基于SuperMap構(gòu)建城市三維GIS應(yīng)用平臺研究

權(quán)亞楠

摘要：隨著信息科技的發(fā)展，傾斜攝影測量技術(shù)在建筑工程、市政路橋、市政水暖及燃?xì)夤艿拦こ獭⒊鞘幸?guī)劃等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，與傳統(tǒng)實地測繪相比，不僅提高了工程數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，而且大大減少了外業(yè)工作量，提高了工作效率。傾斜攝影技術(shù)使大范圍三維建模成為現(xiàn)實，越來越多的城市實景三維模型開始陸續(xù)建成，用戶不再滿足于簡單的實景瀏覽。本文從實際應(yīng)用出發(fā)，基于SuperMap提出構(gòu)建某縣級市城市實景三維應(yīng)用平臺的建設(shè)方案，論述了系統(tǒng)平臺的建設(shè)思路、平臺構(gòu)建方案以及系統(tǒng)應(yīng)用功能。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影;實景三維;SuperMap

一、 緒論

隨著計算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)以及城市實景三維模型技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的城市已經(jīng)開始對城市進(jìn)行智慧化升級，傳統(tǒng)的數(shù)字城市難以滿足用戶對日益增長的信息的進(jìn)行高效的利用，三維數(shù)據(jù)憑借其立體、直觀、真實的視覺效果相比于二維數(shù)據(jù)受到越來越多的關(guān)注。由超圖軟件公司開發(fā)的SuperMap大型地理信息系統(tǒng)軟件平臺，因其具有以二三維一體化GIS技術(shù)為基礎(chǔ)框架，進(jìn)一步拓展二三維一體化數(shù)據(jù)模型，融合傾斜攝影、BIM、激光點云等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，賦能全空間的三維GIS應(yīng)用的優(yōu)勢，本文將采用SuperMap作為系統(tǒng)的開發(fā)平臺，提出一套基于SuperMap軟件的城市三維GIS應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案，通過整理內(nèi)外業(yè)獲取得城市地理信息數(shù)據(jù)以及相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，構(gòu)成三維系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)，然后通過SuperMap的三維開發(fā)組件，將城市規(guī)劃管理功能集成起來，實現(xiàn)對城市高效的管理與分析，提高整個城市規(guī)劃建設(shè)的管理與決策水平。

二、三維GIS應(yīng)用平臺構(gòu)建思路

系統(tǒng)建設(shè)主要分為兩個方面，分別為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的建設(shè)與系統(tǒng)軟件的開發(fā)。三維GIS應(yīng)用平臺生產(chǎn)方案主要包括數(shù)據(jù)的采集、三維模型的制作、數(shù)據(jù)的質(zhì)檢以及系統(tǒng)研發(fā)四個步驟。其中三維GIS應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要來源于以下幾個方面：衛(wèi)星遙感影像、RCD30傾斜相機(jī)通過航空攝影拍攝的傾斜影像、現(xiàn)場補(bǔ)拍的紋理照片、實地調(diào)繪城市三維模型各種屬性信息、數(shù)字高程模型，通過傾斜攝影測量三維建模還可以大大降低外業(yè)調(diào)繪的工作量。三維模型制作是構(gòu)建三維GIS應(yīng)用平臺的基礎(chǔ)，三維模型包含城市地形信息以及城市的實景三維模型，其中實景三維模型有具有城市建筑、城市道路和輔助修飾模型等。地形信息包含城市的地面起伏、山體、水系和植被等地貌，利用超圖軟件將正射影像與數(shù)字高程模型相疊加，構(gòu)成城市的地形景觀場景，通過創(chuàng)建緩存文件使其能夠高速加載。三維模型的構(gòu)建主要使用街景工廠、DP-Modeler軟件完成，首先將RCD30傾斜相機(jī)拍攝獲取的傾斜影像經(jīng)過處理，導(dǎo)入到街景工廠中，然后通過空三操作，使影像創(chuàng)建連接關(guān)系，接下來進(jìn)行點云構(gòu)建、三角網(wǎng)構(gòu)建、三維白模創(chuàng)建和紋理貼圖等步驟，建成帶有實景紋理的城市三維模型，建模精度能夠滿足平臺數(shù)據(jù)采集需求。對于重點的城市中心區(qū)域，通過現(xiàn)場實地補(bǔ)拍照片，利用DP-Modeler實現(xiàn)精細(xì)建模，能夠呈現(xiàn)出更加精細(xì)的紋理信息，結(jié)合軟件建模功能還實現(xiàn)現(xiàn)實與虛擬相結(jié)合，在實景模型中虛擬建模實現(xiàn)平臺的規(guī)劃展示功能。建模過程中采用的重點技術(shù)如下：

1）LOD技術(shù)：街景工廠三維模型建模采用LOD技術(shù)，能夠在不同層次顯示模型的細(xì)節(jié)，對于城市級別數(shù)據(jù)的加載更加流暢。

2）軟件綜合建模：在建模過程中采用街景工廠與DP-Modeler相結(jié)合的技術(shù)，基礎(chǔ)城市邊緣模型采用街景工廠生產(chǎn)獲取，城市中心區(qū)域采取DP-Modeler單體化精細(xì)建模技術(shù)，使其能展示更多的細(xì)節(jié)。

三、系統(tǒng)研發(fā)及功能實現(xiàn)

（一）系統(tǒng)研發(fā)

本系統(tǒng)采用C/S的技術(shù)框架，集成了數(shù)據(jù)庫技術(shù)、二三維一體化技術(shù)、多媒體集成技術(shù)等。系統(tǒng)采用超圖軟件公司的SuperMap iObjects軟件作為開發(fā)平臺，以Visual Studio 2010為開發(fā)工具，以C#作為編程語言，結(jié)合COM開發(fā)技術(shù)，根據(jù)用戶的實際要求和方案的設(shè)計進(jìn)行二次開發(fā)。采用基于C/S的架構(gòu)模式及復(fù)用性高的組件技術(shù)，提高平臺的靈活性、開放性和擴(kuò)展性。整個平臺分為GIS基礎(chǔ)功能、查詢功能模塊、空間分析模塊、規(guī)劃審批模塊和應(yīng)急處理模塊五個功能模塊。

（二）基礎(chǔ)功能

平臺通過三維建模實景展現(xiàn)了城市的三維場景，同時提供包括三維場景的瀏覽、三維量測、視覺變換、模型導(dǎo)入、圖層管理等基本地圖功能，幫助用戶快速了解城市的具體情況，具體功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）查詢功能

平臺提供信息查詢定位功能，用戶可以通過查詢具體的信息或地理實體的屬性實現(xiàn)快速定位。用戶還可以通過新建注記等方式實現(xiàn)興趣點的保存，方便用戶可以隨時調(diào)用。具體的查詢方式包括名稱查詢、屬性查詢、興趣點查詢、距離查詢、面積查詢、用地紅線查詢、地塊查詢等，還可以進(jìn)行多條件查詢，提高查詢精度。

2）空間分析

系統(tǒng)提供針對三維模型與地形數(shù)據(jù)的空間分析，分析結(jié)果以窗口形式直觀的展示給用戶。具體功能包括日照分析、通視分析、可視域分析、天際線分析、限高分析、用地紅線分析、緩沖區(qū)分析、樓宇替換等空間分析功能，為規(guī)劃的編制審批、建設(shè)項目的審批提供決策的依據(jù)。

3）規(guī)劃審批

GIS應(yīng)用平臺可以導(dǎo)入自定義的CAD、SHP等矢量類型數(shù)據(jù)，三模數(shù)據(jù)具有一定兼容性。通過導(dǎo)入矢量數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)規(guī)劃數(shù)據(jù)的分析、不同設(shè)計方案的多屏對比以及規(guī)劃方案的替換等功能。具體包括方案對比、方案指標(biāo)對比、二維資料聯(lián)動、高度及位置調(diào)整等規(guī)劃審批常用功能。

4）應(yīng)急處理模塊

為防止系統(tǒng)出現(xiàn)故障或供電中斷等突發(fā)狀況，系統(tǒng)提供處理發(fā)生意外狀況的功能。具體措施包括備用電源設(shè)備、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)應(yīng)急恢復(fù)等功能，為系統(tǒng)的平穩(wěn)安全運行提供保障。

結(jié)束語

本文將城市實景三維模型與二維矢量數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)集中整合到三維GIS應(yīng)用平臺中，實現(xiàn)了城市的數(shù)字化、三維化、智能化，也為城市的管理與規(guī)劃提供了一個高效的工具，通過平臺能實現(xiàn)城市的是三維展示、查詢、空間分析、規(guī)劃審批、應(yīng)急處理，為城市規(guī)劃設(shè)計、管理、應(yīng)急救援提供基礎(chǔ)平臺及依據(jù)。利用三維GIS應(yīng)用平臺，為決策者提供了方便直觀的管理方式，能夠?qū)Τ鞘械慕ㄔO(shè)和發(fā)展起到關(guān)鍵的作用，也為其他城市起到了很好的借鑒。

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