基于三维模型的地名地址管理系统设计与实现

1 引言

地名地址是各行业最常使用的基础数据之一， 由于以往地名地址数据管理的不规范， 给地名地址使用带来了很多不便。 北屯市编制了地址门牌编码规则，并下发了规范使用地名地址的通知，要求公安、工商等使用地名地址的单位在办理业务时所需门牌号以民政部门办理的门牌证为准， 从而使得当地的地名和地址门牌信息保持了统一和规范。 北屯市通过地名地址管理系统的建设理顺了地名地址管理体系， 创新了管理方式。 该系统除了地名地址业务管理，还加入了三维模型场景，实现了地名地址在实景三维模型上的表达与应用。

2 系统总体结构设计

地名地址管理系统基于SOA 服务式架构，通过其提供的服务注册和目录功能，开发前端应用客户端及服务端，实现一体化的数据管理。 系统采用B/S 架构，运行在政务外网，浏览器端兼容谷歌、360 等主流浏览器，实现地名地址浏览、管理以及门牌业务办理等功能。 系统由基础设施层、数据层、应用层组成。 其总体架构如图1 所示。

图1 系统总体框架图

2.1 基础设施层

基础设施层是本系统的依托，其包含服务器、交换机、GIS平台软件、Oracle 数据库软件、Tomcat 中间件、操作系统、防火墙以及网络设施等。

2.2 数据层

数据层包含标准地名数据 （地名普查成果）、 业务地名数据、地址（门牌）数据、三维模型以及关联数据等。 需要说明的是：三维模型都是栅格数据，而地名地址数据是矢量数据，为了实现地名地址数据在三维模型表达，需要借助关联数据来完成。

2.3 应用层

本系统选用的网络GIS 软件是基于SOA 服务式开发平台。 系统应用层包含三大功能模块：一是三维查询展示，实现地名地址属性和三维模型上的图形相互查询， 城市三维场景模拟飞行鸟瞰；二是地名信息管理，实现对北屯辖区的标准地名和业务地名的申报、审批等业务和数据的增、删、改的数据管理；三是地址信息管理，包含了地址数据管理和门牌业务办理等一系列业务的应用功能。

3 关键技术

3.1 实景三维模型的制作

3.1.1 航摄内业

针对倾斜摄影数据，采用多角度影像联合平差的技术。 使用Smart3D Capture 软件结合POS 系统测定的影像外方位元素，模拟包括倾斜航空影像在内的所有影像的地表投影范围，采取由粗到精的金字塔匹配策略， 在各级影像上进行同名点自动匹配和自由网光束法平差，得到同名点匹配结果[1]。 通过建立连接点和控制点坐标文件结合DGPS 信息， 实现多视角影像自检校区域网平差迭代计算，通过多次反复联合解算，最终得到符合精度要求的成果数据[2]。

3.1.2 三维模型重建

Smart3D Capture 软件在三维重建过程能够实现全自动计算，依据内部规则算法，自动选择在对面视角上的最佳像对模型，形成三维尺度的密集点云[3]。 点云会自动转换成TIN，并对TIN 进行修正和优化， 从而得到最佳的三维效果。 根据三维TIN 的空间位置信息，自动寻找最佳视角影像，并完成模型纹理的构建，最终形成完整且真实的三维模型体。

3.2 地名地址与三维模型建筑物的关联

本系统的一大特点就是将地名地址与三维模型相结合，实现地名地址在三维模型中位置的表达。 三维模型是一个整体的栅格数据， 是无法与众多的地名地址数据直接产生一一对应关系的。 为此，可以在支持二维、三维一体化的GIS 软件里将三维模型和经处理（删去非建筑物图形）的地籍数据加载进来，在软件里给地籍矢量面设定一个整体的基准高程（建筑物底部高程与三维模型底部平齐），再根据三维模型建筑高度设定高度拉升值，平面的矢量图形就“立”了起来，形成矢量立方体。 为了满足地址门牌数据图形与属性一一对应的要求，需要在GIS 软件将地籍矢量图形先按每户进行分割， 再按房屋楼层进行原地复制（房屋有几层就复制几次），然后按楼层分别给每一个矢量数据赋予基础高程 （上面一层的基础高程就是下面一层的基础高程加上拉伸高度）和拉伸高度，再将分割后的矢量立方体向外围稍微扩大， 使其能够包裹住对应的三维模型中建筑物，并把颜色设为完全透明，这样就使系统使用者只能看见三维模型，看不见矢量立方体。 用户在系统中看着三维模型， 用鼠标点击选取的时候就能选取单个按地址门牌被分割好的矢量立方体，而不会选上一整块的栅格三维模型，如图2 所示。

图2 鼠标选取分割后的矢量立方体

3.3 数据库结构设计

3.3.1 地名数据库

标准地名数据库数据来源于第二次全国地名普查成果，系统中标准地名数据库结构将参照《全国第二次地名普查实施方案》中的数据结构规定执行。 业务地名数据库则是服务于北屯市地名的业务应用。 业务地名数据结构以标准地名数据库结构为基础，增加地名命名、地名变更、地名注销等相关业务字段。

3.3.2 地址（门牌）数据库

地址（门牌）数据是采用内、外业相结合的方式获取的。 首先， 到办理门牌证业务的民政部门收集门牌证台账资料；然后，拿着台账和城市平面图到社区，与社区工作人员一起核对每个地址门牌的具体位置， 并补充可能存在的遗漏信息；最后， 需要调查员拿着标注着地址门牌信息的图纸到实地现场核实，发现问题要及时修正，然后再将采集到地址门牌信息逐一录入GIS 软件。

地址（门牌）数据库属性结构设计是在参考CH/Z 9010—2011《地理信息公共服务平台地理实体与地名地址数据规范》的基础上，根据北屯市门牌证办理业务的需求，增加了包括门牌证号、街/路、楼栋号、单元、户号、单位/个人名称、身份证号、门牌号、小区名、邮政编码、多媒体资料以及地址标识码等字段。

地址标识码是与矢量图形建立关联关系的关键字段，其编码规则是： 地址标识码= 区编码+ 街道编码+ 小区编码+楼栋编码+层编码+ 房号顺序码。 地址标识码与分割后矢量立方体的标识码的编码方式一致，且是唯一值，从而保证了地址门牌与分割后矢量立方体一对一的关系。

4 系统功能设计与实现

4.1 三维地名地址查询展示

1）三维城市浏览：基于三维模型数据实现在客户端展现北屯市三维场景，支持多样化的三维交互操作，如场景缩放、俯仰角调整、 三维飞行浏览， 同时也可以在三维场景中量算长、宽、高、面积等信息。

2）地名地址综合查询：提供多种地址查询检索与定位功能，方便用户快速获取所需信息。 用户可以通过全名查询、首字查询、拼音查询、电话号码查询、分类查询、地图点击查询等方式， 迅速获得所需的地址信息。 系统还提供了模糊匹配功能，并通过其他限制条件优化查询速度。

3）地名地址统计：系统按照多种方式对地名地址数据进行统计，如可根据地名地址的范围、类别、采集时间、业务类型等要素进行统计，并将统计结果以统计图表的方式展示。

4.2 地名信息管理

1）标准地名管理：主要是针对第二次全国地名普查成果全生命周期管理的功能。 其主要功能子模块有：地名命名、地名变更、地名注销、历史回溯、数据导出、地名检索等功能。 在历史回溯功能模块中， 用户可以通过该功能查看某一个地名的命名、变更直至注销的全生命周期的记录；而数据导出功能是导出符合地名普查软件交换格式要求的成果数据， 可以将本系统导出的数据直接导入第二次全国地名普查软件， 实现标准地名数据的上报。

2）业务地名管理：业务地名数据库结构除了具有国家地名数据库的属性字段外， 还增加了本地办理地名业务时所需的字段。 该模块与标准地名管理模块基本一致。 但其地名命名、地名变更和地名注销这3 个模块下面还都有一级子模块，分别是命名、变更和注销的申请、初审、终审的地名业务办理流程； 而数据导出功能则是将数据中业务办理中的字段过滤掉，导出符合标准地名数据结构的数据，从而能够使数据导入标准地名管理模块的数据库里，实现数据交换。

4.3 地址信息管理

1）地址门牌查询：具备地址门牌检索功能。 支持选择地址所在区、街道、社区、小区的筛选条件，或是直接输入关键字进行模糊查询。

2）地址业务管理：主要是地名地址管理部门日常管理地址信息的系统模块，针对地名地址管理工作人员不同级别，审批权限亦不同。系统建立关于地址管理的功能，简化并理顺了原有的审批流程，提供了地名地址的空间录入、属性录入、地名审批、地名变更、地名批准书的打印及地名的历史回溯等业务功能。

3）门牌业务管理：该功能主要是满足北屯市民政部门办理门牌业务的需求。 北屯市各级用户在系统中办理门牌业务的分工和流程：（1）社区对单位或个人办理门牌业务提交申请到街道；（2）街道对社区申请审核后编制门牌号并提交民政局；（3）民政局对街道提交的门牌号资料进行审查确认并反馈街道；（4）街道将门牌号上墙；（5）民政局对门牌上墙进行验收；（6）街道打印门牌证并发送到社区；（7）社区将办理的门牌证发放至单位或个人。 其中门牌业务管理中，民政局工作人员在系统中办理门牌上墙验收的界面，如图3 所示。

图3 系统中办理门牌上墙验收界面

5 结语