应用WebGIS设计与实现二三维一体化系统

2014-06-27吴风华张亚宁

测绘通报 2014年7期

关键词：软件功能服务

吴风华，张亚宁

(河北联合大学矿业工程学院，河北唐山 063000)

应用WebGIS设计与实现二三维一体化系统

吴风华，张亚宁

(河北联合大学矿业工程学院，河北唐山 063000)

以基于WebGIS的2016唐山市世界园艺博览会网站建设为例，应用Super Map和3ds Mar软件，探讨二维地图和三维模型相结合的网络地理信息系统的开发方法及开发流程，分析系统制作二三维地形和场景及其他关键技术，实现了二三维一体化的系统。

WebGIS；二三维一体化；三维空间数据

一、引言

随着科技的进步和技术的发展，二维GIS技术也在不断地趋于成熟，从最初的桌面GIS经历组件GIS、WebGIS发展到当下的移动GIS，技术体系已经发展得非常成熟，而且应用于军事、农业等各行各业[1]。同时，随着全国数字城市建设的提出，二维GIS已不能满足需求，三维GIS技术慢慢走入人们的生活，成为GIS技术发展的方向。三维GIS与二维GIS相比，它可以更好地呈现出空间关系，提供更多的信息，同时更加接近人的视觉习惯，地物显示更加真实。

虽然三维GIS有着二维GIS无法比拟的优势，但是三维GIS基础软件功能还不够完善，如数据组织不够完善、空间分析功能比较薄弱等，因此在相当长的时间内三维 GIS还是无法完全替代二维GIS[2]。在这种情况下，如何实现二维 GIS与三维GIS一体化，实现二维与三维之间的功能互补，便能最大限度地发挥系统功能。本系统拟使用Super-Map软件结合3ds Max软件设计并实现二三维一体化的唐山市2016年世界园艺博览会的网站系统。

二、系统总体设计

1.系统总体框架设计

本系统的研究目的是建立一个二维GIS与三维GIS结合的城市网络信息查询系统。系统主要由地图操作及空间分析查询模块、三维可视化模块、信息共享模块和系统管理模块构成，其总体框架如图1所示。

图1 系统总体框架

二维地图操作及空间分析模块实现了地图基本操作、空间分析功能及空间查询定位功能，同时可以显示景点、酒店、宾馆的实景图片及文字介绍；三维可视化模块实现了卫星遥感影像图与DEM数据的叠加显示三维场景功能，使地物地貌更加逼真；信息共享模块实现了世界园艺博览会的活动公告、视频观看等功能，满足用户的信息需求；系统管理模块实现了管理员管理用户、更新发布最新信息、地图图层编辑功能，更加方便系统的管理。系统主界面如图2所示。

2.系统架构的设计

根据总体框架的设计，综合运用GIS、三维技术和数据库技术，建立了多尺度、多数据源的空间信息库和属性信息库，从而实现了基于WebGIS的信息管理和信息服务。系统采用B/S架构体系[3](如图3所示)，在业务服务层中运行，空间数据库和SQL数据库通过业务服务层为用户提供需求信息，同时以SuperMap iServer 6R软件作为GIS开发平台，通过GIS服务接口发布的Web服务实现了用户客户端的操作；用户服务层是一个标准的Web浏览器，实现地图浏览、信息查询、三维场景漫游等功能。

图2 系统主界面

图3 B/S架构体系

三、系统实现的关键技术

开发本系统主要分为4个步骤：制作GIS数据、创建iServer服务、开发Web系统及发布Web系统。

1.制作GIS数据技术

(1)二维地图制作及导入

由于超图公司的超图软件在制作二维地图方面已经很成熟，因此直接在桌面软件中导入需要的二维GIS数据即可，同时也可根据需要进行地图矢量化，获得二维GIS数据。但是，为了保证二三维的一体化，在创建数据源时，应设置地理坐标系为WGS-84。

(2)三维模型制作及导入

1)三维地形图制作。在本系统中，南湖公园是一个地形起伏明显的区域，因此为了突出公园的地形，系统采用了卫星遥感数据和DEM数据结合的方法生成三维地形图，逼真地显示出景区的地形特点。

三维地形图制作中，最关键的是获取该地区的高程数据。传统的获取方法是使用测量仪器实地监测获取，而本系统则是借助高程数据(DEM)下载助手软件在Google Earth上获取景区的高程数据。由于提取出来的高程数据地形起伏不明显，需要在提取的高程中修改部分高程数据，使最终的地形效果更加明显并符合实际。最终得到三维地形图如图4所示。

图4 DEM影像

2)以往的三维模型制作只是在主流的二维GIS平台中进行简单的制作，三维效果差强人意。随着GIS专业软件的发展，专业软件增加了三维模型导入功能，因此在本系统中使用了专业的三维制作软件3ds Max制作三维模型。但值得注意的是，SuperMap Deskpro只能加载3DS格式，因此将三维模型保存为3DS格式导出，导出时应注意模型的坐标系应设置为WGS-84地理坐标系。

3)三维模型导入。目前研究的二三维一体化并没有真正地实现，为了很好地解决这一问题，使二维数据和三维数据不再是分离的个体，本系统采用以下方法：将二维面数据集转化为三维面数据集，并对转化的三维面数据集添加对应的二维数据的属性信息，使得二三维数据之间互通，实现数据的统一管理。同时，为了解决三维数据量大、运行缓慢的问题，系统将将3DS模型转换为SGM模型进行加载，提高模型的加载速度和显示效果，最终形成三维场景(如图5所示)。

图5 南湖公园三维场景

2.创建iServer服务技术

打开SuperMap iServer Manager服务管理工具，在此创建iServer服务。常规创建服务分为3个步骤：①创建服务提供者，主要是对某一类型数据进行GIS功能的处理，实现GIS功能的封装与接口的统一；②设置服务接口，根据系统发布类型的需要创建了REST/JSP接口和REST接口类型；③创建服务组件，根据系统的需要，用户可自行定义服务组件，也可选择已存在的组件，如地图服务组件、空间分析组件及三维服务组件等。最终完成配置，之后启动iServer地图服务。

3.开发Web系统技术

在系统的开发过程中，Visual Studio为系统的开发环境，iServer为地图服务平台，使用JavaScript脚本语言进行后台代码编写，同时使用HTML和CSS语言对前台进行页面布局，使用 SQL Server 2008存储数据。根据系统的数据需求创建数据表，如新闻数据、视频数据等。

在开发过程中，需要注意的是要添加脚本库的引用：

在添加引用的过程中应注意加载的顺序。

之后在JavaScript脚本语言中通过map＝S｜create (SuperMap.Web.Mapping.Map，{}，null，null，S｜get (‘mapDiv’))添加地图控件，实现地图的加载，通过ASP.NET技术实现了对数据库中数据的调用。

4.视频播放实现技术

在网站设计与实现中，视频播放技术是一个关键点。很多网站的视频播放只局限于一种或几种特定格式的视频播放，而本系统通过在JavaScript脚本语言中的 flowplayer("player"，"shipin/flowplayer-3.2.12.swf")语句来调用视频播放器，达到能播放各种格式视频的效果；同时通过构造的SqlHelper类库来实现调取数据库的视频数据。

四、结束语

本系统在SuperMap专业GIS软件和3ds Max三维建模软件的结合使用下，完成二三维地图的制作，同时以SuperMap iServer作为地图平台，结合使用JavaScript脚本语言、ASP.NET等技术在Web上实现二维地图操作、信息查询与共享、数据管理和三维可视化功能，二三维GIS的结合为用户提供了很好的查询平台和视觉效果。本系统只是初步具备了三维可视化效果，还没有真正地做到在二三维中同时进行空间分析的一体化效果，很多方面都有待完善。

[1] 陈鹏，林鸿，张鹏程，等.二三维一体化在 Skyline与SuperMap6R中的实现对比[J].地理空间信息，2011，9(3)：65-68.

[2] 王燕.二三维一体化的WebGIS系统的研究与实现[J].现代测绘，2011，34(5)：46-47.

[3] 方志民.中山市3维地理信息服务平台系统设计与实现[J].测绘与空间地理信息，2011，33(5)：81-82，85.

[4] 吴创奇.基于SuperMap的二三维一体化的WebGIS系统开发[J].科技创新导报，2011(21)：24-25.

[5] 陈鹏，林鸿，张鹏程，等.基于SuperMap 6R技术的二三维一体化研究[J].测绘，2011，34(2)：51-53.

[6] 陈祖刚，王金鑫，袁丽华.基于GIS的郑州大学教室查询系统的设计与实现[J].测绘与空间地理信息，2012，35(2)：57-60.

[7] 杨静，杨德宏.基于SuperMap Deskpro.Net三维建模及二、三维一体化的应用研究[J].江西科学，2011，29 (2)：267-272.

System Design and Implementation of 2D＆3D Integration Based on WebGIS Technology

WU Fenghua，ZHANG Yaning

P208

0494-0911(2014)07-0125-03

2013-04-19