基于ＩＭＡＧＩＳ農村地理信息系統的設計與實現

摘要:隨著社會主義新農村建設的不斷深入，農村人民生活水平的不斷提高，新農村的規劃和管理也相應的提高到一個新的層次。運用現代技術手段提高新農村發展規劃水平和建設的可視化效果，本文結合適普公司IMAGIS軟件，對新農村建設的三維場景問題進行討論，并且根據三維地理信息系統的原理和方法來建立農村的三維模型場景，給出了系統空間數據和屬性數據的管理方法。

關鍵詞：IMAGIS；三維地理信息系統；三維建模；高程

中圖分類號：TP 文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)33-1411-02

Design and Realization of Geographic Information System for Rural Based on IMAGIS

ZHANG Zhen-mei， GAO Yu-zhuo， YUAN Fang

(Network Center of Ningxia University，Yinchuan 750021，China)

Abstract: With deepening of a new socialist countryside the rural people's living standards continued to improve，the new countryside planning and management will reach to a new level，in order to improve the information construction in rural areas of the visual effect for publicity，in this paper，IMAGIS，the new rural Three-dimensional scenes of the construction issues were discussed，and It would create three-dimensional model of rural scenes which based on the principles and methods， to analyze its system of space data and attribute data Management.

Keywords: IMAGIS;Three-dimensional Geographic Information System;Three-dimensional Modeling;elevation

1 引言

傳統二維地理信息系統是對三維地理空間中的各種地理對象進行二維平面投影的一種簡化，它所表達的地理信息是平面的，因此無法完整地反映客觀世界。隨著GIS技術和計算機圖形學等相關學科的深入研究，傳統的二維地理信息系統在很多領域已不能滿足人們對現實世界認識與表達的需要，三維GIS正成為當前的一個研究熱點。三維地理信息系統是應用三維可視化技術和虛擬現實等技術[1]，以直觀的三維地形地物代替了抽象的二維地圖符號，使地理空間信息在電腦中立體化顯示，從而更加真實的反映三維客觀世界，使用戶有身臨其境的感覺。通過三維GIS，可以完成二維GIS無法進行的某些特性分析，如淹沒分析、通視分析、斷面分析等，可以實現對三維場景的實時瀏覽。

新農村三維景觀建設是新農村規劃建設的重點之一，是農村信息化的具體實施，其相關的空間屬性和數據對新農村規劃建設有很大的幫助。本文利用IMAGIS在三維地理信息系統可視中的應用，用三維立體空間場景代替傳統的抽象二維地圖及其相應的描述文件，以其生動的模型來模擬和顯示三維空間，以人機互動方式來實現新農村景觀的實時漫游，為農村綜合事務的管理和服務提供一個科學簡便、形象直觀的可視化人機交互平臺，也為自身對外宣傳提供一個直觀的平臺。

2 系統設計

2.1 系統設計基本原則

為使系統的設計標準化，減少數據冗余，提高工作效率，系統設計必須遵循以下一些基本的原則：1) 數據標準化原則：為了便于數據的共享和交換，對地理要素的分類和編碼，屬性數據的命名和編碼，文件的命名以及數據庫的設計等都采用統一的標準。2) 與二維地理信息系統集成原則：二維地理信息系統發展到現在已經相當成熟了，和三維地理信息系統相比較，它們各有優缺點，應充分利用二維地理信息系統研究的成果，將二者有機的集合起來。三維地理信息系統數據模型也常常要利用二維平面數據。3) 易擴展、易維護原則：采用軟件工程學的原理方法對系統進行分析和設計，系統中各模塊之間盡可能地獨立，便于以后進行修改擴展。同時做出的三維模型也要便于修改和維護。

2.2 系統結設計流程

整個系統主要完成三維建模和三維瀏覽兩部分工作，本系統設計流程如圖1。

2.3 空間數據和屬性數據的管理

圖1 系統設計流程

系統中所涉及的數據比較多，主要可以分為兩類：空間數據和屬性數據。空間數據主要包括原有的二維地面數據以及三維農村模型；屬性數據主要包括村內地物的各種屬性信息，以及村民的各種相關信息，另外還有一些多媒體信息如建筑物影像文件，語音文件，文本文件等。二維及三維空間數據根據所采用的地理信息系統軟件所能處理的文件格式進行存儲，屬性數據采用關系數據庫，如Access進行管理，多媒體信息采用文件方式進行管理，系統記錄其存儲位置。各類數據通過唯一的標識碼（ID號）進行連接，系統存儲結構圖如圖2所示。

3 系統實現

3.1 平臺選擇

本系統充分利用現有的比較成熟的三維可視化地理系統軟件IMAG1S進行三維模型的建立及瀏覽。IMAGIS軟件是武漢適普公司開發的一套以數字正射影像(DOM)、數字地而模型(DAM)、數字線劃圖(DRG)作為對象的虛擬現實管理的GIS系統。IMAGIS是基于4D產品的二維可視化地理信息系統，它將常規的而為數據模型推廣到三維空間，為用戶提供了強大的交互操作工具。在二維動態環境中，用戶可以真實地重現或創建各種復雜的二維形體，如地貌、地物等。為了進一步的空間決策服務，IMAGIS系統可以直接從二維模型上進行分析和查詢，如面積、周長、距離、體積和剖面等。該系統結合了二維可視化技術（Visual Reality）與虛擬現實技術（Virtual Reality)真正做到了管理意義上的“所見及所得”。通過調用IMAGIS影像快速漫游系統（IMAGIS 3D Browser)實現對三維農村模型的顯示、場景漫游、空間信息和屬性信息的查詢和分析等功能[2]。

3.2 三維模型建立

首先選擇農村1:500地形圖作為底圖，利用AutoCAD對其地圖進行處理，轉換為IMAGIS兼容的數據接口.dwf (R14)格式，將處理過數字化地圖利用IMAGIS中的二維圖形編輯系統進行屏幕數字化，獲得IMAGIS能處理的二維農村矢量平面圖。對二維農村矢量平面圖中的幾何實體添加必要的屬性，如建筑物實體添加建筑物高度，顏色等屬性。同時利用IMAGIS中的二維圖形編輯系統打開等高線文件或導人由其他軟件生成的等高線文件，根據等高線文件生成數字高程模型DEM。調用IMAGIS中的三維編輯系統，打開二維矢量平面圖，然后在其上添加數字高程模型DEM，以真實的再現地形地貌。如果還有農村正射影像，還可以使用正射影像為DEM貼上紋理，有了正射影像，地面看上去將更加真實，重現了建筑物所在的周圍環境。利用IMAGIS中提供的豐富的三維建模功能，根據二維矢量平面圖中的線條數據以及屬性信息創建三維模型。對于比較規則的建筑物，可以根據建筑物高度，然后統一進行自動創建建筑物或人工創建建筑物。一些較復雜的建筑物可以采用系統提供的三維建模工具進行建模，[3] 也可以先用3DMAX建立模型，再導人到IMAGIS中。基本模型建成之后，再將實地采集的建筑物原始紋理，先用Photoshop加工處理，再采用自動貼紋理或對應點貼紋理等功能貼到各個建筑物表面，從而獲得更加真實的農村三維模型。對于樹和廣告牌等特殊的模型，可以從IMAGIS的模型庫中選擇相應的模型按照一定的參數添加到當前的場景中。建立的三維農村模型如圖3所示。

圖2 系統數據存儲結構圖

利用系統的數據庫管理功能，定義和農村三維模型相關聯的數據表的名稱和結構，添加農村三維模型中各個建筑物的屬性信息。系統可以將和各建筑物相關的一些多媒體數據添加到系統中，供用戶進行瀏覽和查看，比如選中的一個建筑物實體，如果多媒體屬性文件為“.AVI”格式，則彈出多媒體播放器進行播放。

3.3 三維模型瀏覽

有了農村三維模型，用戶就可以進行一些二維地理信息系統所無法完成的一些三維空間查詢與分析，如通視分析，水淹分析等等，將所建立的農村三維模型以及相對應的數字高程模型加入該場景中，用戶可以任何的方式進行漫游，進行一些視圖操作。用戶還可以進行實時控制飛行或指定一條路徑進行飛行，并將飛行的過程錄制一段電影以供其他文件的調用。

3.4 數據系統發布

可利用IMAGIS平臺所提供的VRML數據接口，將三維農村模型輸出為.wrl格式的數據文件，然后借助專門的網絡瀏覽器插件(如:Cortona 2.0等等)實現網絡發布。

3.5 系統二次開發

圖3 三維農村模型

作為一個三維地理信息系統平臺，IMAGIS所提供的功能不可能完成所有的專業任務。因此，IMAGIS提供了二次開發的接口，針對一些專業應用，用戶可以使用其他語言編寫腳本程序，再由IMAGIS調用，實現IMAGIS所無法提供的一些功能。通過編寫腳本程序進行二次開發，就可以開發出符合用戶要求的三維地理信息系統[4]。

4 總結

三維農村地理信息系統的建立將給用戶展示一個更加真實的新農村，可以為相關部門對新農村的布局及規劃進行可視化[5]瀏覽，提供可視化的分析和決策，同時可作為新農村對外宣傳的一個窗口。三維地理信息系統的技術及方法正逐漸應用于城市規劃，工程勘察等其他部門，如建筑方案的比較與選擇、災害預測與防治、資源調查與環境保護等、在數字城市的建設中發揮很大的作用，促進國民經濟的發展。

參考文獻:

[1] 劉曉艷，林琿，張宏.虛擬城市建設原理與方法[M].北京:科學出版社，2003.

[2] 適普有限公司.IMAGIS用戶手冊[M].北京:適普有限公司.

[3] 張文軍，王衛紅.基于IMAGIS的三維景觀模型的建立[J].四川測繪，2003.

[4] 劉萬青，石云，劉勃利.利用IMAGIS快速制作城市三維景觀圖的方法.2003.

[5] 陳竹安，張立亭，聶愛秀.基于IMAGIS3DGIS的設計與實現[J].黑龍江工程學院學報:自然科學版，2006，20(1):15-17.