西寧市三維城市共享平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用

郭德福，張福存，陳興芳

(西寧市測(cè)繪院，青海 西寧 810001)

1 引 言

近年來(lái)，西寧市大力推動(dòng)“智慧西寧”建設(shè)，圍繞“智慧民生，幸福西寧”，全力推進(jìn)智慧城市各項(xiàng)工作。目前西寧市在建設(shè)自己綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)時(shí)也存在一些不足，比如數(shù)據(jù)無(wú)法共享、服務(wù)無(wú)法共享、表現(xiàn)形式不夠直觀、數(shù)據(jù)存放不規(guī)范等情況，無(wú)法挖掘和應(yīng)用大數(shù)據(jù)價(jià)值，容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)安全及資源浪費(fèi)問(wèn)題。因此，建立一個(gè)可視化程度高、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、共享安全的三維城市共享平臺(tái)勢(shì)在必行。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：建立完善的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和服務(wù)的一體化管理，支撐專題地理信息的應(yīng)用。建立地理信息資源目錄系統(tǒng)，規(guī)范基礎(chǔ)信息和政務(wù)信息的采集，然后根據(jù)各局委辦部門職責(zé)和已有數(shù)據(jù)信息情況，在部門分類目錄的基礎(chǔ)上，建立主題目錄。以目錄服務(wù)為服務(wù)基準(zhǔn)，提升地理信息資源的利用率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與政府部門的信息資源、綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)等相互掛接、交互與集成，從而為資源的獲取、共享提供有效且安全的整合手段，對(duì)于即將開發(fā)的新數(shù)據(jù)資源，在一定范圍內(nèi)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)上、宏觀上的統(tǒng)一規(guī)劃。

整合行政服務(wù)資源和基礎(chǔ)地理信息，基于SOA架構(gòu)模式和ESB服務(wù)總線的總體架構(gòu)，建立多級(jí)別機(jī)制，例如轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，支持分布式部署，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)前置交換及實(shí)時(shí)共享，建成西寧市三維城市共享平臺(tái)。

2.2 項(xiàng)目建設(shè)總體框架

本項(xiàng)目建設(shè)主要包括標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、數(shù)據(jù)資源體系建設(shè)、西寧市三維城市共享平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)(政務(wù)版共享服務(wù)平臺(tái)、公眾版共享服務(wù)平臺(tái))，示范應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)(西寧市國(guó)土資源綜合管理系統(tǒng)、三維規(guī)劃管理輔助系統(tǒng))，項(xiàng)目建設(shè)總體框架如圖1所示。其中，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系主要是保障項(xiàng)目順利實(shí)施的一套技術(shù)規(guī)范；信息資源數(shù)據(jù)庫(kù)是對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、專題地理信息數(shù)據(jù)和公共專題數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理并分類建庫(kù)；共享平臺(tái)主要是對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行科學(xué)管理，同時(shí)為各類應(yīng)用提供功能服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)。

圖1 項(xiàng)目建設(shè)總體框架

2.3 平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)由基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層四部分組成，平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)層：基礎(chǔ)層主要是由基礎(chǔ)軟件、基礎(chǔ)硬件和網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)成，以數(shù)據(jù)層為基礎(chǔ)，為服務(wù)提供各種引擎，主要由地圖引擎、地名地址匹配引擎、ArcGIS Server等引擎為服務(wù)層提供支撐。

數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)采用Oracle11g，依據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的屬性和種類，數(shù)據(jù)層包含了三維共享所需的所有二維基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)、影像數(shù)據(jù)庫(kù)、三維數(shù)據(jù)庫(kù)等。

服務(wù)層：服務(wù)接口層由目錄服務(wù)、地址匹配服務(wù)、ArcGIS Server服務(wù)、政務(wù)信息圖層服務(wù)、元數(shù)據(jù)服務(wù)、二維圖片、安全認(rèn)證等服務(wù)組成。服務(wù)層通過(guò)引擎層提供的引擎并整合平臺(tái)中的所有服務(wù)于資源服務(wù)系統(tǒng)中，由平臺(tái)運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的權(quán)限管理。

應(yīng)用層：主要包括政務(wù)門戶網(wǎng)站、公眾版天地圖西寧、示范應(yīng)用系統(tǒng)等。通過(guò)服務(wù)層提供的資源服務(wù)，可滿足應(yīng)用層的各種數(shù)據(jù)需求，還可以進(jìn)行搭建所需的應(yīng)用系統(tǒng)。

2.4 西寧市三維城市共享平臺(tái)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

西寧市三維城市共享平臺(tái)為組件式開發(fā)系統(tǒng)，各個(gè)模塊相對(duì)獨(dú)立，主要由運(yùn)維管理系統(tǒng)、資源服務(wù)系統(tǒng)、平臺(tái)門戶系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、資源目錄系統(tǒng)構(gòu)成。

(1)運(yùn)維管理系統(tǒng)：運(yùn)維管理系統(tǒng)主要是三維共享平臺(tái)的一個(gè)綜合管理系統(tǒng)，保障系統(tǒng)安全運(yùn)行，運(yùn)維管理系統(tǒng)包括安全管理、門戶系統(tǒng)管理、資源服務(wù)中心、日志巡查、監(jiān)控管理和健康巡檢等內(nèi)容。

(2)資源服務(wù)系統(tǒng)：資源服務(wù)系統(tǒng)包括本地服務(wù)和遠(yuǎn)程服務(wù)，其中本地服務(wù)通過(guò)內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用，為保證數(shù)據(jù)本身的安全，遠(yuǎn)程服務(wù)通過(guò)調(diào)用加密地址轉(zhuǎn)發(fā)的形式。

(3)平臺(tái)門戶系統(tǒng)：平臺(tái)門戶包括新聞中心、資源應(yīng)用、開發(fā)中心、個(gè)人中心和常見問(wèn)題等，通過(guò)首頁(yè)菜單導(dǎo)航，系統(tǒng)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)模塊界面。

(4)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)：數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)配置管理、數(shù)據(jù)導(dǎo)入和導(dǎo)出、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、圖層打包、服務(wù)發(fā)布和地址庫(kù)管理等工作。

(5)資源目錄系統(tǒng)構(gòu)成：資源目錄系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)目錄管理、資源管理、統(tǒng)計(jì)分析等功能。

西寧市三維城市共享平臺(tái)提供地理信息數(shù)據(jù)在線瀏覽功能，目前已收集數(shù)據(jù)包括主城區(qū)三維數(shù)據(jù)、各時(shí)序西寧市DOM，地理國(guó)情注釋、國(guó)土數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、教育局學(xué)區(qū)劃片數(shù)據(jù)、電子地圖、平價(jià)蔬菜店分布、二維管線、地質(zhì)災(zāi)害、衛(wèi)片執(zhí)法、勘測(cè)定界、采礦權(quán)管理及西寧市DEM。數(shù)據(jù)集采用統(tǒng)一的西寧市獨(dú)立坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)為1956黃海高程系。該平臺(tái)基于上述地理信息數(shù)據(jù)，疊加專題要素，可實(shí)現(xiàn)直觀簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析，同時(shí)提供地址匹配功能、地圖標(biāo)繪功能和空間分析功能。如圖3所示，為已進(jìn)行數(shù)據(jù)整合并發(fā)布的數(shù)據(jù)，通過(guò)圖層控制方法，西寧市2016年教育劃片數(shù)據(jù)與2016年西寧市DOM數(shù)據(jù)套合，從而直觀展示西寧市學(xué)校分區(qū)情況。

圖3 平臺(tái)展示西寧市2017年教育劃片數(shù)據(jù)分布情況

3 示范應(yīng)用

3.1 國(guó)土資源綜合管理系統(tǒng)

西寧市國(guó)土資源綜合管理系統(tǒng)增加三維數(shù)據(jù)方面的功能，彌補(bǔ)西寧市國(guó)土資源“一張圖”系統(tǒng)沒(méi)有三維數(shù)據(jù)及功能的缺失。國(guó)土資源綜合管理系統(tǒng)是基于三維共享平臺(tái)的一個(gè)二維專題應(yīng)用平臺(tái)，該平臺(tái)集成了所有與國(guó)土資源相關(guān)的專題數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。專題數(shù)據(jù)已有建設(shè)用地報(bào)批、土地管理數(shù)據(jù)、歷史勘測(cè)定界、采礦登記數(shù)據(jù)、衛(wèi)片執(zhí)法數(shù)據(jù)以及地質(zhì)災(zāi)害等數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要是電子地圖和DOM數(shù)據(jù)。

國(guó)土資源綜合管理系統(tǒng)功能比較豐富，可實(shí)現(xiàn)公眾查詢應(yīng)用服務(wù)、資源管理、業(yè)務(wù)輔助分析等功能。其中公眾查詢應(yīng)用服務(wù)能夠進(jìn)行綜合搜索、地質(zhì)災(zāi)害查詢、礦產(chǎn)資源查詢；資源管理即為地圖瀏覽功能，可進(jìn)行圖層控制；業(yè)務(wù)輔助分析是一個(gè)專題統(tǒng)計(jì)分析功能，主要包含土地利用現(xiàn)狀、地價(jià)統(tǒng)計(jì)、礦產(chǎn)資源、地質(zhì)災(zāi)害、查詢分析、土地利用規(guī)劃等分析功能，國(guó)土資源綜合管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)輔助分析功能展示如圖4所示。

圖4 國(guó)土資源綜合管理系統(tǒng)輔助分析功能展示圖

3.2 三維規(guī)劃管理輔助系統(tǒng)

三維規(guī)劃管理輔助系統(tǒng)是基于三維共享平臺(tái)的一個(gè)三維專題應(yīng)用平臺(tái)，結(jié)合高精度的城市三維實(shí)景數(shù)據(jù)，以虛擬三維實(shí)景為技術(shù)路線，搭建一個(gè)集規(guī)劃方案研究、規(guī)劃三維成果展示、在建項(xiàng)目預(yù)覽及規(guī)劃項(xiàng)目審批等于一體的規(guī)劃管理系統(tǒng)，旨在提高城市規(guī)劃的科學(xué)性和精細(xì)化管理水平。

(1)構(gòu)建二三維實(shí)景數(shù)據(jù)集

該系統(tǒng)集二維三維、地上地下數(shù)據(jù)于同一場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)可視化程度高、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的城市三維實(shí)景，地下二維管線與地上三維實(shí)景數(shù)據(jù)在三維規(guī)劃管理輔助系統(tǒng)中集中展示如圖5所示。

圖5 二三維地上地下實(shí)景數(shù)據(jù)效果圖

(2)三維分析

三維分析功能主要包括坡度坡向分析、等高線分析、淹沒(méi)分析和拆遷分析，拆遷分析效果圖如圖6所示。

圖6 拆遷分析效果圖

(3)三維量測(cè)

三維量測(cè)可實(shí)現(xiàn)水平量測(cè)、垂直量測(cè)、空間量測(cè)和面積量測(cè)，通過(guò)三維量測(cè)，可增強(qiáng)三維地圖的可讀性，進(jìn)而為規(guī)劃管理者提供科學(xué)輔助，如圖7所示：

圖7 空間量測(cè)效果圖

4 系統(tǒng)建設(shè)創(chuàng)新

4.1 二維管線數(shù)據(jù)在城市共享平臺(tái)中三維顯示

在進(jìn)行三維管線生成之前要準(zhǔn)備好二維管線.mdb數(shù)據(jù)，需要生成管線數(shù)據(jù)所在區(qū)域的mpt場(chǎng)景，然后利用三維管線生產(chǎn)插件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。需要說(shuō)明的是，在使用三維管線生產(chǎn)插件之前，必須對(duì)管線數(shù)據(jù)的屬性字段進(jìn)行處理，確保字段個(gè)數(shù)及其他要求與三維管線生產(chǎn)插件的要求相一致，同時(shí)要求mpt場(chǎng)景的地形高程要與地形實(shí)際相一致。

4.2 三維精細(xì)化建模數(shù)據(jù)與Skyline軟件兼容性

西寧市的人工精細(xì)建模數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)烘焙的模型數(shù)據(jù)，其烘焙后的效果與Skyline軟件不相兼容，所以原有的三維精細(xì)建模數(shù)據(jù)需要進(jìn)行二次處理，確保處理后的模型在西寧市三維城市共享平臺(tái)中正常顯示，以下為處理方法：

(1)清除殼材質(zhì)與Lighttingmap貼圖，選擇帶有l(wèi)ighttingmap材質(zhì)的物體，運(yùn)行腳本“清除LightMap.ms”清除。

(2)中文名稱處理。單個(gè)物體為中文名稱的，直接選擇物體改名字即可；多個(gè)物體為中文名稱的，則選擇全部中文物體，在3ds Max工具欄選擇Tools-Rename Objects，設(shè)置好基礎(chǔ)名稱以及編號(hào)后點(diǎn)擊Rename。

(3)找到中文名稱的貼圖所在的物體，更改貼圖名稱為英文，重新賦予到材質(zhì)球貼圖。

(4)模型單面問(wèn)題原始數(shù)據(jù)中帶alpha通道貼圖的物體(如樹木、欄桿等)均為單面建模，須制作雙面模型。

(5)選擇物體使用腳本“優(yōu)化材質(zhì).ms”優(yōu)化材質(zhì)，清空多余材質(zhì)球。

(6)裁切與completemap烘焙。

4.3 MVC框架應(yīng)用

MVC(Model View Controller)即為模型(model)—視圖(view)—控制器(controller)的縮寫。用一種業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)、界面顯示分離的方法組織代碼，將業(yè)務(wù)邏輯聚集到一個(gè)部件里面，在改進(jìn)和個(gè)性化定制界面及用戶交互的同時(shí)，不需要重新編寫業(yè)務(wù)邏輯。MVC被用于映射傳統(tǒng)的輸入、處理和輸出功能在一個(gè)邏輯的圖形化用戶界面結(jié)構(gòu)中，MVC框架如圖8所示。

圖8 MVC框架圖

MVC模式同時(shí)提供了對(duì)HTML、CSS和JavaScript的完全控制。通?？刂破髫?fù)責(zé)從視圖讀取數(shù)據(jù)，控制用戶輸入，并向模型發(fā)送數(shù)據(jù)。MVC分層有助于管理復(fù)雜的應(yīng)用程序，因?yàn)橛脩艨梢栽谝欢螘r(shí)間內(nèi)專門關(guān)注一個(gè)方面。例如，用戶可以在不依賴業(yè)務(wù)邏輯的情況下專注于視圖設(shè)計(jì)，同時(shí)也讓應(yīng)用程序的測(cè)試更加容易。MVC分層同時(shí)也簡(jiǎn)化了分組開發(fā)，不同的開發(fā)人員可同時(shí)開發(fā)視圖、控制器邏輯和業(yè)務(wù)邏輯。

5 結(jié) 語(yǔ)

三維城市共享平臺(tái)是一個(gè)體系規(guī)范、可視化程度高、數(shù)據(jù)共享性好的平臺(tái)，未來(lái)通過(guò)大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)的搜集與更新，形成多結(jié)構(gòu)、多方面、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的海量數(shù)據(jù)。通過(guò)三維數(shù)據(jù)共享平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用、共享，挖掘大數(shù)據(jù)的價(jià)值，從而提高數(shù)據(jù)利用率、消除數(shù)據(jù)“孤島”、降低地理信息生產(chǎn)成本，使城市管理更加便捷，城市發(fā)展更加智慧。