融合社交媒體大數(shù)據(jù)的城市三維模型構(gòu)建

郭正揚(yáng)，許捍衛(wèi)

（1.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211100）

3S技術(shù)應(yīng)用

融合社交媒體大數(shù)據(jù)的城市三維模型構(gòu)建

郭正揚(yáng)1，許捍衛(wèi)1

（1.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211100）

通過C#代碼編寫微博大數(shù)據(jù)抽取系統(tǒng)（定時自動抽?。?，自動抽取有關(guān)新街口地區(qū)消費(fèi)者對商戶的海量最新評論數(shù)據(jù)，從網(wǎng)頁上獲取南京新街口的GIS數(shù)據(jù)與微博數(shù)據(jù)一起形成數(shù)據(jù)庫，再將數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入Cityengine中，通過規(guī)則建模，形成具有情感信息的三維城市。該方法能夠直觀地看出南京市新街口地區(qū)的情感信息，便于選擇評價好的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)GIS服務(wù)于人。

CityEngine；微博大數(shù)據(jù)；三維；情感信息

對微博大數(shù)據(jù)而言，如何使消費(fèi)者對商戶的評價信息以三維形式展現(xiàn)并給人直觀的視覺感受顯得尤為重要[1]。本文對微博大數(shù)據(jù)的自動抽取進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)開發(fā)微博大數(shù)據(jù)抽取系統(tǒng)，對獲取的微博大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將分析后的微博大數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模顯示，將大數(shù)據(jù)技術(shù)與三維建模技術(shù)結(jié)合起來，幫助用戶直觀地理解數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，有利于為消費(fèi)者提供高質(zhì)量的商戶信息，同時也有利于促進(jìn)商戶不斷改善其服務(wù)水平與商品質(zhì)量，對實(shí)際生產(chǎn)生活具有重要意義。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的主要模塊有數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)模塊和前端三維系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊兩大部分。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)模塊包括微博大數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理、地圖數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理兩部分，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)需要使用到ArcGIS數(shù)據(jù)庫Geodatabase和SQL Server數(shù)據(jù)庫。利用SQL Server數(shù)據(jù)庫強(qiáng)大的數(shù)據(jù)聚合和處理能力來存儲和處理微博情感數(shù)據(jù)，Geodatabse數(shù)據(jù)庫則用來存儲和處理地圖數(shù)據(jù)。最終將處理好的微博數(shù)據(jù)和地圖數(shù)據(jù)導(dǎo)入到一個數(shù)據(jù)庫中。本系統(tǒng)選用的數(shù)據(jù)庫是Geodatabase，能與CityEngine（以下簡稱CE）無縫結(jié)合，形成完整數(shù)據(jù)庫，為下一步前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。

2.1 微博數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理

2.1.1 微博數(shù)據(jù)的獲取

對于微博數(shù)據(jù)的獲取模塊，首先聚合新浪微博和騰訊微博及大眾點(diǎn)評網(wǎng)開放平臺API于開發(fā)的數(shù)據(jù)抽取系統(tǒng)中。對新街口地區(qū)特定的點(diǎn)、話題以及特定時間對特定點(diǎn)等進(jìn)行時空數(shù)據(jù)抽取。通過發(fā)送http請求到開放平臺，返回JSON數(shù)據(jù)，對JSON數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，將抽取到的南京市新街口地區(qū)的商戶點(diǎn)評信息以及與南京市新街口地區(qū)有關(guān)的微博搜索數(shù)據(jù)入庫。對文本數(shù)據(jù)采用網(wǎng)絡(luò)上開源分詞工具盤古分詞來進(jìn)行分詞，提取存在的情感詞及情感值。表1為抽取到的部分微博數(shù)據(jù)條數(shù)。

表1 抽取到的微博數(shù)據(jù)條數(shù)

2.1.2 微博數(shù)據(jù)的預(yù)處理

由于通過數(shù)據(jù)抽取系統(tǒng)抽取到的微博數(shù)據(jù)數(shù)量非常大并且情感信息復(fù)雜，要有效地運(yùn)用這些微博數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)預(yù)處理，由此獲得方便在CE中運(yùn)用的微博數(shù)據(jù)。以新街口地區(qū)微博數(shù)據(jù)的預(yù)處理為例進(jìn)行說明。

1） 首先對 ArcGIS Editor for OpenstreetMap 獲取的房屋底面數(shù)據(jù)（以下簡稱OSM數(shù)據(jù)）獲取中心點(diǎn)，并以這些中心點(diǎn)為圓心、 50 m為半徑作緩沖區(qū)分析。對房屋底面數(shù)據(jù)的中心點(diǎn)作緩沖區(qū)分析的目的在于對微博數(shù)據(jù)進(jìn)行抽稀處理，使落在緩沖區(qū)內(nèi)的點(diǎn)被保留，落在緩沖區(qū)外的點(diǎn)被排除，與房屋底面數(shù)據(jù)相關(guān)的微博數(shù)據(jù)被保留，而與房屋底面數(shù)據(jù)關(guān)系不大的微博數(shù)據(jù)被排除，以此來對微博數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的利用。

2） 由于在緩沖區(qū)內(nèi)的每個微博點(diǎn)數(shù)據(jù)都有情感值，需要對這些情感值獲取平均值，用這個平均值來表達(dá)此地區(qū)的情感信息。首先，需要獲取每個緩沖區(qū)內(nèi)微博點(diǎn)的情感值總分，除以緩沖區(qū)內(nèi)的微博點(diǎn)個數(shù)，以此來獲取緩沖區(qū)內(nèi)微博點(diǎn)的情感值平均分。將獲取的微博點(diǎn)情感平均分分別賦給房屋底面數(shù)據(jù)中心點(diǎn)。獲取到的微博點(diǎn)平均分在2～6分之間，分?jǐn)?shù)越高則表示此地區(qū)的情感值越高，即此地區(qū)評價越好。因此，需要將這些情感平均分分段，以便在CE中用不同的符號來表達(dá)。將這些情感分?jǐn)?shù)分為（2～3）、（3～4）、（4～5）、（＞5）4個分段，在CE中分別用下雨、陰天、多云、晴天來表達(dá)。微博數(shù)據(jù)的預(yù)處理流程如圖2所示。

圖2 微博數(shù)據(jù)預(yù)處理過程

2.2 地圖數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理

由于本系統(tǒng)所使用的數(shù)據(jù)要求是南京市新街口地區(qū)的實(shí)時數(shù)據(jù)，因此不能選用現(xiàn)成的南京市新街口的數(shù)據(jù)，需要通過一定的方法從網(wǎng)上獲取所需要的數(shù)據(jù)。由于所需要的數(shù)據(jù)類型不同，所使用的方法也不盡相同。新街口地區(qū)的影像圖是通過稻歌軟件（http://www．daogle．com)截取的，即在稻歌軟件中通過鼠標(biāo)直接點(diǎn)取要截取區(qū)域的左上角和右下角坐標(biāo)，設(shè)置好地圖級別與地圖類型，最后選擇好輸出文件夾點(diǎn)擊輸出即可；道路以及房屋底面數(shù)據(jù)使用OpenStreetMap(http://www．openstreetmap．org/copyright）在網(wǎng)頁上爬取，即在OpenStreetMap網(wǎng)頁中輸入研究區(qū)域的經(jīng)緯度，點(diǎn)擊導(dǎo)出即可。OpenStreetMap?是開放數(shù)據(jù)，由OpenStreetMap基金會（OSMF）采用開放數(shù)據(jù)共享開放數(shù)據(jù)庫許可協(xié)議（ODbL）授權(quán)；地鐵數(shù)據(jù)通過ArcGIS中的插件ArcTilerPlugin1．4．2（http://www．a(chǎn)rctiler．com/index．html）獲??；底圖數(shù)據(jù)是通過之前獲取的影像圖在ArcGIS中經(jīng)過重新配色，再經(jīng)過圖幅配準(zhǔn)處理得到的[2]。

通過以上方法即可得到南京市新街口地區(qū)的地圖數(shù)據(jù)，將其導(dǎo)入到ArcGIS的數(shù)據(jù)庫Geodatabase中，圖3所示為獲取并預(yù)處理之后的南京市新街口地區(qū)的二維地圖數(shù)據(jù)。

圖3 研究區(qū)二維地圖數(shù)據(jù)

3 三維GIS實(shí)現(xiàn)

3.1 創(chuàng)建場景

要實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的功能，需要在CE中進(jìn)行前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在CE中進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先必須創(chuàng)建場景。打開CE，新建一個場景，選擇投影坐標(biāo)為墨卡托投影，將之前得到的底圖轉(zhuǎn)換成和數(shù)據(jù)庫一致的投影(這里選擇的是墨卡托投影)，分別將底圖和數(shù)據(jù)庫加載到場景中，效果如圖4所示。再在這個場景中進(jìn)行規(guī)則建模，將二維的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維的城市，達(dá)到三維城市建模的目的。

圖4 Cityengine中二維場景圖

3.2 基于規(guī)則的建模

規(guī)則是CE中自帶的一種腳本語言，通過編寫規(guī)則代碼可以進(jìn)行大批量的模型生成。規(guī)則定義一系列幾何和紋理特征，決定模型如何生成?；谝?guī)則建模的思想是定義規(guī)則，反復(fù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以創(chuàng)造更多細(xì)節(jié)。當(dāng)有大量模型創(chuàng)造和設(shè)計(jì)時，基于規(guī)則建?？梢怨?jié)省大量時間和成本[3-6]。

1） 公共設(shè)施規(guī)則的編寫思路。這里的公共設(shè)施包括操場、花壇、停車場、公園、草地、公交站臺、交通燈等。由于本系統(tǒng)追求卡通化的效果，而這些公共設(shè)施的結(jié)構(gòu)又極為復(fù)雜，故在規(guī)則當(dāng)中使用Dae模型。Dae模型是一種在3DMax或者Sketchup導(dǎo)出的格式，能與CE無縫結(jié)合[7]。以下為公共設(shè)施建模的方法：① 用extrude函數(shù)進(jìn)行拉伸操作；②用i函數(shù)導(dǎo)入dae模型；③用comp函數(shù)分面，方便為每個面貼圖；④用setupProjection函數(shù)設(shè)置紋理的大小，以及紋理對應(yīng)的紋理坐標(biāo)系圖； ⑤用texture函數(shù)導(dǎo)入圖片并貼圖；⑥ 用ProjectUV函數(shù)結(jié)束創(chuàng)建紋理。

2） 房屋規(guī)則的編寫思路。對于房屋可以不用Dae模型導(dǎo)入，只在CE中用代碼來實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)的房屋大體上分為南京市新街口中心的標(biāo)志性建筑和新街口周邊的民房兩大類。首先，對于標(biāo)志性建筑，需要先用extrude函數(shù)拉伸一定的高度，此高度可以隨著屬性進(jìn)行調(diào)節(jié)；再用comp函數(shù)對建筑分為前、后、左、右、上5個面,對于每個面再運(yùn)用split(x)函數(shù)沿x軸方向切分為不同的長度，對這些劃分的長度運(yùn)用texture，projectUV，setupProjection這三個函數(shù)進(jìn)行貼圖[8,9]。

對于南京市新街口周邊的民房，與標(biāo)志性建筑建模不同的地方有兩個方面。首先，拉伸的高度不同；其次，南京市新街口地區(qū)的民房屋頂不是通過貼圖來實(shí)現(xiàn)的，而是需要使用roofGable函數(shù)來具體設(shè)置屋頂?shù)臉邮健?/p>

3）道路規(guī)則的編寫思路。首先將道路分為路燈、人行道、樹木、人和交通工具5大模塊。然后對這些模塊分別編寫規(guī)則，其中對于樹木、人、交通工具和人行道運(yùn)用i函數(shù)引入dae模型來實(shí)現(xiàn)，對于路燈則采用之前獲取的交通燈的dae模型來實(shí)現(xiàn)。

4）地鐵規(guī)則編寫思路。地鐵需要對其進(jìn)行拉伸負(fù)值來實(shí)現(xiàn)。拉伸負(fù)值后會發(fā)現(xiàn)，在地上有一部分可見，需要運(yùn)用split(y)函數(shù)沿y方向進(jìn)行分割。將地上分為2個單位，地下分為18個單位，通過NIL函數(shù)將地上部分隱藏。由于本系統(tǒng)是卡通風(fēng)格，對地下部分可用color函數(shù)進(jìn)行綠色染色。

5）微博大數(shù)據(jù)的表達(dá)。對于之前獲取的微博數(shù)據(jù)，需要用不同的模型來表達(dá)。將微博數(shù)據(jù)分為4個分段，即（2～3）、（3～4）、（4～5）、（＞5），運(yùn)用下雨、陰天、多云、晴天來表現(xiàn)。首先，用extrude函數(shù)拉伸一定的高度，此高度必須比微博數(shù)據(jù)相對應(yīng)的建筑物的高度高。建筑物的高度信息是在網(wǎng)頁上獲取的，將這些高度信息加入到建筑物圖層屬性中，通過屬性設(shè)定建筑物的高度，進(jìn)而建筑物上的微博情感點(diǎn)高度也可通過屬性獲得。將微博數(shù)據(jù)點(diǎn)的高度設(shè)置為比與之對應(yīng)的建筑物高出20 m。微博數(shù)據(jù)點(diǎn)的高度確定之后，用i函數(shù)導(dǎo)入在sketchup中制作好的dae模型，再用s函數(shù)定義為點(diǎn)狀要素，即可完成微博情感數(shù)據(jù)的表達(dá)。具體實(shí)現(xiàn)方法為：①用Attr函數(shù)定義常量； ②用case和else函數(shù)分情況討論旋轉(zhuǎn)角度和尺寸大??；③用s函數(shù)設(shè)置模型的尺寸、r函數(shù)設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度、t函數(shù)設(shè)置寬度的大?。虎?用i函數(shù)導(dǎo)入dae模型。

3.3 規(guī)劃設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)測試

由于系統(tǒng)中一些數(shù)據(jù)通過手動矢量化得到，其位置可能會與實(shí)際有些偏差，需要進(jìn)行后期的位置調(diào)整和規(guī)劃設(shè)計(jì)。對于地圖數(shù)據(jù)，通過修改CGA規(guī)則的相關(guān)屬性來修改模型的高度等特征，以動態(tài)的方式來調(diào)整整體顯示效果，從而增加CGA規(guī)則的靈活性。而對于一些公共設(shè)施，則需要通過手動調(diào)節(jié)來調(diào)整其位置。經(jīng)過調(diào)整后的效果如圖5所示。

圖5 整體效果圖

4 結(jié) 語

對微博大數(shù)據(jù)的自動抽取進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)開發(fā)微博大數(shù)據(jù)抽取系統(tǒng)，對獲取的微博大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并且將分析后的微博大數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模顯示，將大數(shù)據(jù)技術(shù)與三維建模技術(shù)結(jié)合起來，幫助用戶直觀地理解數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，有利于為消費(fèi)者提供高質(zhì)量的商戶信息，同時也有利于促進(jìn)商戶不斷改善其服務(wù)水平與商品質(zhì)量，對實(shí)際生產(chǎn)生活具有重要意義。

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P208

B

1672-4623（2017）10-0046-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.10.014

2016-07-20。

項(xiàng)目來源：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（ 41101374） ；水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目（ 201201025）。

郭正揚(yáng)，碩士，研究方向?yàn)镚IS系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用。