基于三維模型的地名地址管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 引言

地名地址是各行業(yè)最常使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一， 由于以往地名地址數(shù)據(jù)管理的不規(guī)范， 給地名地址使用帶來了很多不便。 北屯市編制了地址門牌編碼規(guī)則，并下發(fā)了規(guī)范使用地名地址的通知，要求公安、工商等使用地名地址的單位在辦理業(yè)務(wù)時(shí)所需門牌號(hào)以民政部門辦理的門牌證為準(zhǔn)， 從而使得當(dāng)?shù)氐牡孛偷刂烽T牌信息保持了統(tǒng)一和規(guī)范。 北屯市通過地名地址管理系統(tǒng)的建設(shè)理順了地名地址管理體系， 創(chuàng)新了管理方式。 該系統(tǒng)除了地名地址業(yè)務(wù)管理，還加入了三維模型場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了地名地址在實(shí)景三維模型上的表達(dá)與應(yīng)用。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地名地址管理系統(tǒng)基于SOA 服務(wù)式架構(gòu)，通過其提供的服務(wù)注冊(cè)和目錄功能，開發(fā)前端應(yīng)用客戶端及服務(wù)端，實(shí)現(xiàn)一體化的數(shù)據(jù)管理。 系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)，運(yùn)行在政務(wù)外網(wǎng)，瀏覽器端兼容谷歌、360 等主流瀏覽器，實(shí)現(xiàn)地名地址瀏覽、管理以及門牌業(yè)務(wù)辦理等功能。 系統(tǒng)由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層組成。 其總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層是本系統(tǒng)的依托，其包含服務(wù)器、交換機(jī)、GIS平臺(tái)軟件、Oracle 數(shù)據(jù)庫軟件、Tomcat 中間件、操作系統(tǒng)、防火墻以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等。

2.2 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層包含標(biāo)準(zhǔn)地名數(shù)據(jù) （地名普查成果）、 業(yè)務(wù)地名數(shù)據(jù)、地址（門牌）數(shù)據(jù)、三維模型以及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)等。 需要說明的是：三維模型都是柵格數(shù)據(jù)，而地名地址數(shù)據(jù)是矢量數(shù)據(jù)，為了實(shí)現(xiàn)地名地址數(shù)據(jù)在三維模型表達(dá)，需要借助關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)來完成。

2.3 應(yīng)用層

本系統(tǒng)選用的網(wǎng)絡(luò)GIS 軟件是基于SOA 服務(wù)式開發(fā)平臺(tái)。 系統(tǒng)應(yīng)用層包含三大功能模塊：一是三維查詢展示，實(shí)現(xiàn)地名地址屬性和三維模型上的圖形相互查詢， 城市三維場(chǎng)景模擬飛行鳥瞰；二是地名信息管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)北屯轄區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)地名和業(yè)務(wù)地名的申報(bào)、審批等業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的增、刪、改的數(shù)據(jù)管理；三是地址信息管理，包含了地址數(shù)據(jù)管理和門牌業(yè)務(wù)辦理等一系列業(yè)務(wù)的應(yīng)用功能。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 實(shí)景三維模型的制作

3.1.1 航攝內(nèi)業(yè)

針對(duì)傾斜攝影數(shù)據(jù)，采用多角度影像聯(lián)合平差的技術(shù)。 使用Smart3D Capture 軟件結(jié)合POS 系統(tǒng)測(cè)定的影像外方位元素，模擬包括傾斜航空影像在內(nèi)的所有影像的地表投影范圍，采取由粗到精的金字塔匹配策略， 在各級(jí)影像上進(jìn)行同名點(diǎn)自動(dòng)匹配和自由網(wǎng)光束法平差，得到同名點(diǎn)匹配結(jié)果[1]。 通過建立連接點(diǎn)和控制點(diǎn)坐標(biāo)文件結(jié)合DGPS 信息， 實(shí)現(xiàn)多視角影像自檢校區(qū)域網(wǎng)平差迭代計(jì)算，通過多次反復(fù)聯(lián)合解算，最終得到符合精度要求的成果數(shù)據(jù)[2]。

3.1.2 三維模型重建

Smart3D Capture 軟件在三維重建過程能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)計(jì)算，依據(jù)內(nèi)部規(guī)則算法，自動(dòng)選擇在對(duì)面視角上的最佳像對(duì)模型，形成三維尺度的密集點(diǎn)云[3]。 點(diǎn)云會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成TIN，并對(duì)TIN 進(jìn)行修正和優(yōu)化， 從而得到最佳的三維效果。 根據(jù)三維TIN 的空間位置信息，自動(dòng)尋找最佳視角影像，并完成模型紋理的構(gòu)建，最終形成完整且真實(shí)的三維模型體。

3.2 地名地址與三維模型建筑物的關(guān)聯(lián)

本系統(tǒng)的一大特點(diǎn)就是將地名地址與三維模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)地名地址在三維模型中位置的表達(dá)。 三維模型是一個(gè)整體的柵格數(shù)據(jù)， 是無法與眾多的地名地址數(shù)據(jù)直接產(chǎn)生一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的。 為此，可以在支持二維、三維一體化的GIS 軟件里將三維模型和經(jīng)處理（刪去非建筑物圖形）的地籍?dāng)?shù)據(jù)加載進(jìn)來，在軟件里給地籍矢量面設(shè)定一個(gè)整體的基準(zhǔn)高程（建筑物底部高程與三維模型底部平齊），再根據(jù)三維模型建筑高度設(shè)定高度拉升值，平面的矢量圖形就“立”了起來，形成矢量立方體。 為了滿足地址門牌數(shù)據(jù)圖形與屬性一一對(duì)應(yīng)的要求，需要在GIS 軟件將地籍矢量圖形先按每戶進(jìn)行分割， 再按房屋樓層進(jìn)行原地復(fù)制（房屋有幾層就復(fù)制幾次），然后按樓層分別給每一個(gè)矢量數(shù)據(jù)賦予基礎(chǔ)高程 （上面一層的基礎(chǔ)高程就是下面一層的基礎(chǔ)高程加上拉伸高度）和拉伸高度，再將分割后的矢量立方體向外圍稍微擴(kuò)大， 使其能夠包裹住對(duì)應(yīng)的三維模型中建筑物，并把顏色設(shè)為完全透明，這樣就使系統(tǒng)使用者只能看見三維模型，看不見矢量立方體。 用戶在系統(tǒng)中看著三維模型， 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊選取的時(shí)候就能選取單個(gè)按地址門牌被分割好的矢量立方體，而不會(huì)選上一整塊的柵格三維模型，如圖2 所示。

圖2 鼠標(biāo)選取分割后的矢量立方體

3.3 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.3.1 地名數(shù)據(jù)庫

標(biāo)準(zhǔn)地名數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)來源于第二次全國(guó)地名普查成果，系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)地名數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)將參照《全國(guó)第二次地名普查實(shí)施方案》中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)定執(zhí)行。 業(yè)務(wù)地名數(shù)據(jù)庫則是服務(wù)于北屯市地名的業(yè)務(wù)應(yīng)用。 業(yè)務(wù)地名數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以標(biāo)準(zhǔn)地名數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，增加地名命名、地名變更、地名注銷等相關(guān)業(yè)務(wù)字段。

3.3.2 地址（門牌）數(shù)據(jù)庫

地址（門牌）數(shù)據(jù)是采用內(nèi)、外業(yè)相結(jié)合的方式獲取的。 首先， 到辦理門牌證業(yè)務(wù)的民政部門收集門牌證臺(tái)賬資料；然后，拿著臺(tái)賬和城市平面圖到社區(qū)，與社區(qū)工作人員一起核對(duì)每個(gè)地址門牌的具體位置， 并補(bǔ)充可能存在的遺漏信息；最后， 需要調(diào)查員拿著標(biāo)注著地址門牌信息的圖紙到實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)修正，然后再將采集到地址門牌信息逐一錄入GIS 軟件。

地址（門牌）數(shù)據(jù)庫屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在參考CH/Z 9010—2011《地理信息公共服務(wù)平臺(tái)地理實(shí)體與地名地址數(shù)據(jù)規(guī)范》的基礎(chǔ)上，根據(jù)北屯市門牌證辦理業(yè)務(wù)的需求，增加了包括門牌證號(hào)、街/路、樓棟號(hào)、單元、戶號(hào)、單位/個(gè)人名稱、身份證號(hào)、門牌號(hào)、小區(qū)名、郵政編碼、多媒體資料以及地址標(biāo)識(shí)碼等字段。

地址標(biāo)識(shí)碼是與矢量圖形建立關(guān)聯(lián)關(guān)系的關(guān)鍵字段，其編碼規(guī)則是： 地址標(biāo)識(shí)碼= 區(qū)編碼+ 街道編碼+ 小區(qū)編碼+樓棟編碼+層編碼+ 房號(hào)順序碼。 地址標(biāo)識(shí)碼與分割后矢量立方體的標(biāo)識(shí)碼的編碼方式一致，且是唯一值，從而保證了地址門牌與分割后矢量立方體一對(duì)一的關(guān)系。

4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 三維地名地址查詢展示

1）三維城市瀏覽：基于三維模型數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)在客戶端展現(xiàn)北屯市三維場(chǎng)景，支持多樣化的三維交互操作，如場(chǎng)景縮放、俯仰角調(diào)整、 三維飛行瀏覽， 同時(shí)也可以在三維場(chǎng)景中量算長(zhǎng)、寬、高、面積等信息。

2）地名地址綜合查詢：提供多種地址查詢檢索與定位功能，方便用戶快速獲取所需信息。 用戶可以通過全名查詢、首字查詢、拼音查詢、電話號(hào)碼查詢、分類查詢、地圖點(diǎn)擊查詢等方式， 迅速獲得所需的地址信息。 系統(tǒng)還提供了模糊匹配功能，并通過其他限制條件優(yōu)化查詢速度。

3）地名地址統(tǒng)計(jì)：系統(tǒng)按照多種方式對(duì)地名地址數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如可根據(jù)地名地址的范圍、類別、采集時(shí)間、業(yè)務(wù)類型等要素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果以統(tǒng)計(jì)圖表的方式展示。

4.2 地名信息管理

1）標(biāo)準(zhǔn)地名管理：主要是針對(duì)第二次全國(guó)地名普查成果全生命周期管理的功能。 其主要功能子模塊有：地名命名、地名變更、地名注銷、歷史回溯、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、地名檢索等功能。 在歷史回溯功能模塊中， 用戶可以通過該功能查看某一個(gè)地名的命名、變更直至注銷的全生命周期的記錄；而數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能是導(dǎo)出符合地名普查軟件交換格式要求的成果數(shù)據(jù)， 可以將本系統(tǒng)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入第二次全國(guó)地名普查軟件， 實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)地名數(shù)據(jù)的上報(bào)。

2）業(yè)務(wù)地名管理：業(yè)務(wù)地名數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)除了具有國(guó)家地名數(shù)據(jù)庫的屬性字段外， 還增加了本地辦理地名業(yè)務(wù)時(shí)所需的字段。 該模塊與標(biāo)準(zhǔn)地名管理模塊基本一致。 但其地名命名、地名變更和地名注銷這3 個(gè)模塊下面還都有一級(jí)子模塊，分別是命名、變更和注銷的申請(qǐng)、初審、終審的地名業(yè)務(wù)辦理流程； 而數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能則是將數(shù)據(jù)中業(yè)務(wù)辦理中的字段過濾掉，導(dǎo)出符合標(biāo)準(zhǔn)地名數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，從而能夠使數(shù)據(jù)導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)地名管理模塊的數(shù)據(jù)庫里，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

4.3 地址信息管理

1）地址門牌查詢：具備地址門牌檢索功能。 支持選擇地址所在區(qū)、街道、社區(qū)、小區(qū)的篩選條件，或是直接輸入關(guān)鍵字進(jìn)行模糊查詢。

2）地址業(yè)務(wù)管理：主要是地名地址管理部門日常管理地址信息的系統(tǒng)模塊，針對(duì)地名地址管理工作人員不同級(jí)別，審批權(quán)限亦不同。系統(tǒng)建立關(guān)于地址管理的功能，簡(jiǎn)化并理順了原有的審批流程，提供了地名地址的空間錄入、屬性錄入、地名審批、地名變更、地名批準(zhǔn)書的打印及地名的歷史回溯等業(yè)務(wù)功能。

3）門牌業(yè)務(wù)管理：該功能主要是滿足北屯市民政部門辦理門牌業(yè)務(wù)的需求。 北屯市各級(jí)用戶在系統(tǒng)中辦理門牌業(yè)務(wù)的分工和流程：（1）社區(qū)對(duì)單位或個(gè)人辦理門牌業(yè)務(wù)提交申請(qǐng)到街道；（2）街道對(duì)社區(qū)申請(qǐng)審核后編制門牌號(hào)并提交民政局；（3）民政局對(duì)街道提交的門牌號(hào)資料進(jìn)行審查確認(rèn)并反饋街道；（4）街道將門牌號(hào)上墻；（5）民政局對(duì)門牌上墻進(jìn)行驗(yàn)收；（6）街道打印門牌證并發(fā)送到社區(qū)；（7）社區(qū)將辦理的門牌證發(fā)放至單位或個(gè)人。 其中門牌業(yè)務(wù)管理中，民政局工作人員在系統(tǒng)中辦理門牌上墻驗(yàn)收的界面，如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)中辦理門牌上墻驗(yàn)收界面

5 結(jié)語