基于3DGIS的城市社會管理平臺解決方案

邱儒瓊，聶小波，張 丹

（1.湖北省基礎(chǔ)地理信息中心，湖北 武漢 430074；2.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），湖北 武漢430074）

基于3DGIS的城市社會管理平臺解決方案

邱儒瓊1,2，聶小波1，張 丹1

（1.湖北省基礎(chǔ)地理信息中心，湖北 武漢 430074；2.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），湖北 武漢430074）

分析了城市社會管理平臺的數(shù)據(jù)需求和功能需求，闡述了如何基于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫和專題信息資源，運用計算機技術(shù)、3DGIS技術(shù)等現(xiàn)代科技手段，構(gòu)建城市社會管理三維平臺，對其他城市建立基于3DGIS的城市社會管理平臺具有借鑒意義。

社會管理；城市網(wǎng)格化；3DGIS；解決方案

城市是一定區(qū)域經(jīng)濟、政治、文化、信息和服務(wù)的中心，是社會重要的組成單元，在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中發(fā)揮著主導(dǎo)作用[1]。隨著我國城市高速發(fā)展，人口、住房等城市社會問題日益凸顯，城市社會管理需要將城市建設(shè)和社會發(fā)展緊密結(jié)合起來，促進城市的健康發(fā)展，協(xié)調(diào)社會管理全局[2]。近年來，城市網(wǎng)格化管理依托數(shù)字城市技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代城市管理理論，創(chuàng)建了數(shù)字化、網(wǎng)格化城市管理新模式[3]。3DGIS作為城市網(wǎng)格化管理的關(guān)鍵技術(shù)之一[4]，不僅突破了空間信息在二維平面內(nèi)單調(diào)展示的束縛，而且為空間分析和信息判讀提供了更好的途徑，也為各行業(yè)提供了更直觀的輔助決策支持[5,6]。

本文以鄂州社會管理三維平臺原型為例，整合各類基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)以及社會管理專題資源，探索了基于3DGIS的多種技術(shù)集成的城市社會管理平臺的關(guān)鍵技術(shù)、總體架構(gòu)和相應(yīng)功能。

1 需求分析

1.1 數(shù)據(jù)需求

鄂州社會管理三維平臺數(shù)據(jù)涉及基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)包括影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、注記數(shù)據(jù)和三維模型等。其中，影像數(shù)據(jù)采用SPOT衛(wèi)星影像和鄂州正射影像圖成果等；高程數(shù)據(jù)采用湖北1∶5萬DEM數(shù)據(jù)等；矢量數(shù)據(jù)包含鄂州境界及縣區(qū)級行政區(qū)劃（面）等；注記數(shù)據(jù)包含鄂州縣區(qū)級行政區(qū)劃名稱等；專題數(shù)據(jù)包括房產(chǎn)信息和人口信息等；數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)采用1980西安坐標(biāo)系，經(jīng)緯度坐標(biāo)。

1.2 功能需求

鄂州社會管理三維平臺功能主要包括三維瀏覽、圖層管理、地名定位等，同時提供距離量算、面積量算、坐標(biāo)量算、日照分析、視域分析、通視分析、剖面分析等功能。另外，信息查詢能夠?qū)崿F(xiàn)“以人查房、以房查人”等功能。

1.3 總體目標(biāo)

平臺建設(shè)的總體目標(biāo)是構(gòu)建一個數(shù)字城市社會管理三維平臺產(chǎn)品，以數(shù)字城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)及專題資源為支撐，運用計算機技術(shù)、3DGIS技術(shù)等現(xiàn)代科技手段，實現(xiàn)基于真實地理世界的三維景觀，重現(xiàn)真實的城市原貌，從而為政府部門的網(wǎng)格化管理與決策提供強有力的三維地理信息支撐，提高管理質(zhì)量和效率，實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

2 技術(shù)路線

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

1）數(shù)字地球技術(shù)。數(shù)字地球是對真實地球及其相關(guān)現(xiàn)象統(tǒng)一的數(shù)字化重現(xiàn)和認識。主要是采用數(shù)字化的手段，嵌入海量地理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多分辨率、三維地球描述，即“虛擬地球”。本平臺基于先進的數(shù)字地球技術(shù)，以三維虛擬地球為展現(xiàn)平臺，結(jié)合高分辨率航片影像、衛(wèi)星遙感影像、數(shù)字高程模型、城市三維模型、注記數(shù)據(jù)、社會管理專題數(shù)據(jù)等，建立了直觀、立體、全方位的信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了在計算機屏幕上全局、真實地再現(xiàn)城市三維景觀。

2）多源數(shù)據(jù)無縫集成技術(shù)。隨著計算機、傳感器、圖像處理等技術(shù)的快速發(fā)展，地理信息數(shù)據(jù)的獲取方式越來越多元化，形成多種格式的原始數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)平臺通過對基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)進行分析，充分利用已有的基礎(chǔ)地理及社會管理專題數(shù)據(jù)資源，建立了多源數(shù)據(jù)的空間索引，使得各種類型數(shù)據(jù)密切關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了多種數(shù)據(jù)之間的無縫集成、相互檢索和綜合利用。

3）海量數(shù)據(jù)動態(tài)加載技術(shù)。海量數(shù)據(jù)動態(tài)加載即為GIS空間數(shù)據(jù)可視化，包括空間數(shù)據(jù)組織與調(diào)度、空間數(shù)據(jù)可視化、過程模擬、探索性分析等過程。其中，核心是組織與調(diào)度，主要解決海量空間數(shù)據(jù)的簡化模式和快速調(diào)度?？臻g數(shù)據(jù)的調(diào)度，關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)的索引與檢索，空間索引的性能優(yōu)劣直接影響到GIS系統(tǒng)的效率和生命周期。本項目中，通過綜合采用分布式存儲技術(shù)、金字塔分級技術(shù)、瓦片預(yù)生成技術(shù)、圖像壓縮技術(shù)、動態(tài)加載技術(shù)等，實現(xiàn)了對海量影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)等的高效管理和動態(tài)加載。

4）友好實用的信息查詢功能。本平臺中，通過三維拾取和交互技術(shù)，提供了方便實用的信息查詢功能，通過該功能，可以查詢地表的三維坐標(biāo)，如經(jīng)度、緯度、高度等；還可查詢各種專題信息，包括房產(chǎn)及其人口信息等；通過地名搜索，可以在各種行政區(qū)劃間快速定位。

5）強大的空間分析功能。GIS空間分析是其區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的重要標(biāo)志，是GIS系統(tǒng)的核心功能。本系統(tǒng)中，集成了大量復(fù)雜的三維空間分析算法，通過這些算法，提供了多種實用的三維空間分析功能，主要包括視線分析、日照分析、剖面分析等。運用這些功能，實現(xiàn)了對城市社會管理的高效輔助。

2.2 總體架構(gòu)

平臺總體框架如圖1所示。

圖1 鄂州社會管理平臺總體架構(gòu)圖

2.3 運行環(huán)境

1）軟件環(huán)境。操作系統(tǒng)：WinXP/Windows7；三維軟件：Skyline Runtime 6.1；數(shù)據(jù)庫軟件：Access 2003。

2）硬件環(huán)境。處理器：Intel多核，主頻3.2 G以上；內(nèi)存：4 G；硬盤：500 G；顯卡：顯存512 M以上。

3）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。采用C/S應(yīng)用模式，運行于局域網(wǎng)。

2.4 功能設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)功能需求，將系統(tǒng)功能實現(xiàn)主要劃分為10大功能模塊，如圖2所示。

1）三維瀏覽模塊。可以通過鼠標(biāo)，在三維場景中完成地圖放大、縮小、漫游等操作。

2）圖層管理模塊?？梢栽O(shè)置各種圖層可見狀態(tài)。

3）空間量測模塊?？梢栽谌S場景中進行距離量算、面積量算、坐標(biāo)查詢等操作。

4）信息查詢模塊?？梢詫崿F(xiàn)以人查房、以房查人等多種社會管理信息查詢功能。

圖2 系統(tǒng)功能模塊組成圖

5）地名查詢模塊。輸入地名，可以得到與輸入地名相匹配的所有記錄。

6）日照分析模塊?？梢阅M日照在某一天之內(nèi)的動態(tài)變化，分析特定建筑物的陰影對其他建筑物的影響。

7）視域分析模塊?？梢苑治鰪囊朁c出發(fā)的視域范圍內(nèi)建筑物對視線的遮擋情況，得到視域范圍內(nèi)可見區(qū)域范圍和不可見區(qū)域范圍。

8）通視分析模塊。模擬人眼沿視線觀察的物體，來分析場景中兩點或多點之間的可見性，并在地圖上顯示視線是否可見。

9）剖面分析模塊。沿所繪制的斷面線縱剖地形，從而得到斷面圖以及相關(guān)的信息。

10）其他功能模塊?？梢詫崿F(xiàn)全屏顯示等功能。

2.5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計圖

3 建設(shè)成果

鄂州社會管理三維平臺系統(tǒng)實現(xiàn)了三維瀏覽、圖層管理、空間量測、信息查詢、地名查詢、坐標(biāo)定位、日照分析、視域分析、通視分析、剖面分析等功能，可以為政府部門提供決策支持，主界面如圖4所示。信息查詢模塊能夠?qū)崿F(xiàn)“以人查房、以房查人”等功能，界面如圖5和6所示。

圖4 鄂州社會管理三維平臺主界面

圖5 “以房查人”根據(jù)房屋查詢功能界面

圖6 “以人查房”根據(jù)人查詢房屋界面

4 結(jié) 語

三維地理信息系統(tǒng)是近幾年來國內(nèi)外信息產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的熱點，隨著技術(shù)的發(fā)展，其在數(shù)字城市領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來越廣泛，越來越深入[7]。鄂州社會管理三維平臺系統(tǒng)作為城市社會管理三維平臺，采用基于Skyline的三維地理信息平臺構(gòu)建，提供了信息搜索、空間分析、快速定位、輔助管理等功能，具有支持海量地理信息數(shù)據(jù)、無縫集成多源數(shù)據(jù)、三維可視化效果好等諸多特點，能夠為政府部門、企業(yè)、各專業(yè)領(lǐng)域用戶提供性能優(yōu)、成本低、擴展性好的城市社會管理平臺解決方案。對于創(chuàng)新和優(yōu)化數(shù)字城市各行各業(yè)信息化管理理念、方法、機制，推進地理信息的社會化應(yīng)用具有借鑒意義。

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P208

B

1672-4623（2015）01-0176-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.059

邱儒瓊，碩士，高級工程師，主要從事地理信息系統(tǒng)等的科研和應(yīng)用工作。

2014-04-28。