基于Skyline的內蒙古黃河防凌防汛三維電子沙盤研究與開發

姜成楨 熊志偉 荊 芳

（黃河勘測規劃設計有限公司，河南 鄭州 450008）

基于Skyline的內蒙古黃河防凌防汛三維電子沙盤研究與開發

姜成楨 熊志偉 荊 芳

（黃河勘測規劃設計有限公司，河南 鄭州 450008）

Skyline是一款優秀的三維地理信息軟件平臺，在內蒙古黃河防凌防汛三維電子沙盤（以下簡稱電子沙盤）建設伊始，筆者通過比較選擇該軟件作為基礎平臺，通過內蒙古黃河段基礎地理數據構建三維場景、疊加水利工程數據，整合河道監測實時水情、微氣象、視頻數據來實現三維電子沙盤，取得了良好的效果，這對于今后開發類似系統具有參考意義。

電子沙盤；Skyline；防凌防汛；三維地理信息系統

1 概述

地理數據的三維可視化相對于二維可視化具有直觀、形象的特點，越來越受到人們的關注，而Google Earth的推出更是將全球高分辨率影像及三維場景真實地展現在用戶面前，極大地促進了各個行業用戶在三維可視化方面的需求。另一方面，近年來由于計算機硬件、三維地理信息軟件以及網絡傳輸速度的發展，實現地理數據的三維可視化更是讓用戶的需求能夠逐步轉化為現實。目前較為成熟的商業化的三維軟件平臺有ESRI公司的ArcScene和ArcGlobe軟件、Skyline公司的Skyline軟件、還有國內北京超圖公司的SuperMap軟件、武大吉奧公司的GeoGlobe軟件、北京靈圖公司的VRMap軟件、適普公司的IMAGIS Classic軟件等等。這些軟件各有特點，但就其網絡訪問效率以及對二次開發的支持度來說Skyline的表現更優，所以，本項目建設選用Skyline作為開發平臺實現三維可視化場景的制作、管理和發布功能。

Skyline軟件是融合了GIS、RS、GPS和虛擬現實技術VR的三維可視化GIS，通過利用數字正射影像、數字高程模型、矢量數據、三維模型和屬性數據等多種數據源，建立交互式三維可視化的場景，能夠快速創建、編輯、瀏覽、管理和分析大區域范圍的三維景觀，而且能夠支持大型數據庫和實時的信息通訊技術。該軟件由TerraBuilder、TerraExplorer、TerraGate三部分組成。其中TerraBuilder實現航攝影像、數字高程模型以及矢量地理數據的疊加與融合，制作三維可視化場景；服務器端TerraGate實現三維場景的網絡發布，客戶端采用TerraExplorer Pro以流方式加載三維可視化交互場景、三維實體模型和地理信息圖層及屬性信息；通過二次定制開發，實現本項目基礎信息資源的三維虛擬仿真展示、空間地理分析和信息查詢管理功能。

2 電子沙盤系統架構

系統的總體結構設計是基于分層思想，各個層是相對獨立的，系統的任何一層都只依賴于低于自己的層，完全獨立于上層。此種設計非常有利于系統的邏輯設計和實現，并能有效隔離不同層次需要解決的問題。本系統自上至下由表現層（三維門戶網站）、服務層（三維二次開發接口）、邏輯層（地理數據服務WFS、三維場景服務TGS、地理實體服務GES、實時水情監測服務、實時微氣象監測服務、實時視頻監測服務）、數據層（基礎地理數據、水利專題數據、河道監測數據、河道斷面數據、地理實體數據、元數據）和運行支持層（服務器集群、存儲設備、網絡支持、機房壞境、標準規范、安全措施、管理辦法）五個部分。

3 電子沙盤開發流程

3.1 收集資料，建立地理數據庫，發布地理數據服務

收集項目區內1：100萬、1：5萬、1：1萬數據資料，具體如下表1所示：

表1 三維電子沙盤數據資料

通過整理、轉換、檢查等技術手段建立地理數據庫，對于居民地、水系、堤防工程、河道斷面等數據發布為符合OGC標準的WFS服務，訪問該服務這些數據可以疊加在三維場景上。

3.2 收集屬性資料，整理地理實體，發布地理實體服務

在地理數據庫的基礎上建立地理實體數據庫，地理實體是地理數據的一種抽象，可以有效地解決對多比例尺數據查詢分析與多類型多來源屬性數據掛接的問題。地理實體庫是地理實體的集合，它統一管理和維護地理實體，地理實體的幾何屬性、表格屬性以及圖片、影像、文檔、鏈接等多媒體屬性。通過WebService和Json數據交換技術發布為地理實體服務，提供基于實體分類、關鍵字、空間位置、復合條件的查詢和增刪改。

3.3 建立三維場景，重點建筑物建模，發布三維場景

通過Skyline的TerraBuilder軟件整合項目區內三個比例尺的DEM數據和DOM數據，生成三維場景mpt文件；按照一定比例采用sketchup軟件構建項目區內的監測站、重點堤防、重要水利樞紐、標志性橋梁等的單體模型；通過TerraExplorer Pro軟件將三維場景、三維模型、地理數據服務整合一起形成fly文件，并由TerraGate軟件發布為三維場景服務。

3.4 整合河道監測數據，發布實時水情、微氣象、視頻監測服務

本沙盤的一個特點就是整合了河道實時監測數據，通過訪問河道監測系統數據接口，讀取實時的水情、微氣象、視頻數據，通過WebService和Json數據交換技術將這些數據發布為服務，客戶端調用該服務可以查詢到各個監測站的實時信息和歷史信息。

3.5 開發應用接口API，構建門戶網站

在上述工作的基礎上開發應用接口和門戶網站，應用開發接口面向專業系統開發人員，門戶網站面向一般終端用戶。應用開發接口是構建門戶網站的基礎，通過它可以為電子沙盤添加功能，也能基于它開發其他不同的應用。本應用開發接口使用Javascript基于Skyline TerraExplorer API和JQuery實現，各個功能模塊由RequireJS統一管理和加載。

4 電子沙盤主要功能

本沙盤采用模塊化策略實現，各個模塊間相互獨立，通過系統配置文件組合在一起，用戶很容易通過應用開發接口開發自己的模塊，疊加在電子沙盤中，同時對于專業用戶也可以基于應用開發接口開發自己的電子沙盤系統。

目前，沙盤提供的功能主要包括場景預覽、基礎工具、圖層控制、三維場景、飛行路線、實體查詢6個基礎模塊，河道斷面、水情、凌情、微氣象、實時監測視頻、滯洪區6個業務模塊，共12個功能模塊組成。

4.1 基礎模塊。基礎模塊提供基本的三維地形和模型展示、場景定位、路線飛行、位置長度面積測量、基于分類、關鍵字、空間位置的查詢等功能，是業務模塊實現的基礎。

4.2 業務模塊。河道斷面模塊以圖表的形式向用戶展示河道橫斷面圖，河道縱斷面與地面高程、堤頂高程對比，橫斷面端點坐標信息。

水情模塊為用戶提供實時水情報表、實時水面線、實時水面線與河道縱斷面對比，實時水面線與歷史典型水面線對比等信息。

凌情模塊顯示多年平均開河特征日期、歷年封開河日期、歷年平均槽蓄增量等統計信息。

微氣象模塊顯示來自各個監測站發回的溫度信息和風速、風向信息。

實時監測視頻模塊顯示來自各個監測站視頻探頭拍攝的影像信息，還支持用戶通過鼠標實時操控視頻探頭。

滯洪區模塊依據內蒙古黃河段蓄滯洪區預案開發，由滯洪區概況信息、開啟條件、調度程序、居民轉移安置以及淹沒模擬五個功能組成。其中淹沒模擬以2007年石嘴山汛期實測流量過程線數據等比放大2.4倍設定為河道洪水演進邊界條件，河道糙率河槽設定為0.055，兩側灘地為0.07，河道收縮系數取0.1，擴張系數取0.3，參照《內蒙古自治區2012年度黃河防汛應急預案》中相關規定對7個滯洪區分洪情況進行淹沒模擬計算，最后將淹沒結果展示在電子沙盤上。

5 結語

實踐證明，Skyline軟件因其支持大多數空間數據格式；快速融合不同分辨率的DOM和DEM數據，連續、平滑地處理地表細節變化，生成三維場景文件；獨特的索引機制，使得用戶在漫游或縮放海量（TB級）數據時沒有明顯的停滯；良好的二次開發接口支持，能進行深層次的GIS功能開發等等特性，很好地滿足了本項目建設對三維地理信息平臺快速訪問和應用的需求。采用Skyline作為基礎平臺，搭建三維電子沙盤，特別是開發基于B/S模式的應用是一個不錯的選擇。

[1]朱楚宏，等.三維電子沙盤構建方法與實現[J].地理空間信息，2009（4）.

[2]張峰.基于Skyline的礦山三維電子沙盤研究[J].國土資源遙感，2010（12）.

TP79

A

1671-0037（2014）11-90-2

姜成楨（1981-），男，工程師，研究方向：測繪與地理信息系統開發研究。