公園三維GIS系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

蔡舒翔

摘 要：本文針對公園數(shù)字管理的需求，基于計算機技術、虛擬現(xiàn)實技術、地理信息技術、數(shù)據(jù)庫技術等，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析、查詢以及更新，全面整合三維測繪數(shù)據(jù)，幫助使用者為三維測繪基礎數(shù)據(jù)進行邏輯分析，在公園的建設與施工過程中，結合準確的三維測繪基礎資料，能夠有效規(guī)避施工疏漏，進一步提高公園的建設效率。論文全面分析了系統(tǒng)需求，對系統(tǒng)進行了總體架構設計和功能設計，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：GIS 三維 設計 總體架構

中圖分類號：S127 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（a）-0047-02

在傳統(tǒng)的資料管理模式中，管理流程較為復雜，無法對各個資料進行準確管理，導致其最終的管理效率極為低下，難以適應現(xiàn)代化辦公的需求。在公園內擁有空間和非空間關系，管網、建筑物或古樹等將由不同的部門來管理，如果此時仍然采用傳統(tǒng)的人工管理方式，不同的部門及管理方式不同，將會耗費大量的時間用于溝通和交流，無法真正從資料中展現(xiàn)各個數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系和特征。正是由于各管理部門之間，并未進行有效的信息溝通，在公園的施工過程中，常常出現(xiàn)地下管線被挖斷或挖壞的問題，最終導致公園停水、停電，公園無法正常開放，也極大地增加了各個部門的工作難度。

隨著當今時代和科學技術的發(fā)展，現(xiàn)代化步伐日趨加快，這就要求我們必須結合信息技術來提高資料的管理水平，實現(xiàn)各類資料的規(guī)范化、自動化和科學化管理。近幾年來，將三維測繪技術和計算機圖形技術有機結合起來，對于實現(xiàn)三維測繪的現(xiàn)代化管理有著極大的幫助，在計算機中存儲各類三維測繪數(shù)據(jù)，使用者們能夠及時分享和更新該數(shù)據(jù)，同時也能夠借助計算機強大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能來分析數(shù)據(jù)，各個部門之間不僅僅實現(xiàn)了資源的共享，也極大地提高了其管理效率。在施工過程中，正是由于各個部門并未做出明確的測繪數(shù)據(jù)，也并未針對測繪數(shù)據(jù)進行共享，才造成了極大的資源浪費，將測繪技術和計算機圖形技術有機結合起來，實現(xiàn)了三維測繪動態(tài)管理，進一步完成了施工的安全運行。

在當前的信息時代中，計算機技術、虛擬現(xiàn)實技術、地理信息技術、數(shù)據(jù)庫技術等都得到了突飛猛進的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）能夠利用上述一系列技術，實現(xiàn)對三維測繪數(shù)據(jù)的數(shù)字化存儲和管理，能夠借助一系列信息技術，來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析、查詢以及更新，全面整合三維測繪數(shù)據(jù)，幫助使用者為三維測繪基礎數(shù)據(jù)進行邏輯分析。在公園的建設與施工過程中，結合準確的三維測繪基礎資料，能夠有效規(guī)避施工疏漏，進一步提高公園的建設效率。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 系統(tǒng)總體設計目標

在已有測量數(shù)據(jù)基礎上，開展普通房屋的三維基礎測繪，完善地下管線和古樹古建的基礎測繪，更新公園三維基礎測繪數(shù)據(jù)庫，優(yōu)化古樹古建地理實體的三維模型，建立健全公園的三維信息系統(tǒng)，能夠進一步提高未來公園的管理效率。

公園三維信息系統(tǒng)的主要原數(shù)據(jù)是基礎測繪數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)入庫標準，基礎測繪人員錄入外業(yè)數(shù)據(jù)，并將其保存到系統(tǒng)的關系數(shù)據(jù)庫中，完成三維地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立，為公園的管理和決策提供科學依據(jù)。

通過開展普通房屋的三維基礎測繪，完善地下管線和古樹古建的基礎測繪，在對測繪資料進行詳細的需求分析后，可以實現(xiàn)對測繪資料的動態(tài)管理、公園三維基礎測繪數(shù)據(jù)庫的同步更新，借此來提高空間數(shù)據(jù)套表結構的準確性，以及相應數(shù)據(jù)和設備信息的完整性。系統(tǒng)檢測外業(yè)數(shù)據(jù)的合格性，并將合格的數(shù)據(jù)直接導入到三維測繪數(shù)據(jù)庫中。古樹古建地理實體三維模型基礎上，分析古樹古建地理實體的特點，優(yōu)化古樹古建地理實體的三維模型，將三維模型集成到公園三維信息系統(tǒng)中，并對公園三維信息系統(tǒng)進行完善擴展和優(yōu)化。利用現(xiàn)有的先進技術，開發(fā)離線和有網兩種模式的公園地理三維漫游系統(tǒng)。

具體來說，公園三維地理信息系統(tǒng)應該實現(xiàn)以下具體的目標：（1）具備簡潔實用的系統(tǒng)界面，廣大普通用戶都能夠運用該系統(tǒng)。（2）能夠充分發(fā)揮C/S和B/S結構的兼容性特征，不同的旅游者和管理者，都能夠利用該系統(tǒng)滿足自身的使用需求。（3）用戶可以直接利用公園三維地理信息系統(tǒng)來查詢與公園地理相關的信息，并且能夠實現(xiàn)對公園地理空間的緩沖區(qū)分析和疊加分析，為管理者提供做出決策的數(shù)據(jù)。（4）該公園三維地理信息系統(tǒng)具備地質體建模功能，能夠完成對測繪資料的三維地質體建模。（5）地理信息系統(tǒng)具備強大的信息管理功能，該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫可以統(tǒng)一管理文本資料、圖片資料以及影音資料。（6）地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護水平較高，管理員能夠及時更新和維護數(shù)據(jù)庫，使得系統(tǒng)能夠隨時適應時代的發(fā)展。（7）該地理信息系統(tǒng)具備信息發(fā)布功能，管理者可以直接在互聯(lián)網中公布旅游目的地的信息，游客可以瀏覽和查詢旅游目的地的相關信息。

1.2 系統(tǒng)功能需求

系統(tǒng)的功能需求分析，就是找到系統(tǒng)在實際運用中所需要滿足的功能，在前期的用戶使用需求調查中，總結出地理信息系統(tǒng)的功能需求，將成為本次系統(tǒng)總體設計的基礎。地理信息系統(tǒng)主要面對管理者和普通游客，管理者能夠利用該系統(tǒng)來提高對公園地理信息的管理，普通游客能夠利用該地理信息系統(tǒng)來查詢關于旅游目的地的相關信息，借由其查詢到的信息來設置旅游路線。相比較而言，本研究所涉及的地理信息系統(tǒng)更側重于管理旅游信息，管理者能夠利用該系統(tǒng)實現(xiàn)對各項信息數(shù)據(jù)的分析、評價和預測功能，極大地提高了管理者的管理效率。

2 系統(tǒng)總體設計

2.1 系統(tǒng)總體架構

公園三維測繪信息系統(tǒng)及其業(yè)務系統(tǒng)全部部署在公園管理處內網環(huán)境下，采用B/S和C/S相結合的混合模式。B/S模式業(yè)務系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫、Arc GIS服務、Web服務、文檔資料和軟件庫部署在服務器中，通過內網訪問共享存儲空間中的數(shù)據(jù)。C/S模式業(yè)務系統(tǒng)安裝部署在客戶端計算機中，通過內網訪問服務器上的數(shù)據(jù)庫和共享資料。 B/S和C/S模式的業(yè)務系統(tǒng)，都由客戶端通過瀏覽器訪問公園三維測繪信息系統(tǒng)，完成單點登錄和權限認證。對于B/S系統(tǒng)，由公園三維測繪信息系統(tǒng)完成頁面跳轉和權限控制；對于C/S系統(tǒng)，由公園三維測繪信息系統(tǒng)完成智能部署并調用本地業(yè)務系統(tǒng)。智能部署包括權限控制、下載和自動部署、版本升級等功能，簡化用戶對眾多業(yè)務系統(tǒng)的訪問和權限控制。

B/S業(yè)務系統(tǒng)的用戶通過平臺單點登錄和權限驗證后，跳轉到相應的B/S模式應用。C/S業(yè)務系統(tǒng)的用戶通過平臺單點登錄和權限驗證后，實現(xiàn)智能部署后加載客戶端本地應用。數(shù)據(jù)庫、存儲系統(tǒng)及相應的服務部署在后臺服務器，C/S系統(tǒng)、B/S系統(tǒng)以及公園三維測繪信息系統(tǒng)訪問后臺服務器提供的服務和數(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)功能設計

系統(tǒng)功能框架如圖1所示。公園三維地理信息系統(tǒng)包含三維建模子系統(tǒng)、公園信息管理子系統(tǒng)和旅游信息平臺子系統(tǒng)三部分。

（1）三維建模子系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)資料生成相應的三維數(shù)據(jù)，為公園信息管理子系統(tǒng)旅游信息平臺子系統(tǒng)提供三維可視化支持。主要包括三維地質體建模、三維古建筑建模和三維地表建模。涵蓋公園整個范圍內地上、地表和地下所有要素的三維模型建模。

（2）公園信息管理子系統(tǒng)。主要對公園的各種資料進行規(guī)范化管理，并提供查詢功能。

①信息查詢功能。能夠查詢公園范圍內的各個要素基本資料、屬性以及緩沖區(qū)查詢，查詢結構以三維場景直觀地展現(xiàn)。其中緩沖區(qū)查詢的主要目的是查詢目標要素影響的范圍，使得相關改造建筑施工對公園的其他要素產生影響，造成不必要的損失。

②系統(tǒng)管理功能。能夠維護公園三維場景中各個要素的基本信息、屬性以及相應緩沖區(qū)范圍，并維護整個系統(tǒng)的用戶管理。同時，系統(tǒng)管理功能還能維護FTP服務器，使得公園涉及的所有資料能夠在信息管理系統(tǒng)中統(tǒng)一管理。

（3）旅游信息平臺子系統(tǒng)。主要針對游客進行地面三維場景展示，并提供查詢功能。游客可以在公園終端機上進行三維漫游，了解公園的整體概貌，同時也能夠查詢公園內各個景點的基本信息，以及相應的公共服務設施基本信息。

3 結語

基于軟件工程方法，結合提出的數(shù)字高程建模方法，本研究設計開發(fā)了一套適合公園管理的三維地理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括3個子系統(tǒng)：三維建模子系統(tǒng)、公園信息管理子系統(tǒng)、旅游信息平臺子系統(tǒng)。三維建模子系統(tǒng)應用本研究提出的不規(guī)則三角網數(shù)字高程建模方法，能夠對公園范圍內地質環(huán)境建立三維模型；公園信息管理子系統(tǒng)能夠統(tǒng)一管理公園各類文檔與數(shù)據(jù)；旅游信息平臺子系統(tǒng)可以向游客直觀展示公園的各種旅游資源和服務設施。本研究給出了系統(tǒng)需求分析、總體設計與數(shù)據(jù)庫設計，并詳細介紹了系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與軟硬件環(huán)境設置方案。

參考文獻

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