基于TopoGIS的三維地理信息系統應用

北京則泰盛業科技發展有限公司 蔣 濤 周謙益 黃維臣 黃 姍

則泰三維技術應用專欄

基于TopoGIS的三維地理信息系統應用

北京則泰盛業科技發展有限公司 蔣 濤 周謙益 黃維臣 黃 姍

一、概 述

TopoGIS是北京則泰公司開發的具有完全自主知識產權的三維空間信息系統軟件平臺。TopoGIS集成最新的地理信息技術和三維軟件技術，具有大范圍的、海量的、多源的數據一體化管理和快速三維實時漫游功能，支持三維空間查詢、分析和運算，可承載全球范圍基礎影像資料，方便快速地構建三維空間信息服務系統，是大型空間信息服務平臺。擁有對大規模的高分辨率地形、影像和大體量高精度的三維模型的支持能力。

二、系統功能

1)對大規模的高分辨率地形、影像的支持。

2)對大體量的高精度三維模型的支持。

3)對于重載存儲下的大規模數據的高效調度。

4)對于不同色彩類型對象的渲染表現。

5)對于應用層功能的可擴展和配置能力。

6)對于管理型系統專用性開發及二次開發的支持能力。

三、系統整體性能

基于全球的多類型地理坐標系支持，在承載的同時展現全球區域的基礎地理信息，如:地圖、影像、高程、地界、標識、區域、道路等。存儲并展現的各種信息可按照信息數據的類型細分其表現形式。

1)地圖:可分為區域、等級、時間、狀態等。

2)影像:可分為衛星影像、航拍影像、特定制作影像等，并可按視角高度的不同區分并設置分級，分級越細化，所能表達的目標區域也可以在滿足效能的前提下越清晰。

3)高程:可按區域范圍及精度的要求進行多級表達，同時，對于小場景區域中的精細表現還可以根據需要將DEM數據與地面模型數據相結合。

4)矢量:充分利用不同類型的矢量數據，可以實現靈活、美觀的對象表達，如地界、道路可以使用矢量線條;范圍、區域可以使用矢量封閉線條或矢量填充;標識、標記可以使用空間坐標點和系統變量;動態對象可以利用矢量對象或直接以矢量數據和顯示對象配合的方式。

TopoGIS可以導入多種數據格式，包括設計數據、三維激光掃描采集數據等。系統采用SOA架構設計，并且具有豐富的二次開發接口，接口以服務的形式開放，業務數據可采用分布式的部署方式接入到系統中，使系統的二次開發更靈活，拓展能力更強。

四、系統應用領域

1.城 市

三維GIS在城市應用的基礎是地理信息與大規模建筑、設施的綜合展現，其效能則是通過在此基礎上的應用層功能展開實現的。涉及行業廣、管理范圍寬、應用切入點細是城市GIS的應用特征。基于可快速搭建的三維數字模型數據，在應用層展開時可以方便、靈活的方式去表現甚至再現城市的規模和狀態，大到包括土地、建筑、交通、市政設施等多類型的空間對象，小到涵蓋房間結構、內部設施、通道路徑、數據分析、數字虛擬等細節表達和深入應用，每一個層面、每一個表達都可以充分發揮系統搭建思想，實現系統建立的目標。如圖1所示。

圖1

2.工 業

工業領域的三維GIS，突破性地把區域性的工廠與大范圍的地理信息緊密結合在一起，既可使工廠準確地表達出自身與空間的位置關系，也可使在大場景下的小區域得到精細的表達。對于工廠的意義在于:工廠自身很難處于一個相對獨立和封閉的空間內，總會以不同形式與外界聯系，如交通(公路、鐵路)、能源及物料的傳送(水、電、油、氣)等。對于制造類企業而言，交通即是生命的聯絡線;對于加工類企業來說，輸送線則是最為直接的生命線，這一點在能源處理企業尤為突出，如輸變電站、油氣加工廠的輸入和輸出管線。

在三維GIS中，工廠的表達一直都是難題，因其要求的精度高、模型體量大、表現效果好等前提條件使得很多國際一線的GIS系統都無能為力，如:美國Skyline公司的Skyline Globe產品，能夠基于地表的衛星影像、航空影像創建三維虛擬地球場景，但對于大規模的地形、影像和模型數據，以及大體量的點云和精細數據的承載就顯得無能為力。作為ArcGIS產品家族中的一部分，ArcGIS Explorer通過繼承ArcGIS Server完整的GIS性能(包括空間處理和3D服務)，達到整合豐富的GIS數據集和服務器空間處理應用的目的。雖然加入了三維GIS的功能，但還沒能解決三維GIS的傳統問題，在海量數據的承載上明顯不足，遠遠不能滿足于工業需求。基于現狀，TopoGIS的研發將相當比例的關注重點放在了“在大場景下高精細表達大體量精細數據”上，在目前的三維GIS領域里TopoGIS走在了世界隊伍的前列，如圖2所示。

圖2

3.地形與建筑

與城市不同的是對于特定的區域景觀或設施，其所處地理位置的姿態表達相當重要，如山上的建筑、地下設施等，這類對象在古跡、文化遺產領域相當常見，巖畫、懸空寺、石刻、自然奇觀等都屬此種。而對于此類對象的表達，其自身的展現固然重要，但與之配合的環境表現也是不可小視的。TopoGIS不單純依托于DEM、DOM等基礎地理數據，而是在此基礎上采用更為精細的模型地理數據進行局部細節表達，與所要表達的對象模型渾然一體，達到真實、自然、美觀的效果，如圖3所示。

圖3

4.水利設施

在水利水電方面的應用是三維GIS系統的又一突破，在此類應用中有序地將地理數據、建筑結構、設備設施結合在一起，再加以對水流等動態對象的表達，實現三維空間的直觀表達與展現。其關注點融合較多，可歸為:①地理位置的表達要真實準確;②布局與結構關系力求真實，才能達到目的合理的效果;③在三維空間中方便表達地上、地下、水上、水下的各部分對象及其狀態;④ 真實的水是動態的，所以表現出的水也應該是動態的，即能反映其范圍、高度、運動方向等;⑤允許各空間對象以分層管理，并可按應用需要展開其屬性關系、控制其可見度及透明度等，以實現更佳的視覺效果，滿足應用需要。

五、總 結

目前國內已經有三維GIS軟件解決了很多國外公司都難以解決的問題。TopoGIS是具有國際先進水準的國內優秀三維GIS軟件，除了具有國內外GIS軟件的通用功能外，同時支持高精度海量數據的承載，在加載大規模高分辨率的影像和地形數據的同時還可加載高精度的三維模型。該軟件支持逆向采集的數據，對大體量點云及模型數據提供動態顯示、分析運算和管理功能，這些特性尤其適合工業生產，滿足了工業模型精度高、數據量大的特點。

(本專欄由則泰集團與本刊編輯部共同主辦)