三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)

吳掠桅，王芙蓉，崔　蓓，諸敏秋

(南京市城市規(guī)劃編制研究中心，江蘇 南京 210008)

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三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)

吳掠桅，王芙蓉，崔蓓，諸敏秋

(南京市城市規(guī)劃編制研究中心，江蘇 南京 210008)

三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)是地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的重要組成和延伸。本文主要闡述了三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)方法和思路，并對(duì)三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)的總體框架、建設(shè)內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)等方面進(jìn)行了思考和設(shè)計(jì)。本文的思路和方法可以為各地區(qū)或部門的三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)提供參考和依據(jù)，并可以為三維地理信息的服務(wù)共享提供技術(shù)支撐，滿足日益增長(zhǎng)的測(cè)繪地理信息共享應(yīng)用需求。

三維；地理信息；公共服務(wù)平臺(tái)；共享

地理信息公共服務(wù)平臺(tái)是依托已有測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)，通過(guò)在線方式提供測(cè)繪地理信息共享、服務(wù)和應(yīng)用的信息平臺(tái)。隨著各級(jí)政府對(duì)“數(shù)字城市”“智慧城市”等建設(shè)的推進(jìn)，地理信息公共服務(wù)平臺(tái)在推動(dòng)空間信息資源整合利用、提升測(cè)繪保障服務(wù)能力方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。目前，地理信息公共服務(wù)平臺(tái)注重對(duì)二維地理信息的共享。而三維地理信息同樣是測(cè)繪地理信息的重要組成部分，并且具備對(duì)空間表達(dá)更加真實(shí)、生動(dòng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。因此，將公共服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)理念應(yīng)用于三維地理信息，建立三維公共服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行服務(wù)共享，有著不可忽略的需求驅(qū)動(dòng)。

一、平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1. 建設(shè)思路與目標(biāo)

三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路是遵循公共服務(wù)平臺(tái)“分建共享、協(xié)同服務(wù)”的原則，以服務(wù)的形式對(duì)三維地理信息進(jìn)行發(fā)布和共享，解決目前三維地理信息應(yīng)用中存在的“煙囪式”建設(shè)模式難以突破、三維基礎(chǔ)平臺(tái)壁壘長(zhǎng)期存在等問(wèn)題，達(dá)到降本增效的目的，并最終作為三維部分，與已有的二維部分共同形成功能全面完整的地理信息公共服務(wù)平臺(tái)。

相比二維，三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的具體建設(shè)內(nèi)容未有統(tǒng)一規(guī)范指導(dǎo)，且三維服務(wù)接口沒有公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。在此前提下，三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)應(yīng)以“統(tǒng)一、開放、共享”為建設(shè)目標(biāo)，即通過(guò)統(tǒng)一平臺(tái)對(duì)三維地理信息進(jìn)行管理和提供調(diào)用，嘗試突破基礎(chǔ)三維平臺(tái)的開放式服務(wù)共享，并最終形成三維地理信息的共建共享機(jī)制，互通有無(wú)，有效整合三維地理信息資源。

2. 總體框架

總體框架是對(duì)三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)的總體設(shè)計(jì)，遵循分層組織的原則，共分為支撐層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層4個(gè)部分。其中，支撐層包括平臺(tái)建設(shè)和運(yùn)行所需要的軟硬件、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及信息安全方面的支撐；數(shù)據(jù)層主要為平臺(tái)提供所需的二、三維空間數(shù)據(jù)支持；平臺(tái)層實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的主體功能，包括三維數(shù)據(jù)的管理、三維服務(wù)的管理、平臺(tái)的運(yùn)行維護(hù)，以及三維數(shù)據(jù)的可視化、查詢和分析；應(yīng)用層主要是基于平臺(tái)為各類三維應(yīng)用提供數(shù)據(jù)和功能支撐。平臺(tái)總體框架如圖1所示。

3. 建設(shè)內(nèi)容

(1) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)的基礎(chǔ)和依據(jù)，需根據(jù)實(shí)際情況，采取直接引用和自行制定相結(jié)合的辦法，形成三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如圖2所示。

1) 三維建模技術(shù)規(guī)程。在《城市三維建模技術(shù)規(guī)范》(CJJ/T 157—2010)、《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》(CH/T 9015—2012)、《三維地理信息模型生產(chǎn)規(guī)范》(CH/T 9016—2012)等國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，根據(jù)平臺(tái)建設(shè)需求，在紋理、貼圖、模型格式、坐標(biāo)系及可視化表達(dá)等方面進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，形成平臺(tái)的三維建模技術(shù)規(guī)程。

圖1　三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)總體框架

圖2　三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

2) 三維數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)規(guī)范。三維數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)規(guī)范是為了建立系統(tǒng)化的三維數(shù)據(jù)入庫(kù)流程，統(tǒng)一三維數(shù)據(jù)庫(kù)的管理更新機(jī)制，增進(jìn)數(shù)據(jù)一致性并應(yīng)對(duì)不同部門之間可能存在數(shù)據(jù)屬性格式不統(tǒng)一的問(wèn)題。在《三維地理信息模型數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范》(CH/T 9017—2012)等相關(guān)規(guī)范基礎(chǔ)上，可從三維源數(shù)據(jù)庫(kù)、三維表現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)等角度進(jìn)行深入制定，形成平臺(tái)的三維數(shù)據(jù)庫(kù)管理規(guī)范。

3) 三維地理信息數(shù)據(jù)脫密規(guī)范?；趪?guó)家現(xiàn)行的涉密數(shù)據(jù)發(fā)布政策及地理信息數(shù)據(jù)脫密處理方法，制定三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)中三維數(shù)據(jù)的脫密處理規(guī)范，采用剔除、替換、修改等各種方式的脫密處理，使三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的三維數(shù)據(jù)可以直接在政務(wù)外網(wǎng)中進(jìn)行發(fā)布和共享。

4) 三維地理信息服務(wù)接口規(guī)范。為實(shí)現(xiàn)三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)的服務(wù)方式發(fā)布，保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)能夠協(xié)同提供統(tǒng)一的服務(wù)，需制定三維地理信息服務(wù)接口規(guī)范。三維服務(wù)接口規(guī)范應(yīng)包括三維模型數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范、三維地形數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范、三維場(chǎng)景服務(wù)接口規(guī)范及三維地圖API接口規(guī)范等具體內(nèi)容。

(2) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1) 現(xiàn)狀建筑體塊模型。根據(jù)二維現(xiàn)狀建筑基底輪廓GIS數(shù)據(jù)直接生成現(xiàn)狀建筑三維體塊模型，并與二維現(xiàn)狀GIS數(shù)據(jù)保持基本一致。體塊建筑高度根據(jù)二維現(xiàn)狀建筑基底輪廓GIS數(shù)據(jù)層數(shù)或高程屬性生成。

2) 精細(xì)模型。在平臺(tái)建設(shè)范圍內(nèi)進(jìn)行人工精細(xì)三維建模，所生產(chǎn)的精細(xì)模型數(shù)據(jù)形式為3ds Max模型和JPG、PNG紋理，并且模型細(xì)節(jié)需嚴(yán)格依據(jù)已制定的三維建模技術(shù)規(guī)范，以保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)性和規(guī)范性。

3) 影像和數(shù)字高程模型。為反映地形起伏和地表形態(tài)，采用0.5 m分辨率影像數(shù)據(jù)和1∶10 000數(shù)字地面高程模型數(shù)據(jù)，利用相關(guān)工具生成逼真的，反映地形分布、材質(zhì)及道路走向的三維地形模型。

4) 矢量數(shù)據(jù)。包括二維的道路中心線、行政區(qū)劃及興趣點(diǎn)(POI)等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將作為要素圖層疊置到三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)中，豐富數(shù)據(jù)類型，并滿足信息查詢、定位和瀏覽提示的需要。

(3) 三維數(shù)據(jù)建庫(kù)

三維地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)是三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)的主要組織和存儲(chǔ)形式。為保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并盡可能提高三維地理信息的展示效率，采用源數(shù)據(jù)庫(kù)和表現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)兩庫(kù)并存的數(shù)據(jù)庫(kù)模式，兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)基本相同，數(shù)據(jù)共享。表現(xiàn)庫(kù)中的數(shù)據(jù)由源數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)通過(guò)軟件一鍵同步生成，并進(jìn)行一定優(yōu)化，以滿足顯示效率的需要。同時(shí)，為滿足數(shù)據(jù)備份的需要，還設(shè)計(jì)了歷史庫(kù)，采取全部更新和增量更新兩種方式，以保障數(shù)據(jù)安全性。

(4) 軟件平臺(tái)

軟件平臺(tái)主要提供三維地理信息的展示和基本應(yīng)用，同時(shí)也提供三維地理信息的共享交換功能及基于平臺(tái)二次開發(fā)接口進(jìn)行三維地理信息應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。軟件平臺(tái)主要包括資源展示子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)和運(yùn)維管理子系統(tǒng)。

1) 三維資源展示子系統(tǒng)。資源展示系統(tǒng)是三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的門戶和窗口，采用B/S架構(gòu)，主要功能包括三維場(chǎng)景瀏覽、地圖工具、區(qū)域定位、路徑漫游、興趣點(diǎn)查詢、場(chǎng)景特效、圖層目錄、數(shù)據(jù)加載、查詢分析、熱點(diǎn)管理等功能，可以滿足大部分普通的三維地理信息瀏覽和查詢需求。

2) 三維數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)。三維數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是有效管理三維地理信息的重要工具，與三維數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)，又包括源數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)和表現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)均具備建立和管理多源、多尺度三維地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)能力，包含數(shù)據(jù)監(jiān)理、數(shù)據(jù)入庫(kù)更新、數(shù)據(jù)編輯、快速建模、數(shù)據(jù)導(dǎo)出與分發(fā)、歷史庫(kù)管理、數(shù)據(jù)編輯等主要功能，并支持地方坐標(biāo)系，可進(jìn)行本地及其他坐標(biāo)系設(shè)置。

3) 三維運(yùn)維管理子系統(tǒng)。三維運(yùn)維管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)用戶、服務(wù)及功能權(quán)限的統(tǒng)一管理，具體包括：用戶的角色及權(quán)限管理，三維服務(wù)的新建、注冊(cè)及運(yùn)維管理，日志的查看、導(dǎo)出及統(tǒng)計(jì)分析，基礎(chǔ)三維平臺(tái)的授權(quán)管理等功能。

二、關(guān)鍵技術(shù)

1. 多級(jí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)加載技術(shù)

三維地理信息相較二維數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量大，加載和展示時(shí)會(huì)大量占用內(nèi)存、CPU、顯卡等資源，為提高效率，平臺(tái)通過(guò)多線程處理，利用KLCD、LOD、遮擋剔除等技術(shù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行多級(jí)分類降精處理，當(dāng)前視野范圍內(nèi)的三維地理信息通過(guò)動(dòng)態(tài)層次加載，實(shí)現(xiàn)同等數(shù)據(jù)量的資源占用優(yōu)化，保障整體性能提升。目前主要根據(jù)外包圍盒計(jì)算某個(gè)模型對(duì)象的大小尺度及最大可視距離，并根據(jù)最大可視距離在數(shù)據(jù)生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行多級(jí)數(shù)據(jù)生產(chǎn)，在加載展示時(shí)，會(huì)根據(jù)視點(diǎn)與模型的距離，讀取某一層次的數(shù)據(jù)文件。圖3為不同距離加載的不同級(jí)別數(shù)據(jù)的示意圖。

圖3　根據(jù)距離加載相應(yīng)級(jí)別數(shù)據(jù)

2. 開放式三維服務(wù)接口協(xié)議

目前，三維相對(duì)二維存在數(shù)據(jù)量大、渲染技術(shù)各異等問(wèn)題，三維地理信息服務(wù)尚未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法進(jìn)行三維地理信息的跨三維平臺(tái)服務(wù)共享。為更好地支持各家平臺(tái)的三維系統(tǒng)，除自身內(nèi)部三維服務(wù)接口協(xié)議外，還定義了一種公開的三維服務(wù)接口協(xié)議，第三方平臺(tái)系統(tǒng)只要遵循該服務(wù)接口協(xié)議，就能通過(guò)服務(wù)獲取到三維地理數(shù)據(jù)。

可采用公開的第三方三維軟件OSG(open scene graph)作為渲染底層，運(yùn)用OSG插件技術(shù)實(shí)現(xiàn)開放式三維服務(wù)的接入，為不同三維平臺(tái)接入三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的三維服務(wù)提供技術(shù)參考和支撐。

3. 三維服務(wù)拆分及聚合技術(shù)

當(dāng)三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)中的三維服務(wù)逐漸增多時(shí)，諸如“部分提取某些服務(wù)中的數(shù)據(jù)”這樣的需求就不能夠完全被滿足，三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)采取了三維服務(wù)拆分技術(shù)，將大范圍的三維服務(wù)按照用戶要求進(jìn)行服務(wù)拆分，并可通過(guò)服務(wù)聚合功能，可以將n個(gè)服務(wù)聚合成1個(gè)服務(wù)，給用戶帶來(lái)便利。

平臺(tái)設(shè)計(jì)了邏輯服務(wù)，在單個(gè)服務(wù)發(fā)布完成后，用戶通過(guò)添加邏輯服務(wù)，可以將多個(gè)服務(wù)組織成一個(gè)邏輯服務(wù)，也可以將一個(gè)服務(wù)拆分成幾個(gè)服務(wù)添加需要的服務(wù)進(jìn)邏輯服務(wù)，并重新發(fā)布。用戶可根據(jù)需要，配置自己的邏輯服務(wù)。

三、結(jié)束語(yǔ)

三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)是既有地理信息公共服務(wù)平臺(tái)不斷發(fā)展的下一個(gè)臺(tái)階，無(wú)論是從其自身作為三維地理信息瀏覽展示的平臺(tái)，還是作為測(cè)繪地理信息基礎(chǔ)設(shè)施提供服務(wù)，都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著信息化和智慧化程度的不斷加深，各行各業(yè)對(duì)以三維地理信息為主要組成部分的測(cè)繪地理信息的應(yīng)用需求也將進(jìn)一步深入，三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)的實(shí)踐意義必將在快速增長(zhǎng)的應(yīng)用中充分體現(xiàn)。

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The Construction of Platform for Three-dimensional Geoinformation Common Services

WU Lvewei，WANG Furong，CUI Bei，ZHU Minqiu

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0166.

2015-06-02

江蘇省測(cè)繪科研項(xiàng)目(JSCHKY201306)

吳掠桅(1984—)，男，碩士，工程師，主要從事智慧城市及地理信息應(yīng)用方面的研究和工作。E-mail：66076826@qq.com

P208

B

0494-0911(2016)05-0101-03

引文格式： 吳掠桅，王芙蓉，崔蓓，等. 三維地理信息公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(5)：101-103.