趙艷

摘? 要：基于GIS可實現(xiàn)對三維測繪數(shù)據(jù)的數(shù)字化存儲和管理，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析、查詢以及更新，全面整合三維測繪數(shù)據(jù)，幫助使用者為三維測繪基礎數(shù)據(jù)進行邏輯分析。該文探討了公園三維信息系統(tǒng)的總體設計與實現(xiàn)，包括系統(tǒng)需求分析、總體設計和數(shù)據(jù)庫建設等，系統(tǒng)以三維可視化為基礎，包含了公園的地形地貌、古建古樹、管網(wǎng)等涉及公園地上、地層以及地下的所有設施。同時，還可以根據(jù)需要向大眾展示公園場景，實現(xiàn)三維漫游。

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

中圖分類號：P28? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：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，越來越被人們所重視。但是，公園信息化建設遠遠不能滿足公園的發(fā)展，信息化的滯后也帶來諸多問題，成為制約公園發(fā)展的瓶頸[1]。當前人們大多通過圖表或圖紙的形式來保存公園資料，這種紙質檔的資料難以進行實時更新，各類數(shù)據(jù)間也無法實現(xiàn)無縫結合，這就極大地浪費了人力資源。在傳統(tǒng)的資料管理模式中，管理流程較為復雜，無法對各個資料進行準確管理，導致其最終的管理效率極為低下，難以適應現(xiàn)代化辦公的需求[2]。

在當前的信息時代中，計算機技術、虛擬現(xiàn)實技術、地理信息技術、數(shù)據(jù)庫技術等都得到了突飛猛進的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)能夠利用上述一系列技術，實現(xiàn)對三維測繪數(shù)據(jù)的數(shù)字化存儲和管理，能夠借助一系列信息技術，來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析、查詢以及更新，全面整合三維測繪數(shù)據(jù)，幫助使用者為三維測繪基礎數(shù)據(jù)進行邏輯分析，在公園的建設與施工過程中，結合準確的三維測繪基礎資料，能夠有效規(guī)避施工疏漏，進一步提高公園的建設效率[3]。

1? 系統(tǒng)總體設計

1.1 系統(tǒng)總體架構

園區(qū)的三維測繪信息系統(tǒng)和工作系統(tǒng)使用結合了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)務系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫、ArcGIS服務、Web服務、文檔資料和軟件庫部署在服務器中，通過內(nèi)網(wǎng)訪問共享存儲空間中的數(shù)據(jù)。C/S模式業(yè)務系統(tǒng)安裝部署在客戶端計算機中，通過內(nèi)網(wǎng)訪問服務器上的數(shù)據(jù)庫和共享資料[4]。

B/S和C/S模式的業(yè)務系統(tǒng)，都由客戶端通過瀏覽器訪問公園三維測繪信息系統(tǒng)，完成單點登錄和權限認證。對于B/S系統(tǒng)，由公園三維測繪信息系統(tǒng)完成頁面跳轉和權限控制，對于C/S系統(tǒng)，由公園三維測繪信息系統(tǒng)完成智能部署并調(diào)用該地業(yè)務系統(tǒng)，智能部署包括權限控制、下載和自動部署、版本升級等功能，簡化用戶對眾多業(yè)務系統(tǒng)的訪問和權限控制。

B/S業(yè)務系統(tǒng)的用戶通過平臺單點登錄和權限驗證后，跳轉到相應的B/S模式應用。C/S業(yè)務系統(tǒng)的用戶通過平臺單點登錄和權限驗證后，實現(xiàn)智能部署后加載客戶端本地應用。數(shù)據(jù)庫、存儲系統(tǒng)及相應的服務部署在后臺服務器，C/S系統(tǒng)、B/S系統(tǒng)以及公園三維測繪信息系統(tǒng)訪問后臺服務器提供的服務和數(shù)據(jù)。公園三維地理信息系統(tǒng)的邏輯部署結構圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)功能設計

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)和旅游信息平臺子系統(tǒng)這3個部分。

1.2.1 三維建模子系統(tǒng)

可以根據(jù)資料生成相應的三維數(shù)據(jù)，為公園信息管理子系統(tǒng)旅游信息平臺子系統(tǒng)提供三維可視化支持。主要包括三維地質體建模、三維古建筑建模和三維地表建模。涵蓋公園整個范圍內(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)

主要對公園的各種資料進行規(guī)范化管理，并提供查詢功能。信息查詢功能能夠查詢公園范圍內(nèi)的各個要素基本資料、屬性以及緩沖區(qū)查詢，查詢結構以三維場景直觀展現(xiàn)。其中緩沖區(qū)查詢的主要目的是查詢目標要素影響的范圍，使得相關改造建筑施工對公園的其他要素產(chǎn)生影響，造成不必要的損失。系統(tǒng)管理功能能夠維護公園三維場景中各個要素的基本信息，屬性以及相應緩沖區(qū)范圍，并維護整個系統(tǒng)的用戶管理。同時，系統(tǒng)管理功能還能維護FTP服務器，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 旅游信息平臺子系統(tǒng)

主要針對游客進行地面三維場景展示，并提供查詢功能。游客可以在公園終端機上進行三維漫游，了解公園的整體概貌，同時也能夠查詢公園內(nèi)各個景點的基本信息，以及相應的公共服務設施基本信息。

2? 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設

2.1 公園三維測繪數(shù)據(jù)預處理

公園三維測繪數(shù)據(jù)預處理采用多層體系結構，分別為數(shù)據(jù)庫服務層、數(shù)據(jù)接口層、ArcGIS服務組件層和三維顯示層，每一層分別為其上層提供服務和支持。

其中，數(shù)據(jù)庫服務層存儲了經(jīng)過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技術實現(xiàn)對屬性信息數(shù)據(jù)的訪問，地理信息數(shù)據(jù)通過ArcSDE中間件技術從Geodatabase的三維空間庫中進行獲取，ArcGIS服務組件層采用ArcEngine、ArcScene控件提供二維與三維環(huán)境的基本處理功能，而三維顯示層實現(xiàn)將三維虛擬環(huán)境呈現(xiàn)給用戶[5]。

2.1.1 公園地形圖數(shù)據(jù)預處理

采用1∶500比例尺的帶狀公園地形圖數(shù)據(jù)，按照系統(tǒng)的建設需要建立相應的點、線、面要素圖層，并進行矢量化。利用ArcGIS提供的等高線處理工具，實現(xiàn)對公園地形圖等高線進行簡化、抽稀、光滑等處理操作。對已經(jīng)進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)預處理

能夠在一定程度上反映管線與周邊地物的空間關系。在進行公園地物建模時，對公園地物模型進行適當?shù)膭澐?，根?jù)不同種類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單規(guī)則模型和特殊規(guī)則模型兩類。簡單規(guī)則模型是指橫切面是比較規(guī)則的地物，不需要進行復雜的建模，只需要通過樣式替換或者簡單的面狀拉伸就可以達到三維展示效果的模型。對于簡單規(guī)則的點狀類型要素如樹、灌木、電話亭、路燈等，ArcGIS提供豐富的樣式用于這些簡單模型的建立，這些樣式完全可以滿足管網(wǎng)三維展示中對普通地物的建模要求。

2.1.3 三維古建、古樹數(shù)據(jù)預生成

該研究的三維測繪包括公園古建、古樹、其他共 3類。利用三維建模軟件建立各類古建、古樹等的模型，保存為3DS文件格式，并使用符號轉入器將這些三維模型和符號分別轉入模型庫和符號庫中。

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

在古建和古樹的三維建模過程中，根據(jù)其端點坐標、長度、寬度、高程，通過空間解析幾何建模，獲取古建、古樹各個片的頂點坐標，然后通過使用Arc Engine提供的IMultiPatch接口，將這些點集合生成多片，經(jīng)過組合生成古建、古樹的三維多片模型數(shù)據(jù)，通過空間數(shù)據(jù)庫進行存儲和管理。

通過地形圖數(shù)據(jù)和地物數(shù)據(jù)預處理，消除錯誤點和異常點，應用3d Max軟件進行古建、古樹等的精細化三維建模，獲得其大量的模型數(shù)據(jù)，再通過實拍照片，通過三維模型貼圖的方法獲得古樹、古建的三維骨架模型，通過三維軟件可實時展示。

2.2 數(shù)據(jù)建庫

數(shù)據(jù)的一次性建庫采取數(shù)據(jù)轉換、篩選和更新的方式，建立用于運行的數(shù)據(jù)庫，建庫的同時進行數(shù)據(jù)交換更新系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試，系統(tǒng)運行后，數(shù)據(jù)的更新可以利用數(shù)據(jù)交換更新平臺進行，如圖2所示。

數(shù)據(jù)轉換即格式轉換，將專業(yè)權屬單位數(shù)據(jù)通過技術處理，轉成ArcGIS可以接受的中間數(shù)據(jù)交換格式，由ArcGIS導入，最后形成ArcGIS數(shù)據(jù)格式[6]。

數(shù)據(jù)篩選的目的是對權屬單位專業(yè)管網(wǎng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行篩選，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)綜合的目的是針對權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)綜合的原則等問題，而對于不同類型的管線數(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)的綜合是對具有網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)的綜合，需要保證拓撲關系的完整，滿足公園管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的需要。

3? 結語

公園三維地理信息系統(tǒng)設計與實現(xiàn)。結合數(shù)字高程模型建立方法，設計和實現(xiàn)了公園三維地理信息系統(tǒng)。以三維可視化為基礎，包含了公園的地形地貌、古建古樹、管網(wǎng)等涉及公園地上、地層以及地下的所有設施。同時，還可以根據(jù)需要向大眾展示公園場景，實現(xiàn)三維漫游。

參考文獻

[1] 丁小輝.基于BIM數(shù)據(jù)源的三維GIS數(shù)據(jù)模型及其應用研究[D].中國科學院大學（中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所），2019.

[2] 王喬俊.基于Creator的漓江流域三維GIS地形建模探討[J].華北自然資源，2021（1）：74-75.

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[5] 肖長偉，曲國鵬，李高鋒.基于三維GIS的校園地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].智能城市，2020，6（17）：47-48.

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