徐州市三维基础地理信息系统平台研究与应用

宋 静 梁 苗

徐州市勘察测绘研究院，江苏徐州 221000

随着城市建设的快速发展，传统二维GIS因无法获得真实的空间感受、指标计算枯燥、空间关系不明显等因素，已无法满足城市规划建设管理的要求。此外，在以往空间分割管理模式下，地上地下空间信息较复杂，不利于各级领导的科学决策和城市规划建设管理。

基于此，我们研究开发了徐州市历史上首次数字化、三维可视化、集中统一的信息动态管理平台——徐州市三维基础地理信息系统平台，使城市规划者和管理者可以在三维真实城市环境中进行规划、决策和管理，实现了地上地下空间信息的无缝集成和一体化管理。

1 徐州市三维基础地理信息系统平台研究建设

1.1 总体架构

系统平台在技术上坚持数据、管理、服务与应用相分离的架构原则，采用SOA架构、B/S模式，建立了灵活装配式的扩展机制，实现了数据的管理、共享、融合、交换及与其它业务应用系统的集成。

系统在技术架构的设计上分为五层结构：工具层、服务器与数据基础层、基础服务层、业务逻辑层和三维表现层。标准化体系和安全保障制度需要贯穿于各个层次，从而使各个层次相互连接，形成一个有机整体。

1.2 软件体系

徐州市三维基础地理信息系统平台软件体系主要包括以下几个部分。

1.2.1 WEB服务端

WEB服务端基于面向服务的开发和架构，采用Linux服务器，支持数据、服务的分布式部署和负载均衡。客户端无并发访问和授权数量限制，服务器支持网络授权模式。面向服务的架构和网络应用环境，用户可自定义扩展服务，跨网络、跨平台无缝聚合第三方服务；支持服务和数据的分布式部署。

1.2.2 编辑管理子系统

（1）运维管理子系统。运维管理子系统主要由数据管理、服务管理及用户管理三部分组成。

（2）编辑子系统。编辑子系统以C#作为开发语言，可提供基于数据库的三维模型浏览和管理功能，以实现三维环境中三维模型的单体化更新和建筑纹理、属性的实时更新。

1.2.3 浏览子系统

浏览子系统要求支持海量数据平滑浏览，实现室内室外、二维三维、地上地下等的一体化，实现真实与美观的和谐统一；实现二三维基础地理信息的属性查询、本地化编辑、空间分析和距离面积量算等。

1.2.4 数据处理工具集

项目对传统三维模型数据的可视化技术进行了算法和流程的优化，实现了大面积海量数据的快速显示与分析和基础地理实体模型的三维精细化表达，解决了项目的研究难点。

1.2.5 业务应用子系统

针对具体需求，在徐州市三维基础地理信息系统平台基础上进行二次开发，研究建设了三个业务应用子系统。

1.3 数据建设

（1）标准建设。项目实施过程中，结合实际情况，建立了三套地方性标准：《徐州市三维基础地理信息数据技术标准》、《徐州市地下管线普查技术规程（修订）》、《徐州市综合地下管网数据技术标准与建库规范》。

（2）模型数据生产。项目通过流水线式三维数据生产工艺，将数字摄影测量技术与传统三维模型生产方法相结合，生产DEM、DOM、TDOM以及三维建筑模型等多种符合测绘精度要求的数据。

2 徐州市三维基础地理信息系统平台关键技术与创新

2.1 基于城市框架数据的DEM建模方法

项目在城市框架数据基础上，结合航空摄影立体像对数据采集三维特征点线，并直接构TIN，避免了常规DEM生成过程中GRID内插造成的数据精度损失，精确表现了城市道路、河流湖泊、沟坎和隧道等城市地形要素。

2.2 研究提出了三维管线自动化建模及更新算法和方法

2.2.1 三维管线碰撞检测的立体求交算法

在管线数据普查和管理中，如何快速发现碰撞管线，并精确找出位置，一直是一个难点。项目基于三维体求交算法能够精确计算各种形状管线的间距，确定管线碰撞的位置，为外业加密点布置和内业检查提供了依据，管线数据质量得到提升，普查周期得到缩减。

2.2.2 基于自动耦合造型法的管线三维自动建模方法

项目利用二维矢量管线的拓扑关系及对应属性字段自动生成或匹配全部管网要素，实现了管线、管沟、特征、井和井室等的自动化生成，避免了由于手工建模造成的误差，解决了特征模型库与管线匹配时不一致的问题，为管线管理提供了更加直观的管理方式。

2.2.3 三维管线数据的自主式增量更新方法

项目在自动化生产技术上，基于统一的二维数据库实现了与二维管线数据同步的三维管线数据增量式实时更新，支持按管线要素、按测区范围和按时间周期等多种方式，缩减了运维成本。

2.3 实现了跨平台、跨应用系统技术体系

项目采用面向服务架构技术，将智能集群、并行计算和虚拟化技术应用到平台建设中，实现了松耦合异构式环境集成，解决了跨部门、跨平台和跨应用互操作问题。

3 徐州市三维基础地理信息系统平台的应用研究

3.1 城市三维规划决策方面的应用

以平台为基础，面向城市规划，研制开发了徐州市三维规划辅助决策系统。该系统从地理位置和几何尺寸上保证了规划的真实性和可信度，可在城市规划、设计与决策的不同阶段，对规划审批内容进行立体化、动态化、形象化显示，使决策者可从任意角度看到规划效果，大大提高了规划决策的效率及科学性。目前该系统已在舜淮府第、珠山风景区洲际酒店、徐州九里万科城、徐州中枢街、徐州乐园等多个项目中发挥了重要作用。

3.2 城市地下空间开发利用中的应用

城市地下管线是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。以平台为基础，根据“管线三维可视化”思路，研制开发的徐州市综合地下管线三维信息管理系统，使城市综合管线的三维可视化管理得以实现，不仅使得错综复杂的地下管网数据变得一目了然，更可针对不同的管线数据进行三维的信息统计、查询、标注及辅助分析，在真实、直观的环境下完成爆管分析、开挖模拟和规划设计等，有力保障了地下空间规划、建设和管理的安全性和科学性。地下管线图如图1所示。

图1 地下管线图

3.3 形象宣传和展示中的应用

徐州市规划馆三维城市展台——《寻找我的家园》是在徐州市三维基础地理信息系统平台基础上的又一成功应用。系统设计开发了三维渲染客户端和人机互动系统，可提供多角度、全方位的城市浏览及搜索定位等功能。该系统目前已在徐州规划馆实现了应用，在徐州市城市展示宣传、公共服务和招商引资中发挥了重要作用，得到了参观领导及社会公众的一致好评。

4 结语

徐州市三维基础地理信息系统平台可以为各行业提供真实直观准确且具有针对性的三维地理信息服务和辅助决策，各行业也可在该系统平台的基础上，方便快捷地叠加相关行业信息，并快速搭建相应的应用系统，降低系统开发难度和城市空间数据的更新成本，避免重复投资，形成信息孤岛，可有效集约优化城市公共服务资源，为推动城市信息化进程和智慧城市建设奠定坚实基础。