基于MapGIS 10的二三維城市規(guī)劃地理信息平臺設(shè)計(jì)

吳德華，謝家豪，羅成，熊得祥

基于MapGIS 10的二三維城市規(guī)劃地理信息平臺設(shè)計(jì)

吳德華，謝家豪，羅成，熊得祥

(湖南城市學(xué)院城市規(guī)劃信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南益陽413000)

城市規(guī)劃是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到不同領(lǐng)域、不同類型的大量數(shù)據(jù)，城市規(guī)劃地理信息平臺通過對數(shù)據(jù)的有效管理，從而實(shí)現(xiàn)城市資源的合理配置與優(yōu)化．本文采用先進(jìn)的云GIS技術(shù)和MapGIS 10開發(fā)平臺對屬性數(shù)據(jù)和二三維空間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，依托數(shù)據(jù)中心，采用TCV懸浮式三層體系架構(gòu)，運(yùn)用“框架+插件”開發(fā)技術(shù)，設(shè)計(jì)了對城市規(guī)劃二三維信息的查詢定位、統(tǒng)計(jì)量算、規(guī)劃分析等功能．

MapGIS；三維；城市規(guī)劃；TCV

城市規(guī)劃是以城市協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，根據(jù)城市的地理、人文、經(jīng)濟(jì)等客觀條件對城市的整體發(fā)展進(jìn)行部署和安排，其數(shù)據(jù)涉及到不同領(lǐng)域、不同類型，數(shù)據(jù)量大，并且80%以上屬于空間信息[1]．隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃管理領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃管理的信息化．

城市規(guī)劃地理信息平臺是通過對城市各種資源有效集成整合，以門戶的形式為政府規(guī)劃部門、項(xiàng)目開發(fā)商、工程人員及公眾等提供其所需的全部信息與服務(wù)，從而提高城市核心競爭力[2]．本文以益陽市區(qū)為實(shí)驗(yàn)區(qū)，采用MapGIS 10作為系統(tǒng)開發(fā)平臺，以云GIS技術(shù)來實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和一體化的二維城市地圖查詢與三維景觀瀏覽等功能；將城市規(guī)劃各應(yīng)用系統(tǒng)集成到統(tǒng)一的地理信息平臺中，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃部門和公眾對城市信息資源的共享，從而實(shí)現(xiàn)城市資源的合理配置與優(yōu)化．

1 MapGIS 10簡介

MapGIS 10是由中地?cái)?shù)碼公司推出的一款全新的TCV(Terminal-Cloud-Virtual)懸浮式三層體系架構(gòu)云GIS軟件，具有“飄移、縱生、聚合、重構(gòu)”等特性[3]．與傳統(tǒng)奠基式體系架構(gòu)相比，MapGIS 10采用的懸浮倒掛式體系架構(gòu)技術(shù)[4]具有更好的伸縮性，更利于集成、管理和維護(hù)，也更加牢固和可靠，使軟件具備了云“飄移”的特性；先進(jìn)的微內(nèi)核群技術(shù)[5]將GIS不同應(yīng)用的核心功能模塊化，分別形成單獨(dú)的微內(nèi)核，將這些微內(nèi)核集成在一起，能夠“縱生”出可適應(yīng)需求變化的云服務(wù)，從而使這些核心功能更加容易設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)；松耦合技術(shù)使系統(tǒng)各層之間通過標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口進(jìn)行通信，為不同應(yīng)用的“聚合”奠定了基礎(chǔ)；功能與數(shù)據(jù)相分離使得云功能具有可移動性，能夠隨意插拔、靈活部署，為系統(tǒng)“重構(gòu)”提供了條件．

MapGIS 10以數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)基礎(chǔ)平臺為核心，采用的“框架+插件”開發(fā)模式可以按照用戶的需求靈活構(gòu)建功能豐富的應(yīng)用軟件．?dāng)?shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺具有資源管理和系統(tǒng)開發(fā)的雙層功能，不僅能夠?qū)Ω鞣N空間、非空間多源異構(gòu)數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)自身的信息進(jìn)行組織和操作，而且也是一種集搭建式、Flex和Silverlight等多種二次開發(fā)模式為一體的開發(fā)平臺[6]．

2 數(shù)據(jù)組織與管理

2.1屬性數(shù)據(jù)的組織與管理

城市規(guī)劃地理信息平臺是個復(fù)雜系統(tǒng)，需要不同類型、不同形式、不同來源的數(shù)據(jù)，既包括描述建筑物和規(guī)劃審批項(xiàng)目的屬性信息，又具有表現(xiàn)二維矢量和三維景觀的空間數(shù)據(jù)．屬性數(shù)據(jù)主要通過相關(guān)規(guī)劃單位的規(guī)劃審批數(shù)據(jù)庫獲取，對于數(shù)據(jù)庫中缺少的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行實(shí)地調(diào)查獲得，具體包括規(guī)劃項(xiàng)目名稱、方案名稱、建筑物容積率、方案綠化率、總用地面積、建筑物覆蓋率、建筑物名、建筑物性質(zhì)、建筑物層數(shù)、建筑物高度、建筑物占地面積、建筑物各層總面積、建筑物容納住戶數(shù)等．屬性數(shù)據(jù)以“一事一表”的原則進(jìn)行組織，采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL Server 2008進(jìn)行管理，表和表之間通過編號、名稱等關(guān)鍵字進(jìn)行聯(lián)系．

2.2二維數(shù)據(jù)處理與組織

原始二維數(shù)據(jù)通常為DWG格式，主要由規(guī)劃紅線、建筑物輪廓線等要素組成，可從規(guī)劃審批圖中提?。畬⑻崛『蟮腃AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MapGIS數(shù)據(jù)，保持到Geodatabase企業(yè)管理器中，采用目錄樹對數(shù)據(jù)按點(diǎn)、線、面等要素分層進(jìn)行組織和管理，然后運(yùn)用SDE技術(shù)將二維空間數(shù)據(jù)存儲到SQL Server中，并通過要素編號與屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了空間與屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理．

2.3三維城市建模

三維場景是城市規(guī)劃地理信息平臺中的重要數(shù)據(jù)，與屬性數(shù)據(jù)和二維數(shù)據(jù)相比，不僅具有龐大的數(shù)據(jù)量，而且建設(shè)更加復(fù)雜．三維城市建模包括三維地形建模和三維地物建模兩個部分，高質(zhì)量的三維地形建模能夠?yàn)橛脩籼峁┥砼R其境的存在感，是三維空間分析的保障，也是三維建模的關(guān)鍵．

三維地形建模首先需要對區(qū)域等高線進(jìn)行處理，然后運(yùn)用TIN（不規(guī)則三角網(wǎng)）或GRID（規(guī)則格網(wǎng)）構(gòu)建DEM（數(shù)字高程模型），將DOM（數(shù)字正射影像圖）與DEM進(jìn)行疊加，建立的益陽市區(qū)數(shù)字高程模型如圖1所示．三維地物建模又包括建筑物建模和非建筑物建模，由于三維城市模型的數(shù)據(jù)量極大，為了保證系統(tǒng)的運(yùn)行效率，對于標(biāo)志性建筑和規(guī)劃設(shè)計(jì)建筑等重要地物運(yùn)用3DMAX進(jìn)行精細(xì)建模，而其他普通地物可在MapGIS 10的MapWorkSpace中進(jìn)行批量建模，然后將建好的精模加載到MapWorkSpace中進(jìn)行調(diào)整，完成三維城市模型的建立．建筑物的紋理采用現(xiàn)場拍照的方式獲取，運(yùn)用PhotoShop對照片進(jìn)行裁剪、拉伸等處理后，對建筑物進(jìn)行貼圖操作．三維模型數(shù)據(jù)同樣采用目錄樹進(jìn)行分層組織，實(shí)現(xiàn)了二三維數(shù)據(jù)的一體化管理，如圖2所示．

圖1 益陽市區(qū)數(shù)字高程模型

圖2 益陽市區(qū)三維場景

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)

城市規(guī)劃地理信息平臺采用面向服務(wù)的TCV體系架構(gòu)，即頂端的終端應(yīng)用層、中間的云計(jì)算層和底層的虛擬設(shè)備層，進(jìn)一步提高對數(shù)據(jù)的組織與管理能力，實(shí)時為用戶提供地理信息服務(wù)，如圖3所示．

T層（終端應(yīng)用層）支持搭建式、Flex和Silverlight等多種二次開發(fā)方式，除了能夠開發(fā)桌面應(yīng)用程序，也為WebGIS和移動GIS提供開發(fā)環(huán)境，通過統(tǒng)一的接口與云計(jì)算層進(jìn)行交互，訪問功能插件和數(shù)據(jù)．

C層（云計(jì)算層）由GIS基礎(chǔ)內(nèi)核、GIS功能服務(wù)、服務(wù)集群和服務(wù)管理器組成，對城市規(guī)劃平臺數(shù)據(jù)、資源和服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一管理．GIS基礎(chǔ)功能元素和各種粒度的行業(yè)功能元素都部署在此處，通過標(biāo)準(zhǔn)接口與虛擬設(shè)備層通信，從而實(shí)現(xiàn)功能與數(shù)據(jù)及設(shè)備的分離．

V層（虛擬設(shè)備層）使用虛擬化存儲技術(shù)將計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫等存儲設(shè)備虛擬為系列邏輯資源池，為C層提供設(shè)備服務(wù)．對于數(shù)據(jù)，V層并不直接存儲，通過對數(shù)據(jù)存放位置的引用，在邏輯上形成數(shù)據(jù)資源池，實(shí)現(xiàn)二三維異構(gòu)數(shù)據(jù)集成管理．

圖3 城市規(guī)劃地理信息平臺體系架構(gòu)

3.2平臺功能設(shè)計(jì)

城市規(guī)劃地理信息平臺設(shè)計(jì)的目的是為城市規(guī)劃部門提供對規(guī)劃項(xiàng)目的管理、為規(guī)劃方案的制定提供決策支持，不僅需要具備MIS的規(guī)劃數(shù)據(jù)管理功能，還需要具備空間數(shù)據(jù)查詢和空間分析功能．因此，平臺需要包括數(shù)據(jù)操作、查詢統(tǒng)計(jì)、規(guī)劃分析、多媒體輸出等模塊，各模塊又包含不同的功能，平臺功能模塊如圖4所示．

數(shù)據(jù)操作模塊可以分為二維數(shù)據(jù)操作和三維數(shù)據(jù)操作兩個部分，二維數(shù)據(jù)操作包括圖層加載、卸載、放大、縮小、移動、刷新等功能；三維數(shù)據(jù)操作包括場景瀏覽、模型加載、模型調(diào)整等功能．

查詢統(tǒng)計(jì)包括二維查詢、三維查詢和統(tǒng)計(jì)量算，二維查詢具有點(diǎn)擊查詢、拉框查詢、條件查詢等多種查詢形式；三維查詢包括空間實(shí)體查詢和實(shí)體屬性查詢；統(tǒng)計(jì)量算則由專題數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、距離測量、面積測量和土方計(jì)算等功能組成．

規(guī)劃分析模塊除了包括緩沖區(qū)分析、路徑分析等空間分析常用功能外，還包括輔助規(guī)劃的日照分析、通視分析、方案對比等功能．

多媒體輸出包括場景圖片輸出和多媒體視頻輸出，場景圖片主要由場景可視效果圖、建筑物立面圖、城市天際線圖等組成；多媒體視頻包括日照動畫視頻和場景漫游視頻．

圖4 城市規(guī)劃地理信息平臺功能模塊

4 結(jié)語

采用以云GIS技術(shù)為基礎(chǔ)的TCV三層體系架構(gòu)進(jìn)行城市規(guī)劃地理信息平臺設(shè)計(jì)，使平臺具備飄移、縱生、聚合、重構(gòu)等特性，能夠應(yīng)需而變；以目錄樹進(jìn)行數(shù)據(jù)的分層組織，實(shí)現(xiàn)了海量二三維數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理；將數(shù)據(jù)中心作為內(nèi)核，使數(shù)據(jù)和功能相分離，多種二次開發(fā)方式協(xié)同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，使開發(fā)效率得到極大提高．

[1]張艷華,孫大龍.圖文數(shù)據(jù)動態(tài)聯(lián)接與多維數(shù)據(jù)管理在城市規(guī)劃管理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息,2008, 31(3):140-142.

[2]陳真.基于地理空間框架的城市規(guī)劃信息平臺研究[J].測繪通報(bào),2012(3):92-94.

[3]吳信才,徐世武,萬波,等.新一代的軟件結(jié)構(gòu)T-C-V結(jié)構(gòu)[J].地球科學(xué)-中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,39(2):221-226．

[4]吳信才.數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)技術(shù):新一代GIS架構(gòu)技術(shù)與開發(fā)模式[J].地球科學(xué),2009,34(3):540-546.

[5]張劍,羅鵬飛,張文明.基于微內(nèi)核的雷達(dá)數(shù)據(jù)處理平臺設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程,2009,35(17):277-279．

[6]吳信才.MapGIS搭建平臺原理與開發(fā)[M].電子工業(yè)出版社, 2011．

(責(zé)任編校：陳智全)

Design on Two and Three Dimensional Integrated Urban Planning Geography Information Platform Based on MapGIS 10

WU De-hua,XIE Jia-hao,LUO Cheng,XIONG De-xiang
(Key Laboratory of Urban Planning Information Technology,Hunan City University,Yiyang,Hunan 413000,China)

The urban planning is a complicated system engineering which involves a lot of data with different types in different fields.Urban planning geographical information platform was used to realize the target of rational allocating and optimizing city resources by managing data effectively.In this paper,the advanced Cloud GIS technology and the MapGIS 10 development platform were used to manage attributeion data and two or three dimensional spatial data uniformly.Based on the data center,the TCV suspended three layer architecture and the"frame+plug-in"development technology were used to design the two or three dimensional urban planning information functions of query,statistics,planning analysis and so on.

MapGIS;3D;urban planning;TCV

P208

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2015.01.013

1672–7304(2015)01–0051–03

2015-02-19

湖南省教育廳科學(xué)研究一般資助項(xiàng)目(13C109)；湖南省高校創(chuàng)新平臺開放基金資助項(xiàng)目(13K114)；湖南城市學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新資助項(xiàng)目(2014xs25)

吳德華(1976-)，男，湖南岳陽人，博士，講師，主要從事空間決策支持研究．