基于Cesium平臺的GIS園區(qū)系統(tǒng)開發(fā)

楊 兵，王方雄*，康祥瑞

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基于Cesium平臺的GIS園區(qū)系統(tǒng)開發(fā)

楊 兵1,2，王方雄1,2*，康祥瑞3

（1. 遼寧師范大學(xué) 遼寧省自然地理與空間信息科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116029；2. 遼寧師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116029；3. 北京超圖軟件股份有限公司，遼寧 沈陽 110015）

基于Cesium技術(shù)，探索了二三維于一體的GIS園區(qū)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與開發(fā)技術(shù)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地圖在線瀏覽、三維測量標(biāo)繪、園區(qū)信息管理、場景模型展示等。利用mysql數(shù)據(jù)庫解決了三維模型在線添加不能存儲的問題。為GIS園區(qū)開發(fā)提供了一套完整的設(shè)計(jì)思路及開發(fā)方案。

Cesium；GIS園區(qū)；WebGIS

0 引言

至數(shù)字地球[1-2]概念被提出以來，WebGIS技術(shù)在定位導(dǎo)航、旅游管理、環(huán)境保護(hù)、綜合治理、城鄉(xiāng)建設(shè)等諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)大的應(yīng)用潛力和市場價(jià)值[3-9]。現(xiàn)階段園區(qū)網(wǎng)站開發(fā)常采用三維GIS。對于加載三維場景多采用發(fā)布為地圖服務(wù)的方式來實(shí)現(xiàn)，但這較難實(shí)現(xiàn)模型的動態(tài)添加及存儲[10]。本文采用mysql數(shù)據(jù)庫來存儲模型的坐標(biāo)及屬性在需要時(shí)在由前端調(diào)用渲染的設(shè)計(jì)思路成功解決了這一 問題。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

園區(qū)GIS系統(tǒng)采用B/S三層架構(gòu)[11]。表現(xiàn)層（UI層）采用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器形式向用戶提供訪問系統(tǒng)的客戶端。該層主要采用HTML5+CSS3編寫，運(yùn)用超圖iServer和WebGL API實(shí)現(xiàn)二維矢量數(shù)據(jù)和三維模型場景相結(jié)合的GIS二三維一體化。服務(wù)層包括Web服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，選用Apache+Tomcat可以很好地承接起數(shù)據(jù)到接口的調(diào)用訪問從而將數(shù)據(jù)層和表現(xiàn)層連接起來。數(shù)據(jù)層主要完成系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)的存儲及訪問，為服務(wù)層和表現(xiàn)層提供數(shù)據(jù)支持。為更好地支持當(dāng)前主流數(shù)據(jù)，系統(tǒng)以BingMap作為底圖、矢量數(shù)據(jù)采用KMZ、三維模型采用gtlf、場景數(shù)據(jù)采用SuperMap iServer發(fā)布的三維傾斜攝影數(shù)據(jù)；同時(shí)用MySQL數(shù)據(jù)庫來存儲gtlf模型的屬性信息以滿足增刪改查操作的需求，用本地Json數(shù)據(jù)來存儲一些不需要經(jīng)常改動的文案數(shù)據(jù)以保證系統(tǒng)最快的加載速度。

1.2 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)界面框架主要由Html5+Css3+JavaScript搭建，并引用jQuery及Bootstrap等插件為用戶提供了自由縮放顏色變化等良好的交互體驗(yàn)。主界面上邊為模塊選項(xiàng)卡與左側(cè)的功能面板聯(lián)動顯示，中間為地圖主窗口，用來裝載網(wǎng)絡(luò)地圖、矢量數(shù)據(jù)、三維切片及模型，主窗口的下方浮動著坐標(biāo)控件。主界面右側(cè)為信息面板可根據(jù)所選擇的功能改變顯示隱藏狀態(tài)。

1.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用模塊化的功能設(shè)計(jì)。主要包括地圖基礎(chǔ)功能模塊、輔助工具模塊、園區(qū)管理模塊、模型管理模塊、場景漫游模塊如圖1所示。基礎(chǔ)功能模塊除一些常見的地圖瀏覽功能外還具有三維地圖特有的視角切換、光照模擬功能。輔助工具模塊主要包括二三維場景的測量標(biāo)繪。園區(qū)管理模塊主要完成園區(qū)所有矢量數(shù)據(jù)的加載與移除，以及信息推 送顯示。場景模型模塊主要完成三維場景加載及移除、實(shí)現(xiàn)場景漫游，以及實(shí)體模型的添加、顯示和刪除。

1.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

通常WebGIS系統(tǒng)中動態(tài)添加的三維gtlf模型本身不具有任何屬性，也無法在添加后實(shí)現(xiàn)保存。為此系統(tǒng)引入MySQL數(shù)據(jù)庫來存儲gtlf模型的屬性信息并在頁面初始化時(shí)逐一動態(tài)渲染。該類模型在數(shù)據(jù)庫中的屬性數(shù)據(jù)字典如表1。

圖1 系統(tǒng)功能模塊

表1 模型數(shù)據(jù)屬性字典

Tab.1 Model data attribute dictionary

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.1 基礎(chǔ)功能模塊

基礎(chǔ)功能模塊通過Cesium創(chuàng)建Viewer對象。通過Viewer對象加載動畫控件和時(shí)間線控件；通過Viewer的BingMapsImageryProvider加載必應(yīng)地圖，同時(shí)開啟光照模擬；通過Viewer的Scene.addS3-MTilesLayerByScp實(shí)例化promise來加載傾斜攝影數(shù)據(jù)。當(dāng)鼠標(biāo)在地圖窗口移動時(shí)坐標(biāo)標(biāo)簽會實(shí)時(shí)顯示鼠標(biāo)所在位置的經(jīng)緯度、海拔高度及相機(jī)高度信息。右鍵雙擊地圖某點(diǎn)會彈出該位置坐標(biāo)信息。初始化完成后界面如圖2所示。

2.2 輔助功能模塊

輔助功能模塊通過Cesium的MeasureHandler來實(shí)例化對應(yīng)的測量對象并綁定相應(yīng)的測量事件。通過Cesium的DrawHander來創(chuàng)建點(diǎn)、線、面、標(biāo)注對象并分別綁定繪制點(diǎn)、繪制線、繪制面、添加標(biāo)注事件，然后通過激活對應(yīng)的事件完成測量或標(biāo)繪。添加標(biāo)注完成后會自動調(diào)用保存事件通過ajax將標(biāo)注的經(jīng)緯度傳至后臺并保存至MySql數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)中的清除按鈕綁定了清除測量標(biāo)繪事件，能夠清除對應(yīng)事件在畫布創(chuàng)建的矢量數(shù)據(jù)但不會清除數(shù)據(jù)庫中保存的點(diǎn)坐標(biāo)。

圖2 系統(tǒng)初始界面

2.3 園區(qū)管理模塊

園區(qū)管理模塊通過Cesium的KmlDataSource的load方法向Viewer的dataSources加載kmz矢量數(shù)據(jù)并設(shè)置相機(jī)視角，并在需要時(shí)通過remove方法移除對應(yīng)圖層。加載的數(shù)據(jù)包括園區(qū)邊界、路網(wǎng)數(shù)據(jù)、用地類型等。單擊某圖層中的元素會在右上角彈出該元素屬性信息及視角轉(zhuǎn)換控件，談及空白地區(qū)退出屬性查看。彈窗部分能夠以文本、音頻、視頻等格式展示園區(qū)內(nèi)各設(shè)施場所的信息。為了更加快速的獲取數(shù)據(jù)文本信息以json格式存儲在項(xiàng)目的本地文件夾中通過ajax來遍歷訪問。

2.4 場景模型模塊

場景模型模塊通過Viewer的entities在線添加gtlf模型，添加完成后通過ajax調(diào)用后臺方法將所添加模型的經(jīng)緯度、類型、尺寸存儲至數(shù)據(jù)庫。調(diào)用顯示所有模型時(shí)，將從數(shù)據(jù)庫取出對應(yīng)模型的所有記錄，每條記錄都會被組裝加工成一個實(shí)體模型渲染在地圖相應(yīng)位置。開啟場景漫游功能后，能通過“W、S、A、D”按鍵來移動相機(jī)視角實(shí)現(xiàn)場景漫游。功能界面如圖3所示。

圖3 添加三維模型

3 結(jié)束語

GIS園區(qū)系統(tǒng)采用JavaEE作為開發(fā)平臺。前端采用Html5+Css3+JavaScript開發(fā)，后臺采用java編寫，并引用jQuery、Bootstrap等多種插件優(yōu)化界面UI。通過SuperMap iServer發(fā)布地圖服務(wù)，依托Cesium將網(wǎng)絡(luò)地圖作為地圖來源實(shí)現(xiàn)二維矢量數(shù)據(jù)與三維場景的一體化展示查詢。系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫+本地文件相結(jié)合形式存儲s3m、gtlf、json、kmz、mp3、MP4、png等多種數(shù)據(jù)格式，即解決了實(shí)體模型無法存儲的問題又兼顧了數(shù)據(jù)的加載速度。為GIS園區(qū)開發(fā)提供了一套完整的設(shè)計(jì)方案及思路。

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Development of GIS Park System Based on Cesium Platform

YANG Bing1,2, WANG Fang-xiong1,2*, KANG Xiang-rui3

(1. Liaoning Key Lab of Physical Geography and Geomatics, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China; 2. School of Urban and Environmental Sciences,Liaoning Normal University, Dalian 116029, China; 3. SuperMap Software Co., Ltd. Shenyang 110015, China)

Based on Cesium technology, the technique of development and project of design for GIS Industrial Park System that combines 2D and 3D is groped after. The system manages to realize map online browsing, 3D measure marking, park information management as well as exhibition of site model. It solves the problem of saving online 3D model attachment using MySQL database, offering an integral design thought and development project for GIS Park development.

Cesium; GIS park; WebGIS

TP311.52

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.12.023

楊兵(1992-)，男，研究生，主要研究方向：WebGIS研究與開發(fā)；康祥瑞(1991-)，男，研究生畢業(yè)，主要研究方向：GIS開發(fā)與遙感應(yīng)用。

王方雄(1973-)，男，副教授，主要研究方向：GIS建模與集成、網(wǎng)絡(luò)GIS。

楊兵，王方雄，康祥瑞. 基于Cesium平臺的GIS園區(qū)系統(tǒng)開發(fā)[J]. 軟件，2018，39（12）：99-102