公園三維信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙艷

摘? 要：基于GIS可實(shí)現(xiàn)對(duì)三維測(cè)繪數(shù)據(jù)的數(shù)字化存儲(chǔ)和管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分析、查詢(xún)以及更新，全面整合三維測(cè)繪數(shù)據(jù)，幫助使用者為三維測(cè)繪基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析。該文探討了公園三維信息系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括系統(tǒng)需求分析、總體設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)等，系統(tǒng)以三維可視化為基礎(chǔ)，包含了公園的地形地貌、古建古樹(shù)、管網(wǎng)等涉及公園地上、地層以及地下的所有設(shè)施。同時(shí)，還可以根據(jù)需要向大眾展示公園場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)三維漫游。

關(guān)鍵詞：GIS? 公園? 三維信息系統(tǒng)? 數(shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類(lèi)號(hào)：P28? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）05（b）-0027-03

Abstract： Based on GIS， it can realize the digital storage and management of 3D surveying and mapping data， realize the analysis， query and update of data， comprehensively integrate 3D surveying and mapping data， and help users carry out logical analysis for 3D surveying and mapping basic data. This paper discusses the overall design and implementation of the Park 3D information system， including system demand analysis， overall design and database construction， The system is based on three-dimensional visualization， including the park's topography， ancient buildings， ancient trees， pipe network， etc.， involving all the above ground， stratum and underground facilities of the park. At the same time， it can also show the park scene to the public according to the needs to realize three-dimensional roaming.

Key Words： GIS; Park; 3D information system; Database

公園作為一種重要的旅游資源，日益吸引眾多游客，越來(lái)越被人們所重視。但是，公園信息化建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足公園的發(fā)展，信息化的滯后也帶來(lái)諸多問(wèn)題，成為制約公園發(fā)展的瓶頸[1]。當(dāng)前人們大多通過(guò)圖表或圖紙的形式來(lái)保存公園資料，這種紙質(zhì)檔的資料難以進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，各類(lèi)數(shù)據(jù)間也無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)縫結(jié)合，這就極大地浪費(fèi)了人力資源。在傳統(tǒng)的資料管理模式中，管理流程較為復(fù)雜，無(wú)法對(duì)各個(gè)資料進(jìn)行準(zhǔn)確管理，導(dǎo)致其最終的管理效率極為低下，難以適應(yīng)現(xiàn)代化辦公的需求[2]。

在當(dāng)前的信息時(shí)代中，計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、地理信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等都得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)能夠利用上述一系列技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維測(cè)繪數(shù)據(jù)的數(shù)字化存儲(chǔ)和管理，能夠借助一系列信息技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分析、查詢(xún)以及更新，全面整合三維測(cè)繪數(shù)據(jù)，幫助使用者為三維測(cè)繪基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析，在公園的建設(shè)與施工過(guò)程中，結(jié)合準(zhǔn)確的三維測(cè)繪基礎(chǔ)資料，能夠有效規(guī)避施工疏漏，進(jìn)一步提高公園的建設(shè)效率[3]。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

園區(qū)的三維測(cè)繪信息系統(tǒng)和工作系統(tǒng)使用結(jié)合了B/S和C/S的混合模式部署在園區(qū)管理辦公室的Intranet環(huán)境中。

B/S模式業(yè)務(wù)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)、ArcGIS服務(wù)、Web服務(wù)、文檔資料和軟件庫(kù)部署在服務(wù)器中，通過(guò)內(nèi)網(wǎng)訪問(wèn)共享存儲(chǔ)空間中的數(shù)據(jù)。C/S模式業(yè)務(wù)系統(tǒng)安裝部署在客戶(hù)端計(jì)算機(jī)中，通過(guò)內(nèi)網(wǎng)訪問(wèn)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)和共享資料[4]。

B/S和C/S模式的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，都由客戶(hù)端通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)公園三維測(cè)繪信息系統(tǒng)，完成單點(diǎn)登錄和權(quán)限認(rèn)證。對(duì)于B/S系統(tǒng)，由公園三維測(cè)繪信息系統(tǒng)完成頁(yè)面跳轉(zhuǎn)和權(quán)限控制，對(duì)于C/S系統(tǒng)，由公園三維測(cè)繪信息系統(tǒng)完成智能部署并調(diào)用該地業(yè)務(wù)系統(tǒng)，智能部署包括權(quán)限控制、下載和自動(dòng)部署、版本升級(jí)等功能，簡(jiǎn)化用戶(hù)對(duì)眾多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的訪問(wèn)和權(quán)限控制。

B/S業(yè)務(wù)系統(tǒng)的用戶(hù)通過(guò)平臺(tái)單點(diǎn)登錄和權(quán)限驗(yàn)證后，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的B/S模式應(yīng)用。C/S業(yè)務(wù)系統(tǒng)的用戶(hù)通過(guò)平臺(tái)單點(diǎn)登錄和權(quán)限驗(yàn)證后，實(shí)現(xiàn)智能部署后加載客戶(hù)端本地應(yīng)用。數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)系統(tǒng)及相應(yīng)的服務(wù)部署在后臺(tái)服務(wù)器，C/S系統(tǒng)、B/S系統(tǒng)以及公園三維測(cè)繪信息系統(tǒng)訪問(wèn)后臺(tái)服務(wù)器提供的服務(wù)和數(shù)據(jù)。公園三維地理信息系統(tǒng)的邏輯部署結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

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(tái)子系統(tǒng)這3個(gè)部分。

1.2.1 三維建模子系統(tǒng)

可以根據(jù)資料生成相應(yīng)的三維數(shù)據(jù)，為公園信息管理子系統(tǒng)旅游信息平臺(tái)子系統(tǒng)提供三維可視化支持。主要包括三維地質(zhì)體建模、三維古建筑建模和三維地表建模。涵蓋公園整個(gè)范圍內(nèi)地上、地表和地下所有要素的三維模型建模。

1.2.2 公園信息管理子系統(tǒng)

主要對(duì)公園的各種資料進(jìn)行規(guī)范化管理，并提供查詢(xún)功能。信息查詢(xún)功能能夠查詢(xún)公園范圍內(nèi)的各個(gè)要素基本資料、屬性以及緩沖區(qū)查詢(xún)，查詢(xún)結(jié)構(gòu)以三維場(chǎng)景直觀展現(xiàn)。其中緩沖區(qū)查詢(xún)的主要目的是查詢(xún)目標(biāo)要素影響的范圍，使得相關(guān)改造建筑施工對(duì)公園的其他要素產(chǎn)生影響，造成不必要的損失。系統(tǒng)管理功能能夠維護(hù)公園三維場(chǎng)景中各個(gè)要素的基本信息，屬性以及相應(yīng)緩沖區(qū)范圍，并維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的用戶(hù)管理。同時(shí)，系統(tǒng)管理功能還能維護(hù)FTP服務(wù)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。

1.2.3 旅游信息平臺(tái)子系統(tǒng)

主要針對(duì)游客進(jìn)行地面三維場(chǎng)景展示，并提供查詢(xún)功能。游客可以在公園終端機(jī)上進(jìn)行三維漫游，了解公園的整體概貌，同時(shí)也能夠查詢(xún)公園內(nèi)各個(gè)景點(diǎn)的基本信息，以及相應(yīng)的公共服務(wù)設(shè)施基本信息。

2? 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

2.1 公園三維測(cè)繪數(shù)據(jù)預(yù)處理

公園三維測(cè)繪數(shù)據(jù)預(yù)處理采用多層體系結(jié)構(gòu)，分別為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)層、數(shù)據(jù)接口層、ArcGIS服務(wù)組件層和三維顯示層，每一層分別為其上層提供服務(wù)和支持。

其中，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)層存儲(chǔ)了經(jīng)過(guò)加工處理的三維地理數(shù)據(jù)、三維管網(wǎng)數(shù)據(jù)和三維模型數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接口層采用ADO.NET技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)屬性信息數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，地理信息數(shù)據(jù)通過(guò)ArcSDE中間件技術(shù)從Geodatabase的三維空間庫(kù)中進(jìn)行獲取，ArcGIS服務(wù)組件層采用ArcEngine、ArcScene控件提供二維與三維環(huán)境的基本處理功能，而三維顯示層實(shí)現(xiàn)將三維虛擬環(huán)境呈現(xiàn)給用戶(hù)[5]。

2.1.1 公園地形圖數(shù)據(jù)預(yù)處理

采用1∶500比例尺的帶狀公園地形圖數(shù)據(jù)，按照系統(tǒng)的建設(shè)需要建立相應(yīng)的點(diǎn)、線、面要素圖層，并進(jìn)行矢量化。利用ArcGIS提供的等高線處理工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)公園地形圖等高線進(jìn)行簡(jiǎn)化、抽稀、光滑等處理操作。對(duì)已經(jīng)進(jìn)行等高線處理的地形圖，可利用ArcGIS的ArcToolbox工具，根據(jù)其高程數(shù)值建立TIN。

2.1.2 公園地物數(shù)據(jù)預(yù)處理

能夠在一定程度上反映管線與周邊地物的空間關(guān)系。在進(jìn)行公園地物建模時(shí)，對(duì)公園地物模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭澐?，根?jù)不同種類(lèi)的公園地物模型采用不同的三維建模方式，有效降低三維建模的復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的處理速度，突破了三維展示中大數(shù)據(jù)量處理的瓶頸。

公園地物模型主要分為簡(jiǎn)單規(guī)則模型和特殊規(guī)則模型兩類(lèi)。簡(jiǎn)單規(guī)則模型是指橫切面是比較規(guī)則的地物，不需要進(jìn)行復(fù)雜的建模，只需要通過(guò)樣式替換或者簡(jiǎn)單的面狀拉伸就可以達(dá)到三維展示效果的模型。對(duì)于簡(jiǎn)單規(guī)則的點(diǎn)狀類(lèi)型要素如樹(shù)、灌木、電話亭、路燈等，ArcGIS提供豐富的樣式用于這些簡(jiǎn)單模型的建立，這些樣式完全可以滿(mǎn)足管網(wǎng)三維展示中對(duì)普通地物的建模要求。

2.1.3 三維古建、古樹(shù)數(shù)據(jù)預(yù)生成

該研究的三維測(cè)繪包括公園古建、古樹(shù)、其他共 3類(lèi)。利用三維建模軟件建立各類(lèi)古建、古樹(shù)等的模型，保存為3DS文件格式，并使用符號(hào)轉(zhuǎn)入器將這些三維模型和符號(hào)分別轉(zhuǎn)入模型庫(kù)和符號(hào)庫(kù)中。

古建和古樹(shù)的三維建模，均可采用ArcObjects的多片（MultiPatch）方式實(shí)現(xiàn)。其中，方形模型由4個(gè)片組成，每個(gè)片由4個(gè)坐標(biāo)生成;圓形模型將其外環(huán)劃分成多個(gè)片（片數(shù)越多，描述越精確），通過(guò)這些片的組合可形成圓形的三維模型。

在古建和古樹(shù)的三維建模過(guò)程中，根據(jù)其端點(diǎn)坐標(biāo)、長(zhǎng)度、寬度、高程，通過(guò)空間解析幾何建模，獲取古建、古樹(shù)各個(gè)片的頂點(diǎn)坐標(biāo)，然后通過(guò)使用Arc Engine提供的IMultiPatch接口，將這些點(diǎn)集合生成多片，經(jīng)過(guò)組合生成古建、古樹(shù)的三維多片模型數(shù)據(jù)，通過(guò)空間數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。

通過(guò)地形圖數(shù)據(jù)和地物數(shù)據(jù)預(yù)處理，消除錯(cuò)誤點(diǎn)和異常點(diǎn)，應(yīng)用3d Max軟件進(jìn)行古建、古樹(shù)等的精細(xì)化三維建模，獲得其大量的模型數(shù)據(jù)，再通過(guò)實(shí)拍照片，通過(guò)三維模型貼圖的方法獲得古樹(shù)、古建的三維骨架模型，通過(guò)三維軟件可實(shí)時(shí)展示。

2.2 數(shù)據(jù)建庫(kù)

數(shù)據(jù)的一次性建庫(kù)采取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、篩選和更新的方式，建立用于運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫(kù)，建庫(kù)的同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換更新系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行后，數(shù)據(jù)的更新可以利用數(shù)據(jù)交換更新平臺(tái)進(jìn)行，如圖2所示。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換即格式轉(zhuǎn)換，將專(zhuān)業(yè)權(quán)屬單位數(shù)據(jù)通過(guò)技術(shù)處理，轉(zhuǎn)成ArcGIS可以接受的中間數(shù)據(jù)交換格式，由ArcGIS導(dǎo)入，最后形成ArcGIS數(shù)據(jù)格式[6]。

數(shù)據(jù)篩選的目的是對(duì)權(quán)屬單位專(zhuān)業(yè)管網(wǎng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，只保留市政管委需要數(shù)據(jù)，將其余數(shù)據(jù)刪除。

數(shù)據(jù)綜合的目的是針對(duì)權(quán)屬單位和市政管委管理綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)粒度不同而對(duì)數(shù)據(jù)所作的綜合處理。數(shù)據(jù)整合是數(shù)據(jù)處理中難度較大的階段，涉及到數(shù)據(jù)粒度的確定，數(shù)據(jù)綜合的原則等問(wèn)題，而對(duì)于不同類(lèi)型的管線數(shù)據(jù)，管線的數(shù)據(jù)模型不同，要分別制訂綜合方案。與傳統(tǒng)意義上的圖形綜合相比，公園管網(wǎng)數(shù)據(jù)的綜合是對(duì)具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)的綜合，需要保證拓?fù)潢P(guān)系的完整，滿(mǎn)足公園管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的需要。

3? 結(jié)語(yǔ)

公園三維地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。結(jié)合數(shù)字高程模型建立方法，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了公園三維地理信息系統(tǒng)。以三維可視化為基礎(chǔ)，包含了公園的地形地貌、古建古樹(shù)、管網(wǎng)等涉及公園地上、地層以及地下的所有設(shè)施。同時(shí)，還可以根據(jù)需要向大眾展示公園場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)三維漫游。

參考文獻(xiàn)

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