基于GIS的三維數(shù)字校園系統(tǒng)

摘 要：隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷深入與發(fā)展，各行業(yè)都開始建立自己的數(shù)字化平臺，“數(shù)字校園”已成為數(shù)字化建設(shè)的一個縮影。但是現(xiàn)有的數(shù)字化校園還存在著很多問題，比如：“信息孤島”嚴(yán)重，資源共享率較低；互動性差，缺乏友好而又美觀的瀏覽界面；沒有空間分析功能，缺乏對校園發(fā)展預(yù)測、規(guī)劃決策和科學(xué)管理的有效支持等。本文以華北水利水電學(xué)院三維數(shù)字校園系統(tǒng)（3D DCS）的設(shè)計與實現(xiàn)為例，研究了三維校園地理信息系統(tǒng)與校園數(shù)字資源整合，并應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)瀏覽的關(guān)鍵技術(shù)與問題。

關(guān)鍵詞：GIS；三維；系統(tǒng)；

文章編號：1674-3520（2015）-12-00-01

一、系統(tǒng)設(shè)計

（一）硬件配置。由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)量大，3DGIS所表達(dá)的對象都具有空間杼陸，完成的系統(tǒng)還要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，因此我們配置的基礎(chǔ)硬件有：小型服務(wù)器兩臺，圖形工作站兩臺，大幅面掃描儀，全站儀，高分辨率數(shù)碼相機(jī)等。

（二）軟件配置。開發(fā)使用操作系統(tǒng)為Windows 2000 Professionalo核心軟件為ESRI公司的ArcGIS系歹！I。輔助軟件有：南方CASS成圖系統(tǒng)，Photoshop，Visual Basic等。

（三）設(shè)計原則。為了使系統(tǒng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，提高工作效率，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循以下一些基本設(shè)計原則：1、致性：界面設(shè)計應(yīng)簡單一致、靈活清晰。2、標(biāo)準(zhǔn)性：數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)性，引用規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)性。3、可靠性：系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫的功能和數(shù)據(jù)要求可靠與準(zhǔn)確。4、擴(kuò)展性：為系統(tǒng)升級、功能擴(kuò)充、數(shù)據(jù)庫更新做準(zhǔn)備。5、安全性：系統(tǒng)登陸應(yīng)根據(jù)用戶權(quán)限使用用戶名和密碼。

（四）結(jié)構(gòu)設(shè)計。華北水利水電學(xué)院三維數(shù)字校園系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MySQL、系統(tǒng)平臺3DGIS、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布webGIS三部分組成。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)選用MySQL，其中包括GIS數(shù)據(jù)庫和校園信息數(shù)據(jù)庫，采用SQL形式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的查詢、更新和維護(hù)。系統(tǒng)平臺的建設(shè)基于ArcGIS的基本功能，特殊功能由

ArcEngine結(jié)合VB進(jìn)行二次開發(fā)。WebGIS系統(tǒng)采用ArclMS解決方案，用ArcXML或Java進(jìn)行ArcGIS Server的開發(fā)。

二、GIS數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)工作的血液，是一個系統(tǒng)的重要組成部分。GIS數(shù)據(jù)庫包括空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫，它們又包括不同類型的分庫。

圖形數(shù)據(jù)庫包括：校園地形圖庫、校園平面圖庫、建筑平面圖庫、管線分布圖庫。除以上基本圖形庫外，也可根據(jù)校園具體情況建立其它圖形庫。

以上圖形數(shù)據(jù)獲取有兩種形武，一種通過學(xué)校關(guān)部門取得相應(yīng)平面圖，然后用數(shù)字化儀數(shù)字化獲得；一種運用全站儀進(jìn)行實地測量，然后用CASS軟件處理獲得。

屬性數(shù)據(jù)庫包括：屬性、圖片屬性、聲音、影像屬性等。屬性數(shù)據(jù)庫的建立可以在創(chuàng)建建筑物模型時進(jìn)行，也可以在模型建立后統(tǒng)一。集輸入等多種形式，然后根據(jù)關(guān)鍵字與模型庫自幼關(guān)聯(lián)。

紋理數(shù)據(jù)庫：它可以通過分辨率較高的衛(wèi)星照片、航測照片正射影像獲得，也可以通過高分辨率的數(shù)碼相機(jī)照片獲得。本系統(tǒng)采用數(shù)碼相機(jī)照片建立紋理數(shù)據(jù)庫。

三、三維建模

（一）三維地形模型。首先，選擇1：500校園地形圖利用數(shù)字他儀轉(zhuǎn)換成矢量模形，去多余線、點、文字、符號等。然后利用ArcMAP軟件對修改好的等線形文件進(jìn)行編輯，生成TIN文件。為了較好的反映校園的地貌特征，可以用高清校園正射影像為DEM紋理。

（二）三維建筑模型。利用ArcGIS中豐富的三維建模功能，根據(jù)獲取的建筑物表面圖形數(shù)攝和高程數(shù)據(jù)可以容易的對規(guī)則建筑物建立三維模型。建筑分割成若干規(guī)則建筑，然后分別建模，再進(jìn)行無縫拼接。三維模型建立以后，從紋理庫中選擇對應(yīng)的紋理貼到建筑物表面，獲得真實的三維模型。

四、數(shù)字資源整合

現(xiàn)在學(xué)校的數(shù)字資源已經(jīng)相當(dāng)豐富，但是存在分布散亂、數(shù)據(jù)孤立、操作復(fù)雜等問題。三維數(shù)字校園的建設(shè)就是要基于三維界面整合孤立分散的資源，提高資源的共享和利用效率。數(shù)字資源的整合有多種方案，結(jié)合學(xué)校自身特點，現(xiàn)選用兩種方案相結(jié)合：第一種是系統(tǒng)集成方案，整合各門分散的系統(tǒng)。第二種是超級鏈接方案，間接整合異構(gòu)系統(tǒng)。

數(shù)字資源整合方案一個重要問題就是數(shù)據(jù)庫建設(shè)。為了最大限度保留現(xiàn)有系統(tǒng)、節(jié)約成本，我們提出了共享中心數(shù)據(jù)庫。共享中心數(shù)據(jù)庫是一個包含了大量共享數(shù)據(jù)和各種配套服務(wù)工具的數(shù)據(jù)集成平臺，是整合現(xiàn)有校園資源的核心，也是實現(xiàn)三維數(shù)字校園的關(guān)鍵之一。

五、系統(tǒng)功能實現(xiàn)

將三維建筑模型（DEM）圖層與三維地形模型（DOM）圖層進(jìn)行定位疊加，建立三維校園模型。向三維校園模型添加樹木、垃圾箱等一些特殊模型，使之更加豐富與完善。然后定義各三維對象的相關(guān)屬性，選擇屬性庫中對應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)與之關(guān)聯(lián)。用3DGIS平面上的ArcEngine和VB結(jié)合開發(fā)三維數(shù)字校園系統(tǒng)的功能，使之與共享中心數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，并建立三維數(shù)字校園系統(tǒng)與獨立系統(tǒng)的超級鏈接。

此系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能如下：

三維漫游：用戶可以在虛擬空聞里游覽三維校園。

空間分析：為規(guī)劃決策和科學(xué)管理攝供有效的支持。

辦公自動化：為用戶提供方便快捷的自動化辦公服務(wù)。

校園資源查詢：通過共享中心數(shù)據(jù)庫查詢需要的信息。

專題集成應(yīng)用：通過三維數(shù)字校園系統(tǒng)預(yù)留接口與專題

通過對校園信息技術(shù)的研究，本文提出了一種新的校園信息他平臺——三維數(shù)字校園系統(tǒng)。三維數(shù)字校園系統(tǒng)在傳統(tǒng)校園基礎(chǔ)上構(gòu)建了一個數(shù)字空間，拓展現(xiàn)實校園時間和空間維度，提升傳統(tǒng)校園教育管理效率，實現(xiàn)了教育資源的最佳配置。同時本系統(tǒng)還存在著一些不足，在系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布上面還存在不足，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的解決方案不能適應(yīng)大用戶的要求。這些問題與不足還有待進(jìn)一步研究改善。

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