基礎地理信息公共服務平臺建設應用

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摘要:隨著云計算、大數據、物聯網技術的快速發展，對地理空間框架提出了體驗性要好、實時性要強、移動性要大、可控性要高的新要求。以慶陽市為例，介紹了B/S基礎地理信息公共服務平臺架構及建設思路，闡述了三維精細化建模及模型制作與三維系統建設流程，展示了平臺功能模塊，旨在發揮地理信息資源的基礎性作用，提供地理信息服務和決策支持。

關鍵詞:地理信息公共服務;二次開發;Java;Skyline;三維建模

引言

2012年，慶陽市基于3S技術、計算機技術、網絡技術和數據庫技術，以4D產品為主體，建設“數字慶陽地理空間框架”基礎設施，基本實現了地理空間信息的共享。隨著技術發展和應用需求快速變化，特別是云計算、大數據、物聯網技術的快速發展［1］，對地理空間框架提出了體驗性要好、實時性要強、移動性要大、可控性要高的新要求。前期地理空間框架建設成果數據現勢性不足，已不能滿足日益變化的城市發展需求，運行支撐環境只有一臺服務器，無法提供實時、高質量的服務;同時技術路線與省級不統一，數據更新工作重復、運維極為不便。為此，依托前期市級地理空間框架建設成果，遵循省級技術標準，采用新技術，通過地理空間信息數據整合，建設二、三維的B/S交互式市級基礎地理信息公共服務平臺，實現市、省級地理信息資源的互聯互通，平臺具備多級聯動的地理信息綜合服務能力，發揮地理信息資源的基礎性作用，為政府、國土、規劃等職能部門提供地理信息服務和決策支持。

1平臺建設思路

1．1建設目標

以慶陽市地理空間框架建設項目成果為基礎，整合現勢性強、多維度的地理空間信息資源，更新各級在線服務數據集;建設慶陽市三維地形場景并制作西峰區建成區三維精細模型;利用“天地圖•前置服務”方式搭建慶陽市基礎地理信息公共服務平臺。

1．2平臺架構

1．2．1“天地圖•前置服務”部署天地圖的開源API提供JavaScript編程接口，通過這些接口可以訪問后臺的地圖應用服務，開發者可以利用開源庫創建自己所需的GIS應用服務［2－3］。根據“天地圖•甘肅”前置服務的建設要求，部署“天地圖•前置服務”框架，將所需矢量、影像、地名地址數據為WMS服務，局域網內通過URL直接調用，調用代碼如下:1)基礎層在硬件方面，以服務器、交換機等基礎設施為平臺構建基礎，通過虛擬化和集群方式建立了私有云架構的運行支撐環境，確保能夠承載多用戶并發訪問;在軟件方面，基于零付費的天地圖基礎數據服務、數據庫軟件;在網絡環境方面，依托于用戶的局域網，形成貫穿上下的網絡體系，為共享地理信息服務奠定網絡基礎。2)數據內容層數據資源是慶陽市基礎地理信息公共服務平臺建設的基礎。數據內容層主要包括矢量數據、影像數據、地形數據和專題數據等4大類，以及由此派生出的地理實體數據、電子地圖數據和地名地址數據等。3)數據服務層數據服務是“天地圖•前置服務”建設的核心和基礎。與數據內容相對應，數據服務層主要包括:矢量數據服務、影像數據服務、地形數據服務和專題數據服務等4大類，以及由此派生出的地理實體數據服務、電子地圖數據服務和地名地址數據服務等。4)應用接口層應用接口層提供符合國際標準的各類服務協議和開發接口，這些接口和服務可以非常方便地支撐GIS應用系統的二次開發。應用接口層包含的開發接口主要包括位置標注接口、駕車規劃接口、數據處理接口、地理編碼接口、圖層疊加接口、空間分析接口、地圖展示接口、數據輸出接口和成果展示接口等。5)應用展現層應用展現層是在數據服務和應用接口的基礎上，定義面向各級用戶應用的各類服務接口的應用示范，包括:地圖展示、地圖瀏覽、地圖標繪、業務數據疊加、地名搜索、地址搜索、自駕規劃、分類搜索、空間量算等。6)表現層基于應用展現層提供的各類功能示范，建設基于B/S的網站及示范應用系統。

1．2．2平臺技術路線基于“天地圖•前置服務”提供的數據、功能服務為基礎，采用B/S結構設計，在表現層通過接口調用構建基于政務網的地理信息服務平臺，對相關的地圖、專題數據等信息進行管理和維護，實現面向政府各部門用戶的地理信息服務。1)基于SOA架構的地理信息公共服務平臺建設平臺采用面向服務架構(SOA)的理念與方法，設計融合共享服務提供方、使用方和管理方為一體的“公共平臺”總體架構［4］，實現基于統一注冊和分級授權的服務組織模式與運營管理機制，完成地理信息資源與服務的管理調度及動態裝配。考慮跨平臺應用因素，后臺采用Java的Web技術，開發語言為Java。軟件架構采用J2EE體系進行構建，J2EE是一種利用Java平臺來簡化企業解決方案的開發、部署和管理相關的復雜問題的體系結構。J2EE所包含的各類組件、服務架構及技術層次，均有共通的標準及規格，讓各種依循J2EE架構的不同平臺之間，存在良好的兼容性［5］。2)構建分布式地理信息共享與應用開發環境采用WebService等開放式標準協議，設計便于服務描述、、發現和調用的技術結構與接口，以“分建共享、權威數據由權威部門維護”的原則對分散在各地的地理信息系統進行服務節點封裝改造，形成跨部門、跨地區的分布式地理信息共享與應用開發環境。采用OGC空間數據互操作的接口規范，統一標準，統一接口，方便政府部門使用地圖與地理信息，便于專業用戶搭建業務系統。

2數據融合與服務

基礎地理信息公共服務平臺數據更新采用數據融合的方法進行，數據標準為2000國家大地坐標系地理坐標。參與融合的數據主要有:慶陽市地理國情普查數據、大比例尺矢量數據、高分辨率影像及地名地址更新成果。依據國家主節點數據融合的流程，將矢量數據劃分為道路數據、背景數據和地名數據分別進行融合處理。數據融合流程，如圖1所示。1)道路數據融合首先，在遵循國家道路數據處理原則和要求的前提下，基于合理的緩沖區半徑，采用空間分析的手段實現各種來源道路數據的整合。其次，對整合后的道路進行檢查、修改，保證道路網的連通性。最后，對不同來源的數據進行代碼轉換和屬性結構統一化的處理，完成道路的數據融合處理。2)背景數據融合背景數據內容主要涉及政區、鐵路、線狀水系、面狀水系、島狀水系附屬、居民地、建筑物和城市綠地等8類要素。背景數據融合處理流程為:首先，利用基礎測繪數據和其它項目數據補充(或更新)市級節點數據;其次，對背景數據進行沖突檢查和修改，保證不同來源數據的邏輯關系合理;最后，進行代碼轉換和屬性結構統一化處理，完成背景要素的數據融合處理。3)地名地址數據融合首先，利用已有的“天地圖•甘肅”地名數據庫提取慶陽市地名數據。其次，利用收集到的相關撤鄉建鎮等行政地名變更文件，修改慶陽市鄉鎮級以上行政地名并形成最終的慶陽市行政地名數據;依據“天地圖”地名處理規范及母庫分類標準，對外業采集更新的七縣一區城區POI數據進行去重、分類等處理，形成最終的慶陽市POI數據。最后，對行政地名數據和POI數據進行質檢、融合，形成最終的慶陽市地名數據庫。4)影像數據融合按照“天地圖”國家節點和省級節點對影像瓦片數據的要求，將慶陽市七縣一區現勢性強、影像分辨率高和色彩質量好的影像數據進行地圖瓦片裁切和入庫，更新電子地圖，將更新后的數據瓦片導入專題數據庫中，進行合并、融合處理，形成符合國家要求的影像在線服務集。最后，基于影像數據在線服務數據集服務，為慶陽市地理信息公共服務平臺提供基礎的影像地圖服務。數據融合完成后，了慶陽市15－17級、西峰區18－19級矢量與影像在線服務數據，同步建立了地名地址數據庫。

3三維模型制作與系統建設

為了能夠直觀、真實地展現慶陽市的建設風貌，制作慶陽市西峰區20km2三維場景，并集成西峰區三維精細模型，開發三維系統，掛接至基礎地理信息平臺中。

3．1三維模型制作

以建模區域1∶500大比例尺地形圖、0.5m精度正射影像、0.2m精度航空遙感影像、外業采集數據為基礎數據集成三維模型。三維模型的制作流程，如圖2所示。1)利用AutoCAD軟件提取建筑物輪廓，建筑物坐標歸零，并對其進行編號;2)利用3DMAX軟件完成建筑物三維建模;3)利用PhotoShop編輯外業采集照片;4)利用3DMAX軟件的UVW貼圖工具進行貼圖，按建模單元編碼進行存儲;5)借助PandaDirectX插件在3DMAX中將模型導出為．X格式文件，按建模單元編碼存儲．X格式文件。

3．2三維地理信息系統建設

基于Skyline軟件，二次開發了三維地理信息系統［6］。首先，DEM數據格式由GRID轉為IMG，DEM、DOM數據坐標系統由2000國家大地坐標3度分帶投影坐標轉為2000國家大地坐標。其次，使用TerraBuilder模塊制作*．MPT數據集。將預處理后的DOM和DEM數據分別加載到TerraBuilder模塊中，對其進行黑邊去除和邊緣羽化處理，調用TerraBuilderFuser模塊，利用多CPU服務器協同計算三維場景，流程如圖3所示。最后集成二維基礎矢量數據(道路，水系等)、地名注記數據、三維精細模型數據、360度全景照片等數據，通過MakeXPL模塊對模型進行了壓縮，開發三維地理信息系統。

4應用實例

利用“天地圖•前置服務”、二次開發技術建設基礎地理信息公共服務平臺，具備在線地圖瀏覽、數據集調用、資源目錄、用戶管理、數據采集、本地數據加載、圖幅檢索等實用功能，如圖4所示。建設的三維地理信息系統具備場景瀏覽、漫游、縮放、旋轉、圖層控制等基本功能，也具備信息查詢、填挖方分析、通視分析等高級功能，可直觀、真實的了解慶陽市域地形地貌，了解西峰區建成區城市建設風貌，了解西峰區重點建設區域街道、街區、建筑物等。

5結束語

慶陽市基礎地理信息公共服務平臺以較為先進的軟件系統為支撐，平臺具備資源管理、在線應用、運維管理等主要功能。首先，基于SOA架構的設計理念，采用WebService通過REST方式將業務數據和地圖、應用功能進行，保證了新增“服務”平滑擴容;其次，通過Skyline軟件的地形修改功能將場景中與模型不匹配的區域進行地形修改，以修改后的地面為基準擺放建筑物模型，保證較好的重合性;最后，在保證模型紋理精度的前提下，通過Skyline軟件的MakeXPL模塊將模型的．X文件壓縮為．XPL2文件，提高了大數據量模型瀏覽速度，在國土、規劃職能部門得到廣泛應用，可以為政府應急處置、重大決策、精細化社會管理，行業快速建設業務專題系統提供地理信息共享服務，能夠為智慧城市建設提供地理空間信息支撐。隨著傾斜攝影測量技術、數據共享普及，提出以下建議:1)人工建模方式開展三維精細模型制作工作量大、工期長，還存在建筑物屋頂與實際情況不完全相符等問題，顧及地理要素更新，后續大范圍的三維精細建模工作建議采用傾斜攝影方式，直接加載OSGB、OBJ格式數據，小范圍的三維精細建模工作可采用人工建模方式。2)三維地形場景建設過程中，存在有新的影像數據，則導致三維地形場景重新制作的問題，為了應對三維場景中的影像數據更新，建議采用調用平臺影像服務的技術方法，當有新的影像數據時，只需更新平臺中的影像瓦片數據，在三維場景中即可瀏覽到最新的影像。3)慶陽市基礎地理信息公共服務平臺提供的服務標準是OGC服務，瓦片數據服務為WMTS，可以在采用ArcGIS技術體系的項目建設中，調用在線的WMTS服務，實現數據共享調用，節省成本。

［參考文獻］

［1］徐錚，陳俊．大數據時代基于物聯網和云計算的地質信息化研究［J］．通訊世界，2015(8):33－34．

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［3］陳海波，王海起．基于天地圖API的旅游地理信息系統應用［J］．地理空間信息，2018(9):65－68．

［4］吳家菊，劉剛，席傳裕．基于Web服務的面向服務(SOA)架構研究［J］．現代電子技術，2005(14):1－4．

［5］蔡劍，景楠．Java網絡程序設計:J2EE［M］．北京:清華大學出版社，2003．

［6］唐楨，張新長，曹凱濱．基于Skyline的三維技術在城市規劃中的應用研究［C］//廣東省測繪學會會員代表大會暨學術交流會．廣州:廣東省測繪學會，2010．

作者：王得文 單位：甘肅省地質礦產勘查開發局第一地質礦產勘查院