三維地形展示平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳斌

摘 要： 本研究利用數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)、地理國情監(jiān)測等地理信息數(shù)據(jù)成果，經(jīng)過數(shù)據(jù)提取、編輯等處理，建設(shè)三維地形地理信息數(shù)據(jù)庫，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)三維地形展示平臺。平臺以三維地形數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用C/S結(jié)構(gòu)，基于ArcGIS Engine、Oracle數(shù)據(jù)庫等實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)域三維地形的顯示、瀏覽、查詢定位、場景圖片導(dǎo)出等功能，可為研究區(qū)域的科學(xué)研究和規(guī)劃發(fā)展等提供三維地形基礎(chǔ)支撐。

關(guān)鍵詞： 三維地形;數(shù)字城市; ArcGIS Engine

【中圖分類號】P208.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.40.040

三維地形模擬研究區(qū)域的地形起伏變化，可以直觀地顯示出研究區(qū)域的地形、地貌變化特征，有助于研究人員獲取研究區(qū)域的更多信息。通過多視角、全方位地展現(xiàn)研究區(qū)域的地形、地貌、走向等特征，可展現(xiàn)出地形之間的空間關(guān)系，有助于提高空間分析能力，可輔助影像解譯，提高解譯的精度，在科學(xué)研究和實(shí)際生產(chǎn)中有著重要的意義 [1]。三維地形在地形勘查、野外地質(zhì)區(qū)調(diào)查、城市規(guī)劃選址、數(shù)字城市建設(shè)、地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)及軍事戰(zhàn)場模擬等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[2]。本研究利用數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)、地理國情監(jiān)測等地理信息數(shù)據(jù)成果，建設(shè)三維地形地理信息數(shù)據(jù)庫，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)三維地形展示平臺，為研究區(qū)域的自然景觀展示、科學(xué)研究和規(guī)劃發(fā)展提供等三維地形基礎(chǔ)支撐。

1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

三維地形地理信息數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括正射影像子庫、地形子庫及基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)子庫。

（1）正射影像子庫：主要包括研究區(qū)域的高分辨率數(shù)字正射影像（DOM）數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中以鑲嵌數(shù)據(jù)集的形式予以存儲。

（2）地形子庫：主要包括研究區(qū)域的高分辨率數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中以鑲嵌數(shù)據(jù)集的形式予以存儲。

（3）基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)子庫：主要指在數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)、地理國情監(jiān)測等地理信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上經(jīng)過數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)重組等工藝流程提取所需地理信息數(shù)據(jù)。主要提取的空間數(shù)據(jù)包括境界與政區(qū)數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、水系數(shù)據(jù)及地名數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中以矢量數(shù)據(jù)集的形式予以存儲。

數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一于2000國家大地坐標(biāo)系（CGCS2000）及1985國家高程基準(zhǔn)。

1.2 數(shù)據(jù)庫建立

三維地形地理信息數(shù)據(jù)庫的建設(shè)流程主要包括地理信息數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)預(yù)處理、圖形編輯、屬性編輯、拓?fù)涮幚?、質(zhì)量檢查等步驟。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本研究基于地理信息系統(tǒng)（GIS）強(qiáng)大的空間信息可視化及空間分析能力[3]，綜合應(yīng)用GIS技術(shù)、RS技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)，采用ArcGIS Engine為開發(fā)平臺，以ArcSDE為中間件訪問Oracle數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建靈活地自定義GIS系統(tǒng)，提供更加合理的人機(jī)交互[4]。綜合考慮數(shù)據(jù)安全性、數(shù)據(jù)維護(hù)實(shí)用性、系統(tǒng)操作穩(wěn)定性、應(yīng)用擴(kuò)展便捷性等方面因素，平臺采用單位局域網(wǎng)內(nèi)的客戶機(jī)/服務(wù)器（Client/Server）模式，以分層模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，以組件的方式進(jìn)行開發(fā)，將面向數(shù)據(jù)與操作統(tǒng)一封裝起來，降低各層內(nèi)功能操作的耦合度。C/S模式將平臺架構(gòu)在服務(wù)器、客戶端兩個層次上，服務(wù)器提供各類服務(wù)來響應(yīng)客戶端的請求，客戶端供用戶訪問系統(tǒng)。

平臺采用四層結(jié)構(gòu)體系，在邏輯上將平臺劃分為：支撐層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層。支撐層由硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)組成;數(shù)據(jù)層主要是地形數(shù)據(jù)、正射影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)，為業(yè)務(wù)層提供數(shù)據(jù)支撐;業(yè)務(wù)服務(wù)層即具體的功能實(shí)現(xiàn)，包括三維地形展示、瀏覽、查詢定位等;應(yīng)用層即用戶界面，用于顯示數(shù)據(jù)和接收用戶輸入的數(shù)據(jù)，為用戶提供一種交互式操作的界面。

3 平臺功能實(shí)現(xiàn)

三維地形展示平臺主要提供文件管理、場景瀏覽、書簽、查詢定位、保存場景等功能模塊，平臺主界面設(shè)計(jì)如圖1所示。

（1）文件管理：主要針對本地三維場景文檔進(jìn)行的打開和數(shù)據(jù)加載操作等。

（2）場景瀏覽：提供三維場景瀏覽相關(guān)的基本操作功能，包含漫游、平移、放大、縮小、全圖、對象查詢、距離量測等工具。

（3）書簽：便于用戶快速回看感興趣的三維場景，包括創(chuàng)建書簽和管理書簽。

（4）查詢定位：包括行政區(qū)定位和興趣點(diǎn)定位，方便用戶直接定位到感興趣的行政區(qū)域或者興趣點(diǎn)位置。

（5）保存場景圖片：將當(dāng)前感興趣的三維場景保存成圖片輸出。

（6）退出系統(tǒng)：關(guān)閉當(dāng)前平臺。

4 結(jié)語

本研究利用數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)、地理國情監(jiān)測等地理信息數(shù)據(jù)成果，建設(shè)三維地形地理信息數(shù)據(jù)庫，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)三維地形展示平臺，解決了研究區(qū)域地形展示不夠直觀的問題，為研究區(qū)域的自然景觀展示、科學(xué)研究和規(guī)劃發(fā)展提供三維地形基礎(chǔ)支撐。下一步將進(jìn)行傾斜攝影、BIM實(shí)體模型真三維模型技術(shù)在三維地形中的應(yīng)用研究，進(jìn)一步提升區(qū)域三維地形信息化水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 范小青，楊鳳蕓.基于三維影像可視化的地形分析[J].測繪與空間地理信息，2020，43（9）：152-154，158.

[2] 楊晏立，何政偉，陳曉杰，等.基于 ENVI 的三維地形制作[J].測繪，2010，33（5）： 229-231.

[3] 黃杏元，馬勁松.地理信息系統(tǒng)概論：第三版[M].北京：高等教育出版社，2008.

[4] 馮雪嬌，王嘉睿，王鎏琳，等.基于ArcGIS Engine的高校文化旅游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2019，35（5）：91-96.