng)用

北京則泰盛業(yè)科技發(fā)展有限公司 蔣 濤 周謙益 黃維臣 黃 姍

則泰三維技術(shù)應(yīng)用專欄

基于TopoGIS的三維地理信息系統(tǒng)應(yīng)用

北京則泰盛業(yè)科技發(fā)展有限公司 蔣 濤 周謙益 黃維臣 黃 姍

一、概 述

TopoGIS是北京則泰公司開發(fā)的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的三維空間信息系統(tǒng)軟件平臺。TopoGIS集成最新的地理信息技術(shù)和三維軟件技術(shù)，具有大范圍的、海量的、多源的數(shù)據(jù)一體化管理和快速三維實時漫游功能，支持三維空間查詢、分析和運算，可承載全球范圍基礎(chǔ)影像資料，方便快速地構(gòu)建三維空間信息服務(wù)系統(tǒng)，是大型空間信息服務(wù)平臺。擁有對大規(guī)模的高分辨率地形、影像和大體量高精度的三維模型的支持能力。

二、系統(tǒng)功能

1)對大規(guī)模的高分辨率地形、影像的支持。

2)對大體量的高精度三維模型的支持。

3)對于重載存儲下的大規(guī)模數(shù)據(jù)的高效調(diào)度。

4)對于不同色彩類型對象的渲染表現(xiàn)。

5)對于應(yīng)用層功能的可擴展和配置能力。

6)對于管理型系統(tǒng)專用性開發(fā)及二次開發(fā)的支持能力。

三、系統(tǒng)整體性能

基于全球的多類型地理坐標(biāo)系支持，在承載的同時展現(xiàn)全球區(qū)域的基礎(chǔ)地理信息，如:地圖、影像、高程、地界、標(biāo)識、區(qū)域、道路等。存儲并展現(xiàn)的各種信息可按照信息數(shù)據(jù)的類型細分其表現(xiàn)形式。

1)地圖:可分為區(qū)域、等級、時間、狀態(tài)等。

2)影像:可分為衛(wèi)星影像、航拍影像、特定制作影像等，并可按視角高度的不同區(qū)分并設(shè)置分級，分級越細化，所能表達的目標(biāo)區(qū)域也可以在滿足效能的前提下越清晰。

3)高程:可按區(qū)域范圍及精度的要求進行多級表達，同時，對于小場景區(qū)域中的精細表現(xiàn)還可以根據(jù)需要將DEM數(shù)據(jù)與地面模型數(shù)據(jù)相結(jié)合。

4)矢量:充分利用不同類型的矢量數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)靈活、美觀的對象表達，如地界、道路可以使用矢量線條;范圍、區(qū)域可以使用矢量封閉線條或矢量填充;標(biāo)識、標(biāo)記可以使用空間坐標(biāo)點和系統(tǒng)變量;動態(tài)對象可以利用矢量對象或直接以矢量數(shù)據(jù)和顯示對象配合的方式。

TopoGIS可以導(dǎo)入多種數(shù)據(jù)格式，包括設(shè)計數(shù)據(jù)、三維激光掃描采集數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)采用SOA架構(gòu)設(shè)計，并且具有豐富的二次開發(fā)接口，接口以服務(wù)的形式開放，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可采用分布式的部署方式接入到系統(tǒng)中，使系統(tǒng)的二次開發(fā)更靈活，拓展能力更強。

四、系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

1.城 市

三維GIS在城市應(yīng)用的基礎(chǔ)是地理信息與大規(guī)模建筑、設(shè)施的綜合展現(xiàn)，其效能則是通過在此基礎(chǔ)上的應(yīng)用層功能展開實現(xiàn)的。涉及行業(yè)廣、管理范圍寬、應(yīng)用切入點細是城市GIS的應(yīng)用特征?；诳煽焖俅罱ǖ娜S數(shù)字模型數(shù)據(jù)，在應(yīng)用層展開時可以方便、靈活的方式去表現(xiàn)甚至再現(xiàn)城市的規(guī)模和狀態(tài)，大到包括土地、建筑、交通、市政設(shè)施等多類型的空間對象，小到涵蓋房間結(jié)構(gòu)、內(nèi)部設(shè)施、通道路徑、數(shù)據(jù)分析、數(shù)字虛擬等細節(jié)表達和深入應(yīng)用，每一個層面、每一個表達都可以充分發(fā)揮系統(tǒng)搭建思想，實現(xiàn)系統(tǒng)建立的目標(biāo)。如圖1所示。

圖1

2.工 業(yè)

工業(yè)領(lǐng)域的三維GIS，突破性地把區(qū)域性的工廠與大范圍的地理信息緊密結(jié)合在一起，既可使工廠準(zhǔn)確地表達出自身與空間的位置關(guān)系，也可使在大場景下的小區(qū)域得到精細的表達。對于工廠的意義在于:工廠自身很難處于一個相對獨立和封閉的空間內(nèi)，總會以不同形式與外界聯(lián)系，如交通(公路、鐵路)、能源及物料的傳送(水、電、油、氣)等。對于制造類企業(yè)而言，交通即是生命的聯(lián)絡(luò)線;對于加工類企業(yè)來說，輸送線則是最為直接的生命線，這一點在能源處理企業(yè)尤為突出，如輸變電站、油氣加工廠的輸入和輸出管線。

在三維GIS中，工廠的表達一直都是難題，因其要求的精度高、模型體量大、表現(xiàn)效果好等前提條件使得很多國際一線的GIS系統(tǒng)都無能為力，如:美國Skyline公司的Skyline Globe產(chǎn)品，能夠基于地表的衛(wèi)星影像、航空影像創(chuàng)建三維虛擬地球場景，但對于大規(guī)模的地形、影像和模型數(shù)據(jù)，以及大體量的點云和精細數(shù)據(jù)的承載就顯得無能為力。作為ArcGIS產(chǎn)品家族中的一部分，ArcGIS Explorer通過繼承ArcGIS Server完整的GIS性能(包括空間處理和3D服務(wù))，達到整合豐富的GIS數(shù)據(jù)集和服務(wù)器空間處理應(yīng)用的目的。雖然加入了三維GIS的功能，但還沒能解決三維GIS的傳統(tǒng)問題，在海量數(shù)據(jù)的承載上明顯不足，遠遠不能滿足于工業(yè)需求?；诂F(xiàn)狀，TopoGIS的研發(fā)將相當(dāng)比例的關(guān)注重點放在了“在大場景下高精細表達大體量精細數(shù)據(jù)”上，在目前的三維GIS領(lǐng)域里TopoGIS走在了世界隊伍的前列，如圖2所示。

圖2

3.地形與建筑

與城市不同的是對于特定的區(qū)域景觀或設(shè)施，其所處地理位置的姿態(tài)表達相當(dāng)重要，如山上的建筑、地下設(shè)施等，這類對象在古跡、文化遺產(chǎn)領(lǐng)域相當(dāng)常見，巖畫、懸空寺、石刻、自然奇觀等都屬此種。而對于此類對象的表達，其自身的展現(xiàn)固然重要，但與之配合的環(huán)境表現(xiàn)也是不可小視的。TopoGIS不單純依托于DEM、DOM等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，而是在此基礎(chǔ)上采用更為精細的模型地理數(shù)據(jù)進行局部細節(jié)表達，與所要表達的對象模型渾然一體，達到真實、自然、美觀的效果，如圖3所示。

圖3

4.水利設(shè)施

在水利水電方面的應(yīng)用是三維GIS系統(tǒng)的又一突破，在此類應(yīng)用中有序地將地理數(shù)據(jù)、建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備設(shè)施結(jié)合在一起，再加以對水流等動態(tài)對象的表達，實現(xiàn)三維空間的直觀表達與展現(xiàn)。其關(guān)注點融合較多，可歸為:①地理位置的表達要真實準(zhǔn)確;②布局與結(jié)構(gòu)關(guān)系力求真實，才能達到目的合理的效果;③在三維空間中方便表達地上、地下、水上、水下的各部分對象及其狀態(tài);④ 真實的水是動態(tài)的，所以表現(xiàn)出的水也應(yīng)該是動態(tài)的，即能反映其范圍、高度、運動方向等;⑤允許各空間對象以分層管理，并可按應(yīng)用需要展開其屬性關(guān)系、控制其可見度及透明度等，以實現(xiàn)更佳的視覺效果，滿足應(yīng)用需要。

五、總 結(jié)

目前國內(nèi)已經(jīng)有三維GIS軟件解決了很多國外公司都難以解決的問題。TopoGIS是具有國際先進水準(zhǔn)的國內(nèi)優(yōu)秀三維GIS軟件，除了具有國內(nèi)外GIS軟件的通用功能外，同時支持高精度海量數(shù)據(jù)的承載，在加載大規(guī)模高分辨率的影像和地形數(shù)據(jù)的同時還可加載高精度的三維模型。該軟件支持逆向采集的數(shù)據(jù)，對大體量點云及模型數(shù)據(jù)提供動態(tài)顯示、分析運算和管理功能，這些特性尤其適合工業(yè)生產(chǎn)，滿足了工業(yè)模型精度高、數(shù)據(jù)量大的特點。

(本專欄由則泰集團與本刊編輯部共同主辦)