應用WebGIS設計與實現(xiàn)二三維一體化系統(tǒng)

吳風華，張亞寧

(河北聯(lián)合大學礦業(yè)工程學院，河北唐山 063000)

應用WebGIS設計與實現(xiàn)二三維一體化系統(tǒng)

吳風華，張亞寧

(河北聯(lián)合大學礦業(yè)工程學院，河北唐山 063000)

以基于WebGIS的2016唐山市世界園藝博覽會網站建設為例，應用Super Map和3ds Mar軟件，探討二維地圖和三維模型相結合的網絡地理信息系統(tǒng)的開發(fā)方法及開發(fā)流程，分析系統(tǒng)制作二三維地形和場景及其他關鍵技術，實現(xiàn)了二三維一體化的系統(tǒng)。

WebGIS；二三維一體化；三維空間數據

一、引 言

隨著科技的進步和技術的發(fā)展，二維GIS技術也在不斷地趨于成熟，從最初的桌面GIS經歷組件GIS、WebGIS發(fā)展到當下的移動GIS，技術體系已經發(fā)展得非常成熟，而且應用于軍事、農業(yè)等各行各業(yè)[1]。同時，隨著全國數字城市建設的提出，二維GIS已不能滿足需求，三維GIS技術慢慢走入人們的生活，成為GIS技術發(fā)展的方向。三維GIS與二維GIS相比，它可以更好地呈現(xiàn)出空間關系，提供更多的信息，同時更加接近人的視覺習慣，地物顯示更加真實。

雖然三維GIS有著二維GIS無法比擬的優(yōu)勢，但是三維GIS基礎軟件功能還不夠完善，如數據組織不夠完善、空間分析功能比較薄弱等，因此在相當長的時間內三維 GIS還是無法完全替代二維GIS[2]。在這種情況下，如何實現(xiàn)二維 GIS與三維GIS一體化，實現(xiàn)二維與三維之間的功能互補，便能最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)功能。本系統(tǒng)擬使用Super-Map軟件結合3ds Max軟件設計并實現(xiàn)二三維一體化的唐山市2016年世界園藝博覽會的網站系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)總體設計

1.系統(tǒng)總體框架設計

本系統(tǒng)的研究目的是建立一個二維GIS與三維GIS結合的城市網絡信息查詢系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由地圖操作及空間分析查詢模塊、三維可視化模塊、信息共享模塊和系統(tǒng)管理模塊構成，其總體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架

二維地圖操作及空間分析模塊實現(xiàn)了地圖基本操作、空間分析功能及空間查詢定位功能，同時可以顯示景點、酒店、賓館的實景圖片及文字介紹；三維可視化模塊實現(xiàn)了衛(wèi)星遙感影像圖與DEM數據的疊加顯示三維場景功能，使地物地貌更加逼真；信息共享模塊實現(xiàn)了世界園藝博覽會的活動公告、視頻觀看等功能，滿足用戶的信息需求；系統(tǒng)管理模塊實現(xiàn)了管理員管理用戶、更新發(fā)布最新信息、地圖圖層編輯功能，更加方便系統(tǒng)的管理。系統(tǒng)主界面如圖2所示。

2.系統(tǒng)架構的設計

根據總體框架的設計，綜合運用GIS、三維技術和數據庫技術，建立了多尺度、多數據源的空間信息庫和屬性信息庫，從而實現(xiàn)了基于WebGIS的信息管理和信息服務。系統(tǒng)采用B/S架構體系[3](如圖3所示)，在業(yè)務服務層中運行，空間數據庫和SQL數據庫通過業(yè)務服務層為用戶提供需求信息，同時以SuperMap iServer 6R軟件作為GIS開發(fā)平臺，通過GIS服務接口發(fā)布的Web服務實現(xiàn)了用戶客戶端的操作；用戶服務層是一個標準的Web瀏覽器，實現(xiàn)地圖瀏覽、信息查詢、三維場景漫游等功能。

圖2 系統(tǒng)主界面

圖3 B/S架構體系

三、系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術

開發(fā)本系統(tǒng)主要分為4個步驟：制作GIS數據、創(chuàng)建iServer服務、開發(fā)Web系統(tǒng)及發(fā)布Web系統(tǒng)。

1.制作GIS數據技術

(1)二維地圖制作及導入

由于超圖公司的超圖軟件在制作二維地圖方面已經很成熟，因此直接在桌面軟件中導入需要的二維GIS數據即可，同時也可根據需要進行地圖矢量化，獲得二維GIS數據。但是，為了保證二三維的一體化，在創(chuàng)建數據源時，應設置地理坐標系為WGS-84。

(2)三維模型制作及導入

1)三維地形圖制作。在本系統(tǒng)中，南湖公園是一個地形起伏明顯的區(qū)域，因此為了突出公園的地形，系統(tǒng)采用了衛(wèi)星遙感數據和DEM數據結合的方法生成三維地形圖，逼真地顯示出景區(qū)的地形特點。

三維地形圖制作中，最關鍵的是獲取該地區(qū)的高程數據。傳統(tǒng)的獲取方法是使用測量儀器實地監(jiān)測獲取，而本系統(tǒng)則是借助高程數據(DEM)下載助手軟件在Google Earth上獲取景區(qū)的高程數據。由于提取出來的高程數據地形起伏不明顯，需要在提取的高程中修改部分高程數據，使最終的地形效果更加明顯并符合實際。最終得到三維地形圖如圖4所示。

圖4 DEM影像

2)以往的三維模型制作只是在主流的二維GIS平臺中進行簡單的制作，三維效果差強人意。隨著GIS專業(yè)軟件的發(fā)展，專業(yè)軟件增加了三維模型導入功能，因此在本系統(tǒng)中使用了專業(yè)的三維制作軟件3ds Max制作三維模型。但值得注意的是，SuperMap Deskpro只能加載3DS格式，因此將三維模型保存為3DS格式導出，導出時應注意模型的坐標系應設置為WGS-84地理坐標系。

3)三維模型導入。目前研究的二三維一體化并沒有真正地實現(xiàn)，為了很好地解決這一問題，使二維數據和三維數據不再是分離的個體，本系統(tǒng)采用以下方法：將二維面數據集轉化為三維面數據集，并對轉化的三維面數據集添加對應的二維數據的屬性信息，使得二三維數據之間互通，實現(xiàn)數據的統(tǒng)一管理。同時，為了解決三維數據量大、運行緩慢的問題，系統(tǒng)將將3DS模型轉換為SGM模型進行加載，提高模型的加載速度和顯示效果，最終形成三維場景(如圖5所示)。

圖5 南湖公園三維場景

2.創(chuàng)建iServer服務技術

打開SuperMap iServer Manager服務管理工具，在此創(chuàng)建iServer服務。常規(guī)創(chuàng)建服務分為3個步驟：①創(chuàng)建服務提供者，主要是對某一類型數據進行GIS功能的處理，實現(xiàn)GIS功能的封裝與接口的統(tǒng)一；②設置服務接口，根據系統(tǒng)發(fā)布類型的需要創(chuàng)建了REST/JSP接口和REST接口類型；③創(chuàng)建服務組件，根據系統(tǒng)的需要，用戶可自行定義服務組件，也可選擇已存在的組件，如地圖服務組件、空間分析組件及三維服務組件等。最終完成配置，之后啟動iServer地圖服務。

3.開發(fā)Web系統(tǒng)技術

在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，Visual Studio為系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，iServer為地圖服務平臺，使用JavaScript腳本語言進行后臺代碼編寫，同時使用HTML和CSS語言對前臺進行頁面布局，使用 SQL Server 2008存儲數據。根據系統(tǒng)的數據需求創(chuàng)建數據表，如新聞數據、視頻數據等。

在開發(fā)過程中，需要注意的是要添加腳本庫的引用：

在添加引用的過程中應注意加載的順序。

之后在JavaScript腳本語言中通過map＝S｜create (SuperMap.Web.Mapping.Map，{}，null，null，S｜get (‘mapDiv’))添加地圖控件，實現(xiàn)地圖的加載，通過ASP.NET技術實現(xiàn)了對數據庫中數據的調用。

4.視頻播放實現(xiàn)技術

在網站設計與實現(xiàn)中，視頻播放技術是一個關鍵點。很多網站的視頻播放只局限于一種或幾種特定格式的視頻播放，而本系統(tǒng)通過在JavaScript腳本語言中的 flowplayer("player"，"shipin/flowplayer-3.2.12.swf")語句來調用視頻播放器，達到能播放各種格式視頻的效果；同時通過構造的SqlHelper類庫來實現(xiàn)調取數據庫的視頻數據。

四、結束語

本系統(tǒng)在SuperMap專業(yè)GIS軟件和3ds Max三維建模軟件的結合使用下，完成二三維地圖的制作，同時以SuperMap iServer作為地圖平臺，結合使用JavaScript腳本語言、ASP.NET等技術在Web上實現(xiàn)二維地圖操作、信息查詢與共享、數據管理和三維可視化功能，二三維GIS的結合為用戶提供了很好的查詢平臺和視覺效果。本系統(tǒng)只是初步具備了三維可視化效果，還沒有真正地做到在二三維中同時進行空間分析的一體化效果，很多方面都有待完善。

[1] 陳鵬，林鴻，張鵬程，等.二三維一體化在 Skyline與SuperMap6R中的實現(xiàn)對比[J].地理空間信息，2011，9(3)：65-68.

[2] 王燕.二三維一體化的WebGIS系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代測繪，2011，34(5)：46-47.

[3] 方志民.中山市3維地理信息服務平臺系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].測繪與空間地理信息，2011，33(5)：81-82，85.

[4] 吳創(chuàng)奇.基于SuperMap的二三維一體化的WebGIS系統(tǒng)開發(fā)[J].科技創(chuàng)新導報，2011(21)：24-25.

[5] 陳鵬，林鴻，張鵬程，等.基于SuperMap 6R技術的二三維一體化研究[J].測繪，2011，34(2)：51-53.

[6] 陳祖剛，王金鑫，袁麗華.基于GIS的鄭州大學教室查詢系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].測繪與空間地理信息，2012，35(2)：57-60.

[7] 楊靜，楊德宏.基于SuperMap Deskpro.Net三維建模及二、三維一體化的應用研究[J].江西科學，2011，29 (2)：267-272.

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

WU Fenghua，ZHANG Yaning

P208

B

0494-0911(2014)07-0125-03

2013-04-19

吳風華(1972—)，女，湖南寧鄉(xiāng)人，碩士，副教授，研究方向為地理信息系統(tǒng)技術理論研究與應用。

吳風華，張亞寧.應用WebGIS設計與實現(xiàn)二三維一體化系統(tǒng)[J].測繪通報，2014(7)：125-127.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014. 0243