柳州市2.5維地圖的生產(chǎn)與發(fā)布

唐玉召

摘 要：柳州市2.5維地圖的生產(chǎn)與發(fā)布是基于柳州市城市三維模型建設基礎上，對三維模型數(shù)據(jù)按平行投影變換后，按照一定高度、視角和燈光效果進行渲染輸出、加工制作出2.5維地圖，并進行發(fā)布。在傳統(tǒng)二維地圖和真三維地圖很好地起到一個承上啟下的作用，提高了真三維數(shù)據(jù)的應用價值，也極大的豐富和擴充了柳州市基礎地理信息數(shù)據(jù)成果種類和數(shù)據(jù)信息含量，為"智慧城市"的可持續(xù)建設提供了保障。

關鍵詞：2.5維地圖；三維；智慧城市

引言：隨著城市建設發(fā)展，城市中樓群林立，情況復雜，二維地圖存在很大局限性，已經(jīng)遠遠不能滿足智慧城市管理的現(xiàn)實需要，三維地理空間信息技術取而代之是必然趨勢。本項目在柳州市城市三維模型建設基礎上，對三維模型數(shù)據(jù)按平行投影變換后，按照一定高度、視角和燈光效果進行渲染輸出、加工制作出2.5維地圖，既具有三維數(shù)字地圖良好的表現(xiàn)效果，又具備數(shù)據(jù)量小、網(wǎng)上傳輸速度快的優(yōu)點，滿足了在現(xiàn)有的網(wǎng)絡環(huán)境下對三維地圖的快速瀏覽訪問。在傳統(tǒng)二維地圖和真三維地圖很好地起到一個承上啟下的作用，提高了真三維數(shù)據(jù)的應用價值。

一、2.5維電子地圖的生產(chǎn)及發(fā)布

（一）技術方案與作業(yè)流程。柳州市2.5維電子地圖制作是利用柳州市城市三維模型為基礎，在制作要求范圍內(nèi)，以影像圖為底圖，疊加三維模型，通過CityMaker平臺軟件，可渲染具有任意視角的2.5維電子地圖，同時收集或采集柳州市地名地址（POI）屬性數(shù)據(jù)、道路屬性數(shù)據(jù)、建筑屬性數(shù)據(jù)和水系屬性數(shù)據(jù)，用于屬性數(shù)據(jù)建庫和2.5D電子地圖查詢之用。最終實現(xiàn)柳州市2.5D電子地圖的發(fā)布與建庫，搭建柳州市2.5D電子地圖系統(tǒng)。該地圖既具有三維數(shù)字地圖良好的表現(xiàn)效果，又具備數(shù)據(jù)量小、網(wǎng)上傳輸速度快的優(yōu)點，滿足了在現(xiàn)有的網(wǎng)絡環(huán)境下對三維地圖的快速瀏覽訪問。CityMaker 平臺的2.5D地圖，依靠三維數(shù)據(jù)為基礎，整合出的三維實景圖像，可直觀模擬場景。

（二）關鍵技術。（1）場景設置和渲染出圖。1）攝像機的設置。攝像機的設置對于整個 2.5 維地圖的制作有著統(tǒng)觀全局的意義。不僅決定了整個三維場景的視覺效果，還對后面圖幅拼接和地圖配準環(huán)節(jié)中誤差控制有重要影響。通過調整攝像機的位置和焦距，確定視圖中建筑物的位置和尺寸，提高其視覺上的真實度。因此一張高質量的 2.5 維地圖，也需要進行反復的攝像機設置試驗。攝像機和目標點的初始值必須為10的整數(shù)倍，如1240，3420等，通常選擇TOP視圖的左下角為初始值，固定傾斜角度為向下45度，高度統(tǒng)一為最大比例尺圖層出圖高度。

經(jīng)過10度、30度、45度、65度、75度及東北、東南、西南、西北四個方向實驗，10度-45度影像經(jīng)坐標糾正后，地物（特別是高層地物）拉伸明顯，75度方向過于接近正射影像，考慮到相機鏡頭一般設置為50度-80度之間，選擇65度試驗，能較好的接近真實景觀及符合人眼常規(guī)視覺，因而渲染出圖參數(shù)選擇東北方向，俯仰角-65度。2）渲染出圖。渲染程序的工作原理是，首先決定物體的位置關系（如：確定哪些物體在前面，哪些物體被遮擋），保證攝像機和目標點的高度不變，每次渲染采用逐條掃描式，如：攝像機和目標點向X、Y方向移動150個單位，保證每幅圖之間有一定的圖形重疊；由于本項目是采用分區(qū)域建模，因此渲染過程也是分區(qū)域渲染，為了保證每個區(qū)域的出圖效果和風格保持一致，采取統(tǒng)一的角度，保存一個固定的場景，渲染時直接把各個區(qū)域的整體三維模型與該場景合并即可。效果圖分辨率越大效清晰，但會大大延長渲染時間，在保證出圖效果的基礎上，根據(jù)區(qū)域面積的大小設置輸出效果圖的分辨率，以0.2或0.5米分辨率為參考參數(shù)。

（2）圖幅拼接和后期處理。各個分區(qū)的渲染圖輸出完成之后，需要對分區(qū)圖進行修正，補充。修正主要是解決渲染中各種問題，如面丟失，紋理丟失等，對色調不合適的圖面進行調整，如果問題較多則需要重新進行渲染出圖。每個分區(qū)渲染圖處理完成之后，就該進行圖幅拼接，讓分區(qū)地圖形成整幅的地圖，拼接是在Erdas中進行。接邊要素補充和相關屬性添加拼接完成之后，還要進行圖幅的一些后期處理，包括接邊處要素的補充，標注的添加等。接邊處要素的補充，主要是對立交橋、人行橋或者過水橋等被分區(qū)邊界分割的地物，此類地物最好是單獨進行建模并渲染，最后再與總圖疊加。最后是添加相關屬性數(shù)據(jù)，主要是道路名稱標注、重要橋梁名稱標注。

（3）服務發(fā)布。2.5維地圖經(jīng)配準之后，就具備了投影信息和坐標信息，結合其空間信息的特性，實現(xiàn)各種電子地圖的應用是地圖制作的最終目的。2.5維地圖因為其特性，實現(xiàn)本地的地圖應用，并不具有普通三維 GIS 平臺的優(yōu)勢，需要將地圖發(fā)布成服務，最終通過本地網(wǎng)絡或者互聯(lián)網(wǎng)訪問地圖，實現(xiàn)網(wǎng)絡環(huán)境的地圖應用才能體現(xiàn)它的優(yōu)勢。

地圖服務有兩種類型，動態(tài)地圖服務和緩存地圖服務，動態(tài)地圖服務是指客服端每請求一次地圖服務，都需要通過服務器端渲染之后再返回，緩存地圖服務是指客戶端請求地圖服務時，返回的是服務器端預先創(chuàng)建好的地圖切片。緩存地圖服務可以大幅提高客戶端地圖的顯示速度，并能得到高質量的渲染地圖，但只能是一系列固定比例尺的地圖；動態(tài)地圖服務雖然在比例尺顯示等方面有較強的靈活性，但顯示速度和效果不及緩存地圖服務。因此，鑒于緩存地圖服務效果質量高、瀏覽速度快的優(yōu)勢，本項目采用基于ArcGIS Server使用ArcCatalog進行柳州市2.5 維地圖服務發(fā)布的方式。

發(fā)布地圖服務通常是采用 ArcGIS 的 MXD 地圖文檔，在

ArcGIS Server 9.3.1 版本之后推出了 MSD 地圖文檔，這是一種經(jīng)過優(yōu)化的地圖文檔，通過 ArcMap 中的 Map Service Publish

ing 工具發(fā)布，不僅能提供優(yōu)化后的地圖預覽，節(jié)省切片完成后再預覽的等待時間，還有地圖抗鋸齒和文本抗鋸齒，使生成的瓦片地圖更加美觀。用地圖文檔發(fā)布地圖后，只是動態(tài)地圖服務，要生成靜態(tài)地圖服務，必須進行切片方案的選擇和參數(shù)設置。 本項目采用的高斯克呂格投影坐標系，所以選擇ArcGIS

Online切片方案。最終選擇從等級 13級比例尺 1：72223.82 開始切片，選用切片大小 256*256 像素，采用PNG32格式。

各個等級的地圖切片完成之后，此時的地圖服務就變成了緩存地圖服務。發(fā)布的地圖服務可以從 ArcGIS Server REST 的服務目錄中查看，在 ArcGIS JavaScript API 客戶端預覽。

（三）最終成果提交及質量檢查。全部工作完成后提交2.5維地圖平臺發(fā)布要求的2.5維地圖渲染原始數(shù)據(jù)（.img/tif格式）以及相關技術文檔數(shù)據(jù)（.doc格式）所提交的成果（如下圖）均進行過以下幾項檢查：位置精度檢查；屬性精度檢查；邏輯一致性檢查；完整性和正確性檢查；圖面質量。

二、結束語

在城市三維模型數(shù)據(jù)的基礎上生產(chǎn)的2.5維地圖數(shù)據(jù)極大的豐富和擴充了柳州市基礎地理信息數(shù)據(jù)成果種類和數(shù)據(jù)信息含量，不但可為交通導航、地質、環(huán)保、通信、建筑工程、旅游宣傳、城市反恐應急救災處理等多種領域提供基礎性服務，亦能為政府和居民日常生活提供各類輔助決策分析，解決柳州市基礎地理數(shù)據(jù)基礎薄弱的問題。通過快速高效的為柳州市提供精確、詳實、豐富的基礎地理信息，可提效增質的保障柳州市的城市建設和規(guī)劃管理工作，為政府部門和社會公眾提供權威可靠的空間信息服務，促進電子政務應用的深入發(fā)展，推動社會相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為實現(xiàn)“智慧城市”建設的持續(xù)發(fā)展保駕護航。

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