面向智慧園區的空間信息集成與應用研究

陳燕，陳方敏

(上海市測繪院，上海 200063)

面向智慧園區的空間信息集成與應用研究

陳燕*，陳方敏

(上海市測繪院，上海 200063)

以“互聯網+”為基本特征的智慧城市建設是現代化城市文明發展的重要目標。園區作為城市的組成細胞，更易于向精細化、全面化、智慧化的方向發展。本文結合上海迪士尼樂園空間地理信息建設與服務的工作實際，分析了智慧園區對空間地理信息的廣泛需求，探討了空間信息的集成以及在各類專題方面的應用情況。

互聯網+；智慧園區；全空間全生命周期全要素；空間信息集成

1 引 言

隨著科技的不斷發展，建設智慧城市[1]已經成為城市信息化發展的主要方向。在智慧城市戰略的推動下，基于互聯網思維的“互聯網+園區”體系迎來了全面的亮相與爆發，各類核心園區的智慧化建設正逐漸成為智慧城市建設的重中之重。

上海迪士尼樂園是國際性特大型游樂園區，空間信息表達精細，涉及范圍廣、種類多，具有精細度高、數據多源等特點。如何實現園區內的空間信息集成，并將其與園區管理應用有效銜接是上海迪士尼樂園智慧化建設的難點。本文針對上海迪士尼樂園空間數據的特點，探討了多源空間信息的集成方案和專題應用實踐情況。

2 智慧園區的空間信息集成

2.1 “全空間全生命周期全要素”的空間數據建設體系

上海迪士尼樂園由中美雙方共同建設，其中美方建設區域從規劃、設計到竣工全過程實施BIM[2]管理模式，這就給整個園區的空間數據組織提出了全生命周期的要求。另外，國際性高標準的園區管理是全方位、多層次的，園區空間數據作為智能化管理的信息基礎，在數據內容全面性上要求實現地下、地上空間一體化的全要素精準表達。

在BIM理念的引導下，上海迪士尼樂園空間數據的建設以三維GIS為技術支撐，建立了與之相適應的“全空間全生命周期全要素”的空間數據體系，如圖1。基于對園區空間要素的信息承載力，整合了地上建、構筑物，地下管線、地鐵隧道等從地上到地下的涵蓋各方面管理需求的全空間多專題地理要素，并在時間維度上對園區空間數據進行全生命周期管理，通過對規劃、設計、竣工、運維等各階段全過程的空間數據庫監管與存儲，在可視化、虛擬化的三維GIS環境下輔助提高工程決策、規劃、設計、建設、運維等工作中的精細化管理水平。

圖1 “全空間全生命周期全要素”的數據建設體系

2.2 園區空間位置一致性整合

為滿足園區各方面業務需求的精細化管理，上海迪士尼空間信息顆粒度表達較細，如何實現園區內多種類空間數據的空間位置一致性表達是一大問題。在上海迪士尼園區實際數據生產過程中，從數據獲取、制作到編譯發布等各階段都權衡了數據精度與表達效果的統一。首先保證地上建筑、地下管線平面坐標與高度數據的精準。其次，更注重了地下管線、地上建、構筑物是否能在同一平臺中統一整合的關鍵要素——地面高程模型的精準。

針對上海迪士尼樂園地形地貌復雜的特點，采用了以車載激光掃描測量[3]為主、水準高程散點測量為輔的超精細數字高程模型數據采集和生產方案。車載激光掃描系統主要采集園區主題樂園、交通樞紐等核心區域及其周邊區域的DEM數據，而對于其他車輛不易通行的小塊區域，則使用水準散點測量方法進行補充加密。兩種方法的有機結合，既提高了DEM精度，又確保了數據的全覆蓋，特別適合大型復雜場景的超精細數字高程模型制作，如圖2所示。

圖2車載激光掃描點云數據

通過外業獲取的高精度數字高程數據，以特征點、線編譯高精度TIN，完成了超精細地面高程模型，由此整合了地下、地上各類空間數據，從而實現多空間地理要素在空間位置上的一致性表達，避免地下設施突出地面、地下管線與地上構筑物相互關系錯位等數據沖突現象，如圖3所示。

圖3空間位置一致性整合

2.3 園區多源數據的融合

上海迪士尼樂園空間信息覆蓋種類多，不僅包含一般地理信息系統的常規數據，如航空影像、大比例尺地形圖、三維模型等，還根據各類信息平臺應用需求，融入了如異形游樂設施的精細三維模型、重點建筑的室內模型、三維精細場景等；另外，將園區物聯網感知層設備，如傳感器、攝像頭、GPS、移動終端等采集的數據與GIS的可視化、空間定位、分析等優勢有機結合，是上海迪士尼智慧園區建設的重點。其中，視頻監控在三維場景中的自動映射是迪士尼智慧園區的多源數據融合的典型應用。

攝像頭是物聯網架構上感知層的核心要素，采集了現場的圖像視頻，而這些信息是直觀表達現場事件環境的重要載體。攝像機通過圖像采集將客觀世界的三維場景投射到成像平面上，參考人眼觀察世界的透視方式，以中心投影方式，將矩陣表達從三維世界到二維圖像的映射，完成了三維場景中的坐標點與二維圖像點之間的矩陣對應。基于該原理，利用坐標系定義及坐標系變換和線性投影變換，求解場景中攝像機的空間姿態參數，恢復了攝像機在場景中的空間方位信息。同時，采用rtsp[4]標準流媒體協議，通過網路傳輸，在三維場景中實現了實時畫面的表達。

園區攝像頭的視頻監控二維圖像是園區物聯網眾多感知設備數據源的典型，通過找尋三維GIS與智能感知數據的契合，將物聯網系統引入三維GIS平臺是園區多源數據融合的關鍵，也為智慧園區建設奠定了數據基礎。

3 園區空間數據的應用實踐

上海迪士尼樂園以在線地理信息云平臺為載體，集成了精確全面的空間數據成果，既有二維矢量數據，又有影像、地面模型、三維模型數據；既有地下空間數據，又有地上三維模型數據；既有基礎地理空間數據，又有專題要素數據。豐富的空間數據奠定了上海迪士尼智慧園區的基礎，通過在線發布空間信息數據，共享地理信息云模式，上海迪士尼三維空間信息基礎平臺已在網格化管理、規劃審批、應急安保、氣象預報、游園導覽等五個方面得到了應用，初步體現出基于“互聯網+”的園區管理新模式。

3.1 在線輔助規劃審批

從園區規劃審批業務需求出發，通過平臺功能的應用研究，實現了基于真實三維大環境的地下管線、地上建筑的在線規劃審批。

在地下管線規劃審批中，基于“三庫合一”實現了地下管線全生命周期的監管。以三維仿真效果，直觀表達地下管線空間信息，高效管理了地下管線屬性信息，并通過自由開挖、掘路審批等功能，輔助為管線審批部門是否發放“市政管線工程規劃許可證”提供了決策依據，如圖4所示。

圖4管線三維規劃審批

在建筑方案規劃審批中，將二維控規要素以三維可視化形式表達，通過融入現狀、設計方案等實現對建筑定性指標的分析，應用于園區空間布局控制和風貌景觀協調。同時，將控高、退界等規劃控制體系賦予三維控制盒，直觀表達控制指標內容，實現控制性詳細規劃指標定量分析，如圖5所示。

圖5建筑設計方案規劃審批

3.2 網格化部件管理

園區網格化管理[5]更側重于二維空間數據的應用，通過在線發布的基礎地理數據服務結合二次提取的公共設施、道路交通、環衛環保、園林綠化、地下空間管理等130多類城市部件專題要素服務，以精準的空間地理位置及豐富的專題屬性信息，通過“萬米單元網格管理法”，利用GIS的強大查詢與空間分析能力，服務于城市網格化管理平臺，實現園區監督管理，如圖6所示。

圖6 網格化管理

3.3 服務園區應急安保

通過收集園區監控攝像頭的空間地理位置，基于園區物聯網感知多源數據的融合，利用在三維場景中通過監控視頻與三維坐標的自動計算匹配，形成了一系列多個地點的視頻監控畫面在三維虛擬世界的真實反映。視頻監控畫面具有直觀形象等特點，利用三維場景與三維場景真實性還原事件發生的空間環境，工作人員可以足不出戶了解園區現狀提供便捷，在突發狀況時，方便領導決策。這是三維地理信息與園區“物聯網”系統相結合的智慧園區安防服務新應用，打造了多設備、多現場的聯動功能，如圖7所示。

圖7監控視頻三維映射

3.4 預報氣象實況

面向園區氣象服務需求，與現有氣象業務系統實現數據交換與共享，在地下管線、地上建筑、超精細數字高程模型等三維空間信息基礎上，以粒子特效模擬雨、雪、霧、霾、風等天氣過程，并結合專業的氣象模型分析，將氣象實況、預報及積澇風險結果以三維直觀、形象化的方式進行表達。特別在積澇風險三維分析與展示中，數字高程模型是分析結果可靠性的關鍵。正因為數字高程模型的精細度與空間數據的一致性整合滿足了氣象分析的要求，才為園區提供了全面、精細、準確、及時的環境和氣象分析結果，如圖8所示。

圖8氣象預報與積澇風險分析

3.5 游客導覽地圖

為有序引導游客參觀，快速疏散參觀人群，利用園區現有的空間地理信息數據，采用計算機輔助輔助手繪制圖風格，推出了線上和線下一體化的游客導覽地圖服務。線下為一張地圖，線上為一個地圖API(微信地圖導覽)，既兼顧了游客對紙質地圖的需求，又利用地圖API服務對電子地圖和專題數據進行及時更新和信息交互擴展。今后，將結合樂園不同的節慶、活動等內容，推出多種風格的導覽圖，并做好動態更新，如圖9所示。

圖9游客導覽地圖

4 結 語

隨著科技的不斷發展，信息化建設將成為城市發展的必然趨勢。現今地理信息技術的成熟應用已經受到了多方關注。園區作為城市的組成部分，結合“互聯網+園區”的建設體系的完善，空間地理信息數據是智慧園區建設不可或缺的數據資源。本文結合上海迪士尼樂園特點以及本單位在上海迪士尼三維空間信息基礎平臺建設中的工作實踐，探討了空間數據的集成及結合業務需求已完成的五個方面的智慧化園區建設應用。今后，隨著地理信息技術的不斷拓展，空間數據在諸如上海迪士尼之類的大型綜合園區中的應用價值更待深入挖掘與探索。

[1] 李德仁，邵振峰，楊小敏. 從數字城市到智慧城市的理論與實踐[J]. 地理信息空間，2011(6)：1～5.

[2] 盧琬玫. BIM技術及其在建筑設計中的應用研究[D]. 天津：天津大學，2014.

[3] 張迪，鐘若飛，李廣偉等. 車載激光掃描系統的三維數據獲取及應用[J]. 地理空間信息，2012，10(1)：20～21.

[4] 章民融，徐亞峰. 基于RTSP的流媒體視頻服務器的設計與實現[J]. 計算機應用與軟件，2006，23(7)：73～95.

[5] 鄭士源，徐輝，王浣塵. 網格及網格化管理綜述[J]. 系統工程，2005(3)：1～7.

ResearchonSpatialInformationIntegrationandApplicationforIntelligentPark

Chen Yan，Chen Fangmin
(Shanghai Surveying and Mapping Institute，Shanghai 200063，China)

Modern urban development aims at the smart city construction with the basic features of Internet +.Garden is the important component of urban space. It is easier to be high efficiency，comprehensive and intelligent. Combining actual working requirement，the requirements of the spatial information integration based on the smart garden construction is discussed in this paper，and the method and the applications of the spatial information intergration are also introduced.

Internet + ；smart garden；whole space full life-cycle total elements；spatial information integration

1672-8262(2017)06-26-05

P208.2

A

2017—01—23

陳燕(1986—)，女，碩士，工程師，主要從事地理信息系統的研發。