基于B/S的城市社會治理三維可視化系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

趙軍，周圣川，宮麗瑋，胡振彪，王海銀

(1.青島市勘察測繪研究院，山東 青島 266032； 2.青島市西海岸基礎地理信息中心有限公司，山東 青島 266000)

1 引 言

社會治理是指政府、社會組織、企事業(yè)單位、社區(qū)以及個人等多種主體通過平等的合作、對話、協(xié)商、溝通等方式，依法對社會事務、社會組織和社會生活進行引導和規(guī)范，最終實現(xiàn)公共利益最大化的過程[1]。當前，智慧城市發(fā)展方興未艾，各城市社會治理工作也正有條不紊地進行當中，傳統(tǒng)的二維平臺已不再滿足社會治理精細化的需求；同時，三維平臺良好的直觀展示效果和精細化模型體現(xiàn)，正在成為可視化平臺的主流[2，3，4]。例如，對于樓-房-人信息的聯(lián)動查詢，二維平臺的展示不夠形象、具體，而三維平臺可以將建筑物位置、形狀、樓層數(shù)、房間所在樓層及相關住戶形象精細、準確地體現(xiàn)出來，想要表達的信息和用戶希望看到的信息，通過三維模型的掛載，信息的展示一覽無余。

本文基于CityMaker三維平臺開發(fā)青島市市北區(qū)城市社會治理三維可視化系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)開發(fā)的技術路線和數(shù)據(jù)組織方法，實現(xiàn)了社會治理專題數(shù)據(jù)在三維層面的管理與顯示，真三維可視化效果顯著，改善了用戶體驗，豐富了三維視角下的智慧城市社會治理管理方式，提高了相關部門社會治理管理水平[5，6]。

2 系統(tǒng)總體設計

2.1 城市社會治理三維可視化系統(tǒng)簡介

系統(tǒng)主要目標是：建設城市三維地形、三維場景數(shù)據(jù)，形成三維數(shù)據(jù)庫；在系統(tǒng)中以“所見即所得”的方式對城市內(nèi)的各類建筑、道路等基礎設施以及監(jiān)控、應急資源等公共基礎設施進行查詢?yōu)g覽，以三維視角開展社會治理工作；為城市輔助規(guī)劃、應急指揮調(diào)度、公共資源管理等相關領域提供基礎服務。

隨著信息化時代的推進，民眾對二維世界的可視化漸漸形成視覺疲憊，建設形象、直觀的城市社會治理三維可視化系統(tǒng)是當前智慧城市社會治理工作開展的主要工作之一，有利于提高群眾參與社會治理工作的熱情，還可以較好地服務于城市規(guī)劃，為領導決策提供輔助支持。

2.2 功能設計

城市社會治理工作的開展是以民眾為中心，通過提高社會治理水平，提升群眾滿意度。結合民眾社會治理關注熱點，系統(tǒng)應具備以下功能：

(1)支持對三維場景的縮放、漫游、平移等瀏覽操作，可以直觀展示城市內(nèi)部場景，具備步行模式、漫游模式等交互式漫游操作。

(2)系統(tǒng)三維GIS分析功能，包括直線測距、水平測距、垂直測距、坐標查詢等，為社會治理提供輔助支持。

(3)支持地名地址查詢，在三維場景中形象展示定位搜索結果。

(4)在三維場景中對民眾關注的社會治理專題數(shù)據(jù)進行交互式查詢，主要包括視頻探頭、油氣合建站、危化品單位、加氣站、加油站、危化品運輸、經(jīng)營企業(yè)等。一鍵式點擊調(diào)取目標元素的信息給用戶，使用戶能快速獲取位置、負責人、聯(lián)系方式及相關治理屬性等信息。

(5)系統(tǒng)具備熱點區(qū)域定位功能，可以在三維場景的任意位置添加用戶當前視點，隨時按需定位至該視點所在的位置，滿足對三維視點的增加、刪除、修改等操作。

(6)充分發(fā)揮三維平臺的優(yōu)勢，具備樓-房-人信息查詢，可以非常形象地了解目標樓房具有的樓層數(shù)、單元數(shù)、房間數(shù)、各房間信息及居住人信息，實現(xiàn)關聯(lián)查詢。

3 技術實現(xiàn)

3.1 框架介紹

CityMaker是智慧城市三維可視化平臺，針對城市規(guī)劃，提供覆蓋規(guī)劃設計、展示、評估、管理的全方位服務[7，8]。通過CityMaker三維地理信息平臺，可以疊加顯示城市面貌、城市治理專題、危險源、監(jiān)控視頻等各種智慧城市專題大數(shù)據(jù)。

依托CityMaker搭建基礎框架平臺，進行城市社會治理三維可視化系統(tǒng)的建設，主要考慮到CityMaker平臺的優(yōu)勢如下：

(1)平臺發(fā)展定位準確，模型制作精細。CityMaker主要面向智慧城市三維應用，可以很好地服務于社會治理工作，實現(xiàn)對“樓-房-人”的精細操作查詢，符合當前社會治理精細化的要求。

(2)具有良好的數(shù)據(jù)服務分發(fā)體系。對于三維地形、模型數(shù)據(jù)的使用，CityMaker提供Server工具，“數(shù)據(jù)-服務-框架-應用”四位一體，保障了三維數(shù)據(jù)加載、使用的高效和穩(wěn)定性。

(3)框架具有良好的可擴展性。CityMaker提供相對豐富的二次開發(fā)接口，保障了系統(tǒng)的自主性和擴展開發(fā)[9，10]。

3.2 系統(tǒng)技術設計與實現(xiàn)

開發(fā)平臺框架采用CityMaker 7.0。服務器建立三個數(shù)據(jù)庫：三維基礎數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫和地名地址庫。三維基礎數(shù)據(jù)庫存儲TED和FDB格式的三維基礎數(shù)據(jù)，由CityMaker Server管理發(fā)布；專題數(shù)據(jù)庫存儲GDB格式的社會治理專題數(shù)據(jù)，由ArcGIS Server管理、發(fā)布；地名地址庫存儲地名地址數(shù)據(jù)，發(fā)布地名地址服務接口，系統(tǒng)設計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設計流程圖

根據(jù)社會治理目標的需求，系統(tǒng)功能主要劃分為三維GIS分析、視點管理、地名地址查詢、圖層控制、專題查詢、樓房人關聯(lián)分析六個功能模塊。部分主要功能實現(xiàn)如下：

(1)視點管理

系統(tǒng)通過對當前視野的保存定位，實現(xiàn)視點管理；用戶可以實時加載任意視野，保存當前感興趣的視點區(qū)域，方便后期直接定位顯示，同時支持視點的實時刪除，提供視點管理的全面功能和人性化設計。

視點數(shù)據(jù)表結構 表1

設計數(shù)據(jù)庫存儲的視點數(shù)據(jù)表結構如表1所示，name存儲視點名稱，x、y、z記錄場景相機當前三維坐標，heading、tilt和roll組成相機的歐拉角，分別記錄相機的左右搖擺角、上下俯仰角和傾斜角。根據(jù)視點定位公式：

ICamera：：LookAt(IVector3*Position，DOUBLEDistance，IEulerAngle*Angle)

還需要參數(shù)相機與視點距離Distance，根據(jù)用戶體驗測試，本文統(tǒng)一設定為 250 m作為最佳相機與視點距離。實現(xiàn)流程如圖2所示：

圖2 視點管理設計流程圖

通過_g.camera.getCamera()函數(shù)進行當前視點的獲取，使用PostgreSQL進行視點信息的入庫和管理，開發(fā)service服務接口進行前后臺的交互和查詢，通過__g.camera.lookAt()函數(shù)進行選中視點的定位。

效果圖如圖3所示。

(2)專題查詢

系統(tǒng)實現(xiàn)對目標專題圖層的精確顯示和屬性信息查詢，以危險源為例，可以準確查看危險源的種類、所屬單位、存在問題、安全間距、負責人及聯(lián)系電話等，從三維層面宏觀了解各危險源分布情況和詳細的屬性信息。

圖3 視點管理效果圖

借助ArcGIS Server發(fā)布WFS服務，以專題服務的形式在三維平臺渲染顯示。由于專題符號并不隨服務附帶顯示，因此，在加載專題服務時，本文通過在前端基于SVG實時渲染配圖的形式加載顯示各專題圖層.效果如圖4所示。

圖4 三維專題查詢結果表

(3)樓房人關聯(lián)分析

系統(tǒng)實現(xiàn)對目標樓房的高亮和屬性信息顯示，可顯示目標樓房的所有房間信息列表，通過房間信息，可切換顯示當前房間居住人員信息，完成從樓到房再到人的關聯(lián)式查詢，將人員信息落到三維地圖上，形象、直觀，實現(xiàn)社會治理的精細化和精準化服務，這在對特殊人群的管理上效果尤為顯著，極大輔助了相關部門工作的有效開展。

樓房信息表、房間信息表、人員信息表通過模型id、樓宇id、房間id外鍵建立數(shù)據(jù)記錄間的“1對1”和“1對n”關聯(lián)關系，從而實現(xiàn)樓房人的屬性關聯(lián)查詢。

三維場景建筑物模型底面只有模型id屬性，因此需要同附帶建筑物詳細屬性信息的二維建筑面進行屬性合并掛接。本文通過面要素幾何位置匹配的方式，進行兩個面信息的掛接；然而，三維模型壓平獲取的底面要素與實際的二維建筑面要素并不完全重合。本文設計在合并過程中添加重合率字段，計算面要素之間的重合率，本文篩選面與面重合率達到90%以上，認為完全重合，實現(xiàn)屬性掛接，將合并后的屬性數(shù)據(jù)入庫，開發(fā)Web Service服務接口。整個流程如圖5所示。

圖5 信息掛接流程圖

系統(tǒng)實現(xiàn)結果如圖6所示。

圖6 樓座信息查詢示意圖

4 結 語

系統(tǒng)實現(xiàn)了市北區(qū)三維場景的瀏覽、專題的疊加查詢，針對社會治理主題，較好地實現(xiàn)了危險源專題大類的“一張圖”式三維展示查詢；同時基本“樓房人”模型，在網(wǎng)頁端三維平臺實現(xiàn)了樓房人信息的聯(lián)動查詢，真正實現(xiàn)了自然人落戶到房、落戶到樓的管理理念，對城市社會治理工作的有效開展起到了積極的推動作用。不足之處是系統(tǒng)在三維規(guī)劃分析層面的功能有待研究，同時，系統(tǒng)運行效率和界面UI也有待繼續(xù)優(yōu)化。