三維地理信息平臺(tái)——方舟

湘茜 馬瑞 楊喆

成果概況

方舟平臺(tái)（ 3DGIS-Ark）是長江空間信息技術(shù)工程有限公司（武漢）自主研發(fā)的二三維一體化GIS平臺(tái)。平臺(tái)采用了B/S與C/S雙架構(gòu)體系，可高效集成海量的影像、高程、矢量、三維建筑物模型、傾斜攝影、激光點(diǎn)云、BIM、視頻、文本等多源數(shù)據(jù)，提供多源數(shù)據(jù)全方位的可視化管理、信息查詢、專業(yè)模型分析等服務(wù)，提供了一系列COM組件，可根據(jù)用戶需求輕松實(shí)現(xiàn)專業(yè)定制化應(yīng)用。方舟平臺(tái)已廣泛應(yīng)用于數(shù)字水利水電工程、流域規(guī)劃與管理、數(shù)字地下管網(wǎng)、智慧國土、智慧城市等領(lǐng)域。

方舟平臺(tái)以WebGL、OpenGL為底層基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了三維封裝層（優(yōu)化的OSG技術(shù)），三維數(shù)據(jù)訪問層、GIS服務(wù)層、控件服務(wù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層。

平臺(tái)由八大子系統(tǒng)組成，分別為三維地形地貌生成子系統(tǒng)（方舟TerrBuilder）、三維模型數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)（方舟DataCompos-er）、地形地貌編輯子系統(tǒng)（方舟TerrEditor）、BIM數(shù)據(jù)處理與集成子系統(tǒng)（方舟BimData）、三維激光點(diǎn)云處理與分析子系統(tǒng)（方舟PCL）、數(shù)據(jù)加解密子系統(tǒng)（方舟DataCipher）、三維地理信息集成瀏覽與分析子系統(tǒng)（方舟Explorer）和城市三維地下綜合管網(wǎng)管理子系統(tǒng)（方舟Pipe）。平臺(tái)產(chǎn)品系列構(gòu)成了一套集信息加工、處理、集成、發(fā)布、應(yīng)用的全鏈條體系。

技術(shù)創(chuàng)新

（1）海量多元數(shù)據(jù)有效集成：平臺(tái)支持線劃數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)（BIM、3DMax、DWG、激光點(diǎn)云、傾斜攝影等）、文本、視頻等海量、多類型數(shù)據(jù)的集成。

（2）數(shù)據(jù)管理一體化：平臺(tái)采用動(dòng)態(tài)交互的可視化手段，實(shí)現(xiàn)了地上地下一體化、室內(nèi)室外一體化、宏觀微觀一體化、二維三維一體化的數(shù)據(jù)管理與全空間任意瀏覽。

（3）數(shù)據(jù)加載動(dòng)態(tài)化：平臺(tái)可實(shí)時(shí)加載與調(diào)整不同分辨率、不同時(shí)相的地形、影像數(shù)據(jù)。

（4）三維場景無縫融合：平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了三維建筑物模型與三維地形的自動(dòng)無縫鑲嵌。

（5）室內(nèi)碰撞漫游：平臺(tái)通過實(shí)時(shí)碰撞檢測和快速碰撞響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了支持海量空間數(shù)據(jù)的室內(nèi)碰撞漫游。

（6）平臺(tái)三維模型可剖分：平臺(tái)可對(duì)三維模型進(jìn)行剖分，用于地形斷面繪制分析、斷面三維立體切割等。

（7）專業(yè)分析模型集成：平臺(tái)可將專業(yè)數(shù)學(xué)模型與已有的基礎(chǔ)空間分析功能進(jìn)行深度集成。

（8）平臺(tái)數(shù)據(jù)具有開放性：平臺(tái)基于插件的工作機(jī)制，可完成多種類型的數(shù)據(jù)交換。

（9）平臺(tái)提供跨平臺(tái)、跨語言的二次開發(fā)SDK，可快速實(shí)現(xiàn)相關(guān)行業(yè)定制化應(yīng)用開發(fā)。

推廣應(yīng)用

（1）以三峽為核心的水庫群投運(yùn)后防洪形勢展示系統(tǒng)

以方舟為三維地理信息平臺(tái)，以長江流域水利工程等專題數(shù)據(jù)、三峽庫區(qū)專題數(shù)據(jù)、航空、航天遙感及基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)成果為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，構(gòu)建了長江流域數(shù)字沙盤。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)構(gòu)建了防洪形勢展示系統(tǒng)。 系統(tǒng)可在三維交互式的環(huán)境中直觀地展現(xiàn)長江流域地形地貌、水系等基礎(chǔ)地理信息與重點(diǎn)水利工程、水雨情等水利專題信息，還可通過開發(fā)的多個(gè)互動(dòng)演示功能模塊來展現(xiàn)長江防洪體系的歷史、現(xiàn)狀與未來發(fā)展，同時(shí)，利用現(xiàn)有防汛設(shè)施條件，對(duì)1954年、1998年大洪水進(jìn)行洪水推演模擬，切實(shí)增強(qiáng)長江流域洪水應(yīng)急反應(yīng)能力與提高風(fēng)險(xiǎn)管理水平。

（ 2）小浪底庫區(qū)及樞紐區(qū)三維地理信息管理系統(tǒng)

充分利用3DGIS、空間數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，結(jié)合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合和三維可視化等技術(shù)，開發(fā)了小浪底庫區(qū)及樞紐區(qū)三維地理信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)在三維交互式數(shù)字地圖環(huán)境中直觀地展現(xiàn)小浪底庫區(qū)地形、地貌、水系、道路等基礎(chǔ)信息，集成了庫區(qū)滑坡信息、庫周地質(zhì)災(zāi)害信息、地震監(jiān)測信息、水文信息及泥沙監(jiān)測等信息，實(shí)現(xiàn)了二維空間的單（監(jiān)測）點(diǎn)和單（視準(zhǔn)）線分析，以及三維空間中觀測斷面和整體（整個(gè)建筑物）的綜合分析，立體展示監(jiān)測成果，便于庫區(qū)管理者準(zhǔn)確掌握小浪底水利樞紐庫區(qū)周邊狀況，為全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字小浪底奠定了基礎(chǔ)。

（3）蘭州大學(xué)數(shù)字校及地下管線信息管理系統(tǒng)

融合二三維GIS、空間數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，以三維地理信息平臺(tái)一方舟為基礎(chǔ)，開發(fā)了蘭州大學(xué)數(shù)字校園及地下管線信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)形象直觀地展示了地下管線的空間排布及其周圍區(qū)域的地理環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下管線的查詢、統(tǒng)計(jì)和分析，以及參數(shù)化建模等功能，提供了安卓和IOS主流手機(jī)端的GPS定位、管線查詢展示等功能，并利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)地下管線進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)營監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題地下管線存在的安全問題，為地下管線資源的統(tǒng)籌利用和科學(xué)布局、管線占用審批等工作提供了科學(xué)、準(zhǔn)確、直觀的參考。

（4）糯扎渡水電站三維地理信息管理系統(tǒng)

充分利用三維可視化技術(shù)，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)等現(xiàn)代高新技術(shù)，在構(gòu)建水利水電三維地理信息平臺(tái)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了糯扎渡水電站三維地理信息管理系統(tǒng)，為初步實(shí)現(xiàn)數(shù)字糯扎渡奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)可再現(xiàn)糯扎渡樞紐工程實(shí)景實(shí)貌，支持便捷的地形分析、量算，提供監(jiān)測數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、輸出等功能，管理人員可在三維場景中快速掌握庫區(qū)環(huán)境，快速查詢大壩安全監(jiān)測信息，信息管理方式實(shí)現(xiàn)了由二維向三維的提升，為提高糯扎渡水電站管理工作效率提供了技術(shù)支撐。