面向服務的三維GIS規劃應用系統構建

徐占華，顏宇，李仁忠

（重慶市勘測院重慶400020）

面向服務的三維GIS規劃應用系統構建

徐占華，顏宇，李仁忠

（重慶市勘測院重慶400020）

本文借助Web Services技術探索了面向服務的三維地理信息服務集成體系框架，并對規劃應用必要功能和配套措施進行了初步探討。

SOA；3DGIS；網絡服務；城市規劃

1 前言

計算機技術迅猛發展，尤其是虛擬現實技術研究的不斷深入，使得自2003年至2008年地理信息系統從二維向三維實現了跨越式的發展，而三維GIS也成為了GIS的重要發展方向和熱點研究區域之一。但是，目前很多所謂的三維GIS系統主要是利用經典二維GIS思想來構建二、三維聯動，即利用二維來分析和管理分析結果，然后用三維系統進行結果展示。另外，各部門建設系統時也存在數據無法共享、服務無法共享等問題，各部門專業數據和其它部門數據產生交集，一個城市多個部門都在重復做三維模型且標準不一致，一個部門如果想使用另一部門提供業務功能，必須建設一套類似的系統，造成大量的人力物力資源浪費[1]。因此，探索并建設三維服務共享系統機制，一方面為規劃系統業務管理進行服務，另一方面，能將三維模型數據針對各委辦局甚至社會企事業單位進行共享，達到資源和服務利用的最大化目的。

2 關鍵技術趨勢

2.1 數據共享發展

一般來講，數據共享發展分為地理相關數據庫模式、空間化數據庫模式和Web服務（Web Services）模式三個關鍵階段，而針對三維模型數據來講，因其發展較晚，可理解為直接從第一個階段跳轉至第三個階段，或者說目前主要是兩階段并存狀態。其中OGC（Open Geospatial Consortium開放地理信息聯盟）為地理信息共享和互操作作了大量研究，制定了一系列標準并解決了一系列問題。針對三維模型服務來說，OGC提出W3DS定義，提供了一個動態的三維場景，用戶可以交互式瀏覽這些在客戶端渲染的三維場景。伴隨著網絡三維技術發展，目前應用較多的交互三維規范是X3D國際標準，它由Web3D聯盟在VRML基礎上提出，采用構件化設計思想，具有很強的擴展性，并且使用它來表達數據，同時也有標準的插件使用。

2.2 共享服務框架

Web服務（Web Services）是基于XML文檔進行服務描述、服務請求和反饋結果，并可在Internet上通過HTTP協議進行傳遞。它包含的主要協議：XML（可擴展性標記語言）、SOAP（簡單對象訪問協議）、WSDL（網絡服務描述語言）、UDDI（統一描述、發現和集成）等，并且該體系中包含三種角色：服務提供者負責發布自己的服務并對使用服務者響應；服務代理對服務提供者服務進行注冊，并負責提供搜索、分類服務功能，服務需求者查詢；服務需求者利用服務中心或者直接請求服務提供者的服務，與自己業務邏輯融合并完成工作。

針對三維模型共享服務來說，因為Web瀏覽器并不直接支持三維模型的顯示，必須安裝X3D插件來解決問題，如Bitmanagement公司的BS contact Geo組件。根據軟件工程中的業務邏輯，共享框架設計為三層框架[2]，如圖1。

圖1 三維共享服務框架

客戶層：主要完成三維空間數據的渲染以及動態交互功能，必須支持X3D的瀏覽器以及其它支持X3D的客戶端應用。

服務層：服務代理將現有的二維GIS服務以及三維GIS服務進行發布和管理。客戶層一方面可以從服務代理處查找并使用服務，另一方面，也可直接尋求服務提供者服務并集成，包括二維GIS服務，同時也包括場景服務、地形服務等三維GIS服務。用戶不需關心功能服務是如何實現，只需要動態調用接口，即可得到響應結果。功能接口的實現則完全對用戶不透明。服務層主要是建立客戶層與共享服務及數據層的聯系。

數據層：除基礎地理信息數據庫以外.還需要設置三維地形數據庫、基本紋理數據庫等。三維數據庫一般采用XML／X3D文件存儲。

3 三維規劃應用系統構建與需求

3.1 三維規劃應用系統相關服務

城市規劃是對一定時期內城市的經濟與社會發展、土地利用、空間布局等的具體安排和實施管理。隨著計算機技術的不斷發展，尤其是計算機圖形技術的發展，各種三維圖形技術被應用到規劃中，因其較二維圖形顯得更加直觀而在某些場合顯得更加具有說服力，如建筑物高度及對周圍環境的影響[3]。但是，城市規劃管理輔助系統應該具有哪些主要功能呢？該問題將對三維規劃應用服務的開發具有指導性意義。一般來講，主要包括功能如下：

（1）規劃方案展示。系統支持矢量數據的導入控制，可將完成的規劃建設方案通過系統進行展示，并完成多角度瀏覽察看。

（2）規劃方案比選。系統提供對X3D三維模型文件實時導入控制。對同一位置多個設計方案進行比選，選擇與環境最協調、最符合規劃要求方案。

（3）規劃地塊查詢定位。系統提供通過數據屬性查詢定位或圖查屬性功能。在三維場景中可查看規劃地塊的信息，如面積、規劃用地性質、容積率、綠化率等，還可將規劃方案中的給排水、電通氣專題規劃設計內容在系統中展示。

（4）規劃屬性編輯。系統提供通過屬性或空間對象查詢，獲得空間地理對象的屬性數據后，對所選對象屬性進行修改。

（5）建設管理輔助決策。系統針對重大工程現場管理提供接口，支持采用視頻接入方法，對管理現場進度及相關情況進行監督等。

（6）其它。城市規劃中比較關注的問題，如日照分析、天際線分析等。

3.2 系統運行配套設施

建立精細化的三維地理信息系統共享平臺，最終以面向多部門服務為目的，不是系統建設完成即代表成功，必須與現代測繪和計算機領域新技術緊密結合，并具有保持系統長期運行穩定、可靠的配套設施。

三維模型生產機制研究。實際上，很多三維生產部門的模型制作流程仍舊以1∶500圖為底，然后外業拍照采集模型紋理，最后在三維虛擬軟件Creator、3DMax、Maya等手工制作完成，生產過程繁瑣復雜、效益低下。而建立低成本的數據生產工藝，是規劃建設部門非常關注的重點之一。目前針對快速三維模型生產機制研究已有很多很好的探索經驗，如引進全數字攝影測量方法，利用立體相對測圖技術，將復雜的模型制作進行環節分解、分批處理，逐漸形成立體測圖、模型分級、貼圖處理和模型合成流水線處理，大幅度提高生產效率。該方法已經在蘇州市實地應用[4]。

三維模型更新機制建立。三維模型數據庫建立完成后，必須實時進行數據更新維護，否則就是一個“死庫”，毫無實際用途，解決數據維護更新問題，實現數據長期動態更新顯得非常有必要。一般來講，數據更新采取與業務流程管理相結合的方式比較可靠，如國土房管系統將宗地屬性變更納入證件審批流程。因此，三維模型更新機制可參照地形圖竣工測量方式，要求在竣工測量時同時更新所在區域的三維建筑模型，同樣，這也使得審批規劃方案時能及時使用最新的三維現狀數據，形成良性循環，促進動態更新完善。

緊密合作、共建共享機制梳理。為達到面向多部門服務目的，充分體現“一次建設，多方使用”應用需求，必須與各業務單位保持緊密合作，共建共享，以網絡在線共享的方式，共同推動三維場景服務的多元化和實用化，這也與國家測繪局目前提倡的“地理信息公共服務平臺”建設精神相契合。同時針對底層的三維場景規范化管理、海量數據的存儲和并發控制，以及開發標準化數據服務接口等基礎底層工作也是非常重要的，是推動面向服務三維地理信息系統共享服務的根本所在。

4 結語

國家測繪局預計在2015年完成全國地級城市的數字城市地理空間框架建設，面向服務的數據共建共享已變成研究熱點之一[5]，而三維模型作為重要的地理信息表達方式，探索其服務共享機制是非常有意義的。本文借助Web Services技術探索了面向服務的三維地理信息服務集成體系框架，并對規劃應用必要功能和配套措施進行了初步探討，將對數字城市的快速推進起到積極推動作用。

[1]吳飛，知凡.三維地理信息共享服務平臺實現和應用[J].地理空間信息，2009，(05):121-124.

[2]王威，吳升.基于Web Services的三維GIS框架研究[J].福建電腦.2008，(03):11-12.

[3]劉桂生，李明，劉玉祥，等.城市三維快速建模及瀏覽的研究與實現[J].黑龍江水專學報，2009，(06):110-112.

[4]素新.建立面向服務的蘇州市三維地理信息系統[J].信息化，2009，(06):50-51.

[5]韓建光.數字城市加速跑，地理信息共享迎新[DB/OL]. http://digi.it.sohu.com.

責任編輯：余詠梅

Construction of Service-Oriented 3D GIS for Urban Planning Application

or:This paper，by exploring the framework of service-oriented three-dimensional geographic information system，in which web services technology was adopted，discusses the essential functions and supporting measures for Urban Planning Application

SOA，3DGIS，Web Services，urban planning

TU984.1

：A

：1671-9107（2010）10-0014-02

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.10.014

2010-6-11

徐占華(1981-)，男，武漢大學地圖學與地理信息系統碩士畢業，重慶市勘測院工程師。