基于B/S的城市社會(huì)治理三維可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙軍，周圣川，宮麗瑋，胡振彪，王海銀

(1.青島市勘察測繪研究院，山東 青島 266032； 2.青島市西海岸基礎(chǔ)地理信息中心有限公司，山東 青島 266000)

1 引 言

社會(huì)治理是指政府、社會(huì)組織、企事業(yè)單位、社區(qū)以及個(gè)人等多種主體通過平等的合作、對話、協(xié)商、溝通等方式，依法對社會(huì)事務(wù)、社會(huì)組織和社會(huì)生活進(jìn)行引導(dǎo)和規(guī)范，最終實(shí)現(xiàn)公共利益最大化的過程[1]。當(dāng)前，智慧城市發(fā)展方興未艾，各城市社會(huì)治理工作也正有條不紊地進(jìn)行當(dāng)中，傳統(tǒng)的二維平臺(tái)已不再滿足社會(huì)治理精細(xì)化的需求；同時(shí)，三維平臺(tái)良好的直觀展示效果和精細(xì)化模型體現(xiàn)，正在成為可視化平臺(tái)的主流[2，3，4]。例如，對于樓-房-人信息的聯(lián)動(dòng)查詢，二維平臺(tái)的展示不夠形象、具體，而三維平臺(tái)可以將建筑物位置、形狀、樓層數(shù)、房間所在樓層及相關(guān)住戶形象精細(xì)、準(zhǔn)確地體現(xiàn)出來，想要表達(dá)的信息和用戶希望看到的信息，通過三維模型的掛載，信息的展示一覽無余。

本文基于CityMaker三維平臺(tái)開發(fā)青島市市北區(qū)城市社會(huì)治理三維可視化系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)路線和數(shù)據(jù)組織方法，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)治理專題數(shù)據(jù)在三維層面的管理與顯示，真三維可視化效果顯著，改善了用戶體驗(yàn)，豐富了三維視角下的智慧城市社會(huì)治理管理方式，提高了相關(guān)部門社會(huì)治理管理水平[5，6]。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 城市社會(huì)治理三維可視化系統(tǒng)簡介

系統(tǒng)主要目標(biāo)是：建設(shè)城市三維地形、三維場景數(shù)據(jù)，形成三維數(shù)據(jù)庫；在系統(tǒng)中以“所見即所得”的方式對城市內(nèi)的各類建筑、道路等基礎(chǔ)設(shè)施以及監(jiān)控、應(yīng)急資源等公共基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行查詢?yōu)g覽，以三維視角開展社會(huì)治理工作；為城市輔助規(guī)劃、應(yīng)急指揮調(diào)度、公共資源管理等相關(guān)領(lǐng)域提供基礎(chǔ)服務(wù)。

隨著信息化時(shí)代的推進(jìn)，民眾對二維世界的可視化漸漸形成視覺疲憊，建設(shè)形象、直觀的城市社會(huì)治理三維可視化系統(tǒng)是當(dāng)前智慧城市社會(huì)治理工作開展的主要工作之一，有利于提高群眾參與社會(huì)治理工作的熱情，還可以較好地服務(wù)于城市規(guī)劃，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供輔助支持。

2.2 功能設(shè)計(jì)

城市社會(huì)治理工作的開展是以民眾為中心，通過提高社會(huì)治理水平，提升群眾滿意度。結(jié)合民眾社會(huì)治理關(guān)注熱點(diǎn)，系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：

(1)支持對三維場景的縮放、漫游、平移等瀏覽操作，可以直觀展示城市內(nèi)部場景，具備步行模式、漫游模式等交互式漫游操作。

(2)系統(tǒng)三維GIS分析功能，包括直線測距、水平測距、垂直測距、坐標(biāo)查詢等，為社會(huì)治理提供輔助支持。

(3)支持地名地址查詢，在三維場景中形象展示定位搜索結(jié)果。

(4)在三維場景中對民眾關(guān)注的社會(huì)治理專題數(shù)據(jù)進(jìn)行交互式查詢，主要包括視頻探頭、油氣合建站、?；穯挝?、加氣站、加油站、?；愤\(yùn)輸、經(jīng)營企業(yè)等。一鍵式點(diǎn)擊調(diào)取目標(biāo)元素的信息給用戶，使用戶能快速獲取位置、負(fù)責(zé)人、聯(lián)系方式及相關(guān)治理屬性等信息。

(5)系統(tǒng)具備熱點(diǎn)區(qū)域定位功能，可以在三維場景的任意位置添加用戶當(dāng)前視點(diǎn)，隨時(shí)按需定位至該視點(diǎn)所在的位置，滿足對三維視點(diǎn)的增加、刪除、修改等操作。

(6)充分發(fā)揮三維平臺(tái)的優(yōu)勢，具備樓-房-人信息查詢，可以非常形象地了解目標(biāo)樓房具有的樓層數(shù)、單元數(shù)、房間數(shù)、各房間信息及居住人信息，實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)查詢。

3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 框架介紹

CityMaker是智慧城市三維可視化平臺(tái)，針對城市規(guī)劃，提供覆蓋規(guī)劃設(shè)計(jì)、展示、評(píng)估、管理的全方位服務(wù)[7，8]。通過CityMaker三維地理信息平臺(tái)，可以疊加顯示城市面貌、城市治理專題、危險(xiǎn)源、監(jiān)控視頻等各種智慧城市專題大數(shù)據(jù)。

依托CityMaker搭建基礎(chǔ)框架平臺(tái)，進(jìn)行城市社會(huì)治理三維可視化系統(tǒng)的建設(shè)，主要考慮到CityMaker平臺(tái)的優(yōu)勢如下：

(1)平臺(tái)發(fā)展定位準(zhǔn)確，模型制作精細(xì)。CityMaker主要面向智慧城市三維應(yīng)用，可以很好地服務(wù)于社會(huì)治理工作，實(shí)現(xiàn)對“樓-房-人”的精細(xì)操作查詢，符合當(dāng)前社會(huì)治理精細(xì)化的要求。

(2)具有良好的數(shù)據(jù)服務(wù)分發(fā)體系。對于三維地形、模型數(shù)據(jù)的使用，CityMaker提供Server工具，“數(shù)據(jù)-服務(wù)-框架-應(yīng)用”四位一體，保障了三維數(shù)據(jù)加載、使用的高效和穩(wěn)定性。

(3)框架具有良好的可擴(kuò)展性。CityMaker提供相對豐富的二次開發(fā)接口，保障了系統(tǒng)的自主性和擴(kuò)展開發(fā)[9，10]。

3.2 系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

開發(fā)平臺(tái)框架采用CityMaker 7.0。服務(wù)器建立三個(gè)數(shù)據(jù)庫：三維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫和地名地址庫。三維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)TED和FDB格式的三維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由CityMaker Server管理發(fā)布；專題數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)GDB格式的社會(huì)治理專題數(shù)據(jù)，由ArcGIS Server管理、發(fā)布；地名地址庫存儲(chǔ)地名地址數(shù)據(jù)，發(fā)布地名地址服務(wù)接口，系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

根據(jù)社會(huì)治理目標(biāo)的需求，系統(tǒng)功能主要?jiǎng)澐譃槿SGIS分析、視點(diǎn)管理、地名地址查詢、圖層控制、專題查詢、樓房人關(guān)聯(lián)分析六個(gè)功能模塊。部分主要功能實(shí)現(xiàn)如下：

(1)視點(diǎn)管理

系統(tǒng)通過對當(dāng)前視野的保存定位，實(shí)現(xiàn)視點(diǎn)管理；用戶可以實(shí)時(shí)加載任意視野，保存當(dāng)前感興趣的視點(diǎn)區(qū)域，方便后期直接定位顯示，同時(shí)支持視點(diǎn)的實(shí)時(shí)刪除，提供視點(diǎn)管理的全面功能和人性化設(shè)計(jì)。

視點(diǎn)數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu) 表1

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的視點(diǎn)數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)如表1所示，name存儲(chǔ)視點(diǎn)名稱，x、y、z記錄場景相機(jī)當(dāng)前三維坐標(biāo)，heading、tilt和roll組成相機(jī)的歐拉角，分別記錄相機(jī)的左右搖擺角、上下俯仰角和傾斜角。根據(jù)視點(diǎn)定位公式：

ICamera：：LookAt(IVector3*Position，DOUBLEDistance，IEulerAngle*Angle)

還需要參數(shù)相機(jī)與視點(diǎn)距離Distance，根據(jù)用戶體驗(yàn)測試，本文統(tǒng)一設(shè)定為 250 m作為最佳相機(jī)與視點(diǎn)距離。實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示：

圖2 視點(diǎn)管理設(shè)計(jì)流程圖

通過_g.camera.getCamera()函數(shù)進(jìn)行當(dāng)前視點(diǎn)的獲取，使用PostgreSQL進(jìn)行視點(diǎn)信息的入庫和管理，開發(fā)service服務(wù)接口進(jìn)行前后臺(tái)的交互和查詢，通過__g.camera.lookAt()函數(shù)進(jìn)行選中視點(diǎn)的定位。

效果圖如圖3所示。

(2)專題查詢

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)專題圖層的精確顯示和屬性信息查詢，以危險(xiǎn)源為例，可以準(zhǔn)確查看危險(xiǎn)源的種類、所屬單位、存在問題、安全間距、負(fù)責(zé)人及聯(lián)系電話等，從三維層面宏觀了解各危險(xiǎn)源分布情況和詳細(xì)的屬性信息。

圖3 視點(diǎn)管理效果圖

借助ArcGIS Server發(fā)布WFS服務(wù)，以專題服務(wù)的形式在三維平臺(tái)渲染顯示。由于專題符號(hào)并不隨服務(wù)附帶顯示，因此，在加載專題服務(wù)時(shí)，本文通過在前端基于SVG實(shí)時(shí)渲染配圖的形式加載顯示各專題圖層.效果如圖4所示。

圖4 三維專題查詢結(jié)果表

(3)樓房人關(guān)聯(lián)分析

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)樓房的高亮和屬性信息顯示，可顯示目標(biāo)樓房的所有房間信息列表，通過房間信息，可切換顯示當(dāng)前房間居住人員信息，完成從樓到房再到人的關(guān)聯(lián)式查詢，將人員信息落到三維地圖上，形象、直觀，實(shí)現(xiàn)社會(huì)治理的精細(xì)化和精準(zhǔn)化服務(wù)，這在對特殊人群的管理上效果尤為顯著，極大輔助了相關(guān)部門工作的有效開展。

樓房信息表、房間信息表、人員信息表通過模型id、樓宇id、房間id外鍵建立數(shù)據(jù)記錄間的“1對1”和“1對n”關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)樓房人的屬性關(guān)聯(lián)查詢。

三維場景建筑物模型底面只有模型id屬性，因此需要同附帶建筑物詳細(xì)屬性信息的二維建筑面進(jìn)行屬性合并掛接。本文通過面要素幾何位置匹配的方式，進(jìn)行兩個(gè)面信息的掛接；然而，三維模型壓平獲取的底面要素與實(shí)際的二維建筑面要素并不完全重合。本文設(shè)計(jì)在合并過程中添加重合率字段，計(jì)算面要素之間的重合率，本文篩選面與面重合率達(dá)到90%以上，認(rèn)為完全重合，實(shí)現(xiàn)屬性掛接，將合并后的屬性數(shù)據(jù)入庫，開發(fā)Web Service服務(wù)接口。整個(gè)流程如圖5所示。

圖5 信息掛接流程圖

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 樓座信息查詢示意圖

4 結(jié) 語

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了市北區(qū)三維場景的瀏覽、專題的疊加查詢，針對社會(huì)治理主題，較好地實(shí)現(xiàn)了危險(xiǎn)源專題大類的“一張圖”式三維展示查詢；同時(shí)基本“樓房人”模型，在網(wǎng)頁端三維平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了樓房人信息的聯(lián)動(dòng)查詢，真正實(shí)現(xiàn)了自然人落戶到房、落戶到樓的管理理念，對城市社會(huì)治理工作的有效開展起到了積極的推動(dòng)作用。不足之處是系統(tǒng)在三維規(guī)劃分析層面的功能有待研究，同時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行效率和界面UI也有待繼續(xù)優(yōu)化。