公園三維GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

蔡舒翔

摘 要：本文針對(duì)公園數(shù)字管理的需求，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、地理信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分析、查詢(xún)以及更新，全面整合三維測(cè)繪數(shù)據(jù)，幫助使用者為三維測(cè)繪基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析，在公園的建設(shè)與施工過(guò)程中，結(jié)合準(zhǔn)確的三維測(cè)繪基礎(chǔ)資料，能夠有效規(guī)避施工疏漏，進(jìn)一步提高公園的建設(shè)效率。論文全面分析了系統(tǒng)需求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了總體架構(gòu)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：GIS 三維 設(shè)計(jì) 總體架構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：S127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）06（a）-0047-02

在傳統(tǒng)的資料管理模式中，管理流程較為復(fù)雜，無(wú)法對(duì)各個(gè)資料進(jìn)行準(zhǔn)確管理，導(dǎo)致其最終的管理效率極為低下，難以適應(yīng)現(xiàn)代化辦公的需求。在公園內(nèi)擁有空間和非空間關(guān)系，管網(wǎng)、建筑物或古樹(shù)等將由不同的部門(mén)來(lái)管理，如果此時(shí)仍然采用傳統(tǒng)的人工管理方式，不同的部門(mén)及管理方式不同，將會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間用于溝通和交流，無(wú)法真正從資料中展現(xiàn)各個(gè)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系和特征。正是由于各管理部門(mén)之間，并未進(jìn)行有效的信息溝通，在公園的施工過(guò)程中，常常出現(xiàn)地下管線(xiàn)被挖斷或挖壞的問(wèn)題，最終導(dǎo)致公園停水、停電，公園無(wú)法正常開(kāi)放，也極大地增加了各個(gè)部門(mén)的工作難度。

隨著當(dāng)今時(shí)代和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化步伐日趨加快，這就要求我們必須結(jié)合信息技術(shù)來(lái)提高資料的管理水平，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)資料的規(guī)范化、自動(dòng)化和科學(xué)化管理。近幾年來(lái)，將三維測(cè)繪技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)三維測(cè)繪的現(xiàn)代化管理有著極大的幫助，在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)各類(lèi)三維測(cè)繪數(shù)據(jù)，使用者們能夠及時(shí)分享和更新該數(shù)據(jù)，同時(shí)也能夠借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能來(lái)分析數(shù)據(jù)，各個(gè)部門(mén)之間不僅僅實(shí)現(xiàn)了資源的共享，也極大地提高了其管理效率。在施工過(guò)程中，正是由于各個(gè)部門(mén)并未做出明確的測(cè)繪數(shù)據(jù)，也并未針對(duì)測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，才造成了極大的資源浪費(fèi)，將測(cè)繪技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了三維測(cè)繪動(dòng)態(tài)管理，進(jìn)一步完成了施工的安全運(yùn)行。

在當(dāng)前的信息時(shí)代中，計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、地理信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等都得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）能夠利用上述一系列技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維測(cè)繪數(shù)據(jù)的數(shù)字化存儲(chǔ)和管理，能夠借助一系列信息技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分析、查詢(xún)以及更新，全面整合三維測(cè)繪數(shù)據(jù)，幫助使用者為三維測(cè)繪基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析。在公園的建設(shè)與施工過(guò)程中，結(jié)合準(zhǔn)確的三維測(cè)繪基礎(chǔ)資料，能夠有效規(guī)避施工疏漏，進(jìn)一步提高公園的建設(shè)效率。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)

在已有測(cè)量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，開(kāi)展普通房屋的三維基礎(chǔ)測(cè)繪，完善地下管線(xiàn)和古樹(shù)古建的基礎(chǔ)測(cè)繪，更新公園三維基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)，優(yōu)化古樹(shù)古建地理實(shí)體的三維模型，建立健全公園的三維信息系統(tǒng)，能夠進(jìn)一步提高未來(lái)公園的管理效率。

公園三維信息系統(tǒng)的主要原數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)，基礎(chǔ)測(cè)繪人員錄入外業(yè)數(shù)據(jù)，并將其保存到系統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，完成三維地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，為公園的管理和決策提供科學(xué)依據(jù)。

通過(guò)開(kāi)展普通房屋的三維基礎(chǔ)測(cè)繪，完善地下管線(xiàn)和古樹(shù)古建的基礎(chǔ)測(cè)繪，在對(duì)測(cè)繪資料進(jìn)行詳細(xì)的需求分析后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)繪資料的動(dòng)態(tài)管理、公園三維基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)的同步更新，借此來(lái)提高空間數(shù)據(jù)套表結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，以及相應(yīng)數(shù)據(jù)和設(shè)備信息的完整性。系統(tǒng)檢測(cè)外業(yè)數(shù)據(jù)的合格性，并將合格的數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入到三維測(cè)繪數(shù)據(jù)庫(kù)中。古樹(shù)古建地理實(shí)體三維模型基礎(chǔ)上，分析古樹(shù)古建地理實(shí)體的特點(diǎn)，優(yōu)化古樹(shù)古建地理實(shí)體的三維模型，將三維模型集成到公園三維信息系統(tǒng)中，并對(duì)公園三維信息系統(tǒng)進(jìn)行完善擴(kuò)展和優(yōu)化。利用現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)離線(xiàn)和有網(wǎng)兩種模式的公園地理三維漫游系統(tǒng)。

具體來(lái)說(shuō)，公園三維地理信息系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下具體的目標(biāo)：（1）具備簡(jiǎn)潔實(shí)用的系統(tǒng)界面，廣大普通用戶(hù)都能夠運(yùn)用該系統(tǒng)。（2）能夠充分發(fā)揮C/S和B/S結(jié)構(gòu)的兼容性特征，不同的旅游者和管理者，都能夠利用該系統(tǒng)滿(mǎn)足自身的使用需求。（3）用戶(hù)可以直接利用公園三維地理信息系統(tǒng)來(lái)查詢(xún)與公園地理相關(guān)的信息，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)公園地理空間的緩沖區(qū)分析和疊加分析，為管理者提供做出決策的數(shù)據(jù)。（4）該公園三維地理信息系統(tǒng)具備地質(zhì)體建模功能，能夠完成對(duì)測(cè)繪資料的三維地質(zhì)體建模。（5）地理信息系統(tǒng)具備強(qiáng)大的信息管理功能，該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)可以統(tǒng)一管理文本資料、圖片資料以及影音資料。（6）地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護(hù)水平較高，管理員能夠及時(shí)更新和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，使得系統(tǒng)能夠隨時(shí)適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。（7）該地理信息系統(tǒng)具備信息發(fā)布功能，管理者可以直接在互聯(lián)網(wǎng)中公布旅游目的地的信息，游客可以瀏覽和查詢(xún)旅游目的地的相關(guān)信息。

1.2 系統(tǒng)功能需求

系統(tǒng)的功能需求分析，就是找到系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用中所需要滿(mǎn)足的功能，在前期的用戶(hù)使用需求調(diào)查中，總結(jié)出地理信息系統(tǒng)的功能需求，將成為本次系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。地理信息系統(tǒng)主要面對(duì)管理者和普通游客，管理者能夠利用該系統(tǒng)來(lái)提高對(duì)公園地理信息的管理，普通游客能夠利用該地理信息系統(tǒng)來(lái)查詢(xún)關(guān)于旅游目的地的相關(guān)信息，借由其查詢(xún)到的信息來(lái)設(shè)置旅游路線(xiàn)。相比較而言，本研究所涉及的地理信息系統(tǒng)更側(cè)重于管理旅游信息，管理者能夠利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)的分析、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)功能，極大地提高了管理者的管理效率。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

公園三維測(cè)繪信息系統(tǒng)及其業(yè)務(wù)系統(tǒng)全部部署在公園管理處內(nèi)網(wǎng)環(huán)境下，采用B/S和C/S相結(jié)合的混合模式。B/S模式業(yè)務(wù)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)、Arc GIS服務(wù)、Web服務(wù)、文檔資料和軟件庫(kù)部署在服務(wù)器中，通過(guò)內(nèi)網(wǎng)訪問(wèn)共享存儲(chǔ)空間中的數(shù)據(jù)。C/S模式業(yè)務(wù)系統(tǒng)安裝部署在客戶(hù)端計(jì)算機(jī)中，通過(guò)內(nèi)網(wǎng)訪問(wèn)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)和共享資料。 B/S和C/S模式的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，都由客戶(hù)端通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)公園三維測(cè)繪信息系統(tǒng)，完成單點(diǎn)登錄和權(quán)限認(rèn)證。對(duì)于B/S系統(tǒng)，由公園三維測(cè)繪信息系統(tǒng)完成頁(yè)面跳轉(zhuǎn)和權(quán)限控制；對(duì)于C/S系統(tǒng)，由公園三維測(cè)繪信息系統(tǒng)完成智能部署并調(diào)用本地業(yè)務(wù)系統(tǒng)。智能部署包括權(quán)限控制、下載和自動(dòng)部署、版本升級(jí)等功能，簡(jiǎn)化用戶(hù)對(duì)眾多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的訪問(wèn)和權(quán)限控制。

B/S業(yè)務(wù)系統(tǒng)的用戶(hù)通過(guò)平臺(tái)單點(diǎn)登錄和權(quán)限驗(yàn)證后，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的B/S模式應(yīng)用。C/S業(yè)務(wù)系統(tǒng)的用戶(hù)通過(guò)平臺(tái)單點(diǎn)登錄和權(quán)限驗(yàn)證后，實(shí)現(xiàn)智能部署后加載客戶(hù)端本地應(yīng)用。數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)系統(tǒng)及相應(yīng)的服務(wù)部署在后臺(tái)服務(wù)器，C/S系統(tǒng)、B/S系統(tǒng)以及公園三維測(cè)繪信息系統(tǒng)訪問(wèn)后臺(tái)服務(wù)器提供的服務(wù)和數(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能框架如圖1所示。公園三維地理信息系統(tǒng)包含三維建模子系統(tǒng)、公園信息管理子系統(tǒng)和旅游信息平臺(tái)子系統(tǒng)三部分。

（1）三維建模子系統(tǒng)。可以根據(jù)資料生成相應(yīng)的三維數(shù)據(jù)，為公園信息管理子系統(tǒng)旅游信息平臺(tái)子系統(tǒng)提供三維可視化支持。主要包括三維地質(zhì)體建模、三維古建筑建模和三維地表建模。涵蓋公園整個(gè)范圍內(nèi)地上、地表和地下所有要素的三維模型建模。

（2）公園信息管理子系統(tǒng)。主要對(duì)公園的各種資料進(jìn)行規(guī)范化管理，并提供查詢(xún)功能。

①信息查詢(xún)功能。能夠查詢(xún)公園范圍內(nèi)的各個(gè)要素基本資料、屬性以及緩沖區(qū)查詢(xún)，查詢(xún)結(jié)構(gòu)以三維場(chǎng)景直觀地展現(xiàn)。其中緩沖區(qū)查詢(xún)的主要目的是查詢(xún)目標(biāo)要素影響的范圍，使得相關(guān)改造建筑施工對(duì)公園的其他要素產(chǎn)生影響，造成不必要的損失。

②系統(tǒng)管理功能。能夠維護(hù)公園三維場(chǎng)景中各個(gè)要素的基本信息、屬性以及相應(yīng)緩沖區(qū)范圍，并維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的用戶(hù)管理。同時(shí)，系統(tǒng)管理功能還能維護(hù)FTP服務(wù)器，使得公園涉及的所有資料能夠在信息管理系統(tǒng)中統(tǒng)一管理。

（3）旅游信息平臺(tái)子系統(tǒng)。主要針對(duì)游客進(jìn)行地面三維場(chǎng)景展示，并提供查詢(xún)功能。游客可以在公園終端機(jī)上進(jìn)行三維漫游，了解公園的整體概貌，同時(shí)也能夠查詢(xún)公園內(nèi)各個(gè)景點(diǎn)的基本信息，以及相應(yīng)的公共服務(wù)設(shè)施基本信息。

3 結(jié)語(yǔ)

基于軟件工程方法，結(jié)合提出的數(shù)字高程建模方法，本研究設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套適合公園管理的三維地理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括3個(gè)子系統(tǒng)：三維建模子系統(tǒng)、公園信息管理子系統(tǒng)、旅游信息平臺(tái)子系統(tǒng)。三維建模子系統(tǒng)應(yīng)用本研究提出的不規(guī)則三角網(wǎng)數(shù)字高程建模方法，能夠?qū)珗@范圍內(nèi)地質(zhì)環(huán)境建立三維模型；公園信息管理子系統(tǒng)能夠統(tǒng)一管理公園各類(lèi)文檔與數(shù)據(jù)；旅游信息平臺(tái)子系統(tǒng)可以向游客直觀展示公園的各種旅游資源和服務(wù)設(shè)施。本研究給出了系統(tǒng)需求分析、總體設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境與軟硬件環(huán)境設(shè)置方案。

參考文獻(xiàn)

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