基礎(chǔ)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)應(yīng)用

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摘要:隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)地理空間框架提出了體驗(yàn)性要好、實(shí)時(shí)性要強(qiáng)、移動(dòng)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(chǔ)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)及建設(shè)思路，闡述了三維精細(xì)化建模及模型制作與三維系統(tǒng)建設(shè)流程，展示了平臺(tái)功能模塊，旨在發(fā)揮地理信息資源的基礎(chǔ)性作用，提供地理信息服務(wù)和決策支持。

關(guān)鍵詞:地理信息公共服務(wù);二次開發(fā);Java;Skyline;三維建模

引言

2012年，慶陽市基于3S技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，以4D產(chǎn)品為主體，建設(shè)“數(shù)字慶陽地理空間框架”基礎(chǔ)設(shè)施，基本實(shí)現(xiàn)了地理空間信息的共享。隨著技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需求快速變化，特別是云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展［1］，對(duì)地理空間框架提出了體驗(yàn)性要好、實(shí)時(shí)性要強(qiáng)、移動(dòng)性要大、可控性要高的新要求。前期地理空間框架建設(shè)成果數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性不足，已不能滿足日益變化的城市發(fā)展需求，運(yùn)行支撐環(huán)境只有一臺(tái)服務(wù)器，無法提供實(shí)時(shí)、高質(zhì)量的服務(wù);同時(shí)技術(shù)路線與省級(jí)不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)更新工作重復(fù)、運(yùn)維極為不便。為此，依托前期市級(jí)地理空間框架建設(shè)成果，遵循省級(jí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用新技術(shù)，通過地理空間信息數(shù)據(jù)整合，建設(shè)二、三維的B/S交互式市級(jí)基礎(chǔ)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)市、省級(jí)地理信息資源的互聯(lián)互通，平臺(tái)具備多級(jí)聯(lián)動(dòng)的地理信息綜合服務(wù)能力，發(fā)揮地理信息資源的基礎(chǔ)性作用，為政府、國土、規(guī)劃等職能部門提供地理信息服務(wù)和決策支持。

1平臺(tái)建設(shè)思路

1．1建設(shè)目標(biāo)

以慶陽市地理空間框架建設(shè)項(xiàng)目成果為基礎(chǔ)，整合現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、多維度的地理空間信息資源，更新各級(jí)在線服務(wù)數(shù)據(jù)集;建設(shè)慶陽市三維地形場(chǎng)景并制作西峰區(qū)建成區(qū)三維精細(xì)模型;利用“天地圖•前置服務(wù)”方式搭建慶陽市基礎(chǔ)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)。

1．2平臺(tái)架構(gòu)

1．2．1“天地圖•前置服務(wù)”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(tái)的地圖應(yīng)用服務(wù)，開發(fā)者可以利用開源庫創(chuàng)建自己所需的GIS應(yīng)用服務(wù)［2－3］。根據(jù)“天地圖•甘肅”前置服務(wù)的建設(shè)要求，部署“天地圖•前置服務(wù)”框架，將所需矢量、影像、地名地址數(shù)據(jù)為WMS服務(wù)，局域網(wǎng)內(nèi)通過URL直接調(diào)用，調(diào)用代碼如下:1)基礎(chǔ)層在硬件方面，以服務(wù)器、交換機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)施為平臺(tái)構(gòu)建基礎(chǔ)，通過虛擬化和集群方式建立了私有云架構(gòu)的運(yùn)行支撐環(huán)境，確保能夠承載多用戶并發(fā)訪問;在軟件方面，基于零付費(fèi)的天地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)庫軟件;在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境方面，依托于用戶的局域網(wǎng)，形成貫穿上下的網(wǎng)絡(luò)體系，為共享地理信息服務(wù)奠定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。2)數(shù)據(jù)內(nèi)容層數(shù)據(jù)資源是慶陽市基礎(chǔ)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)內(nèi)容層主要包括矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)等4大類，以及由此派生出的地理實(shí)體數(shù)據(jù)、電子地圖數(shù)據(jù)和地名地址數(shù)據(jù)等。3)數(shù)據(jù)服務(wù)層數(shù)據(jù)服務(wù)是“天地圖•前置服務(wù)”建設(shè)的核心和基礎(chǔ)。與數(shù)據(jù)內(nèi)容相對(duì)應(yīng)，數(shù)據(jù)服務(wù)層主要包括:矢量數(shù)據(jù)服務(wù)、影像數(shù)據(jù)服務(wù)、地形數(shù)據(jù)服務(wù)和專題數(shù)據(jù)服務(wù)等4大類，以及由此派生出的地理實(shí)體數(shù)據(jù)服務(wù)、電子地圖數(shù)據(jù)服務(wù)和地名地址數(shù)據(jù)服務(wù)等。4)應(yīng)用接口層應(yīng)用接口層提供符合國際標(biāo)準(zhǔn)的各類服務(wù)協(xié)議和開發(fā)接口，這些接口和服務(wù)可以非常方便地支撐GIS應(yīng)用系統(tǒng)的二次開發(fā)。應(yīng)用接口層包含的開發(fā)接口主要包括位置標(biāo)注接口、駕車規(guī)劃接口、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)輸出接口和成果展示接口等。5)應(yīng)用展現(xiàn)層應(yīng)用展現(xiàn)層是在數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用接口的基礎(chǔ)上，定義面向各級(jí)用戶應(yīng)用的各類服務(wù)接口的應(yīng)用示范，包括:地圖展示、地圖瀏覽、地圖標(biāo)繪、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)疊加、地名搜索、地址搜索、自駕規(guī)劃、分類搜索、空間量算等。6)表現(xiàn)層基于應(yīng)用展現(xiàn)層提供的各類功能示范，建設(shè)基于B/S的網(wǎng)站及示范應(yīng)用系統(tǒng)。

1．2．2平臺(tái)技術(shù)路線基于“天地圖•前置服務(wù)”提供的數(shù)據(jù)、功能服務(wù)為基礎(chǔ)，采用B/S結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在表現(xiàn)層通過接口調(diào)用構(gòu)建基于政務(wù)網(wǎng)的地理信息服務(wù)平臺(tái)，對(duì)相關(guān)的地圖、專題數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行管理和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)面向政府各部門用戶的地理信息服務(wù)。1)基于SOA架構(gòu)的地理信息公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)平臺(tái)采用面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)的理念與方法，設(shè)計(jì)融合共享服務(wù)提供方、使用方和管理方為一體的“公共平臺(tái)”總體架構(gòu)［4］，實(shí)現(xiàn)基于統(tǒng)一注冊(cè)和分級(jí)授權(quán)的服務(wù)組織模式與運(yùn)營管理機(jī)制，完成地理信息資源與服務(wù)的管理調(diào)度及動(dòng)態(tài)裝配?？紤]跨平臺(tái)應(yīng)用因素，后臺(tái)采用Java的Web技術(shù)，開發(fā)語言為Java。軟件架構(gòu)采用J2EE體系進(jìn)行構(gòu)建，J2EE是一種利用Java平臺(tái)來簡(jiǎn)化企業(yè)解決方案的開發(fā)、部署和管理相關(guān)的復(fù)雜問題的體系結(jié)構(gòu)。J2EE所包含的各類組件、服務(wù)架構(gòu)及技術(shù)層次，均有共通的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)格，讓各種依循J2EE架構(gòu)的不同平臺(tái)之間，存在良好的兼容性［5］。2)構(gòu)建分布式地理信息共享與應(yīng)用開發(fā)環(huán)境采用WebService等開放式標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，設(shè)計(jì)便于服務(wù)描述、、發(fā)現(xiàn)和調(diào)用的技術(shù)結(jié)構(gòu)與接口，以“分建共享、權(quán)威數(shù)據(jù)由權(quán)威部門維護(hù)”的原則對(duì)分散在各地的地理信息系統(tǒng)進(jìn)行服務(wù)節(jié)點(diǎn)封裝改造，形成跨部門、跨地區(qū)的分布式地理信息共享與應(yīng)用開發(fā)環(huán)境。采用OGC空間數(shù)據(jù)互操作的接口規(guī)范，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一接口，方便政府部門使用地圖與地理信息，便于專業(yè)用戶搭建業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

2數(shù)據(jù)融合與服務(wù)

基礎(chǔ)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)更新采用數(shù)據(jù)融合的方法進(jìn)行，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為2000國家大地坐標(biāo)系地理坐標(biāo)。參與融合的數(shù)據(jù)主要有:慶陽市地理國情普查數(shù)據(jù)、大比例尺矢量數(shù)據(jù)、高分辨率影像及地名地址更新成果。依據(jù)國家主節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)融合的流程，將矢量數(shù)據(jù)劃分為道路數(shù)據(jù)、背景數(shù)據(jù)和地名數(shù)據(jù)分別進(jìn)行融合處理。數(shù)據(jù)融合流程，如圖1所示。1)道路數(shù)據(jù)融合首先，在遵循國家道路數(shù)據(jù)處理原則和要求的前提下，基于合理的緩沖區(qū)半徑，采用空間分析的手段實(shí)現(xiàn)各種來源道路數(shù)據(jù)的整合。其次，對(duì)整合后的道路進(jìn)行檢查、修改，保證道路網(wǎng)的連通性。最后，對(duì)不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換和屬性結(jié)構(gòu)統(tǒng)一化的處理，完成道路的數(shù)據(jù)融合處理。2)背景數(shù)據(jù)融合背景數(shù)據(jù)內(nèi)容主要涉及政區(qū)、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(shù)據(jù)融合處理流程為:首先，利用基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)和其它項(xiàng)目數(shù)據(jù)補(bǔ)充(或更新)市級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù);其次，對(duì)背景數(shù)據(jù)進(jìn)行沖突檢查和修改，保證不同來源數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系合理;最后，進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換和屬性結(jié)構(gòu)統(tǒng)一化處理，完成背景要素的數(shù)據(jù)融合處理。3)地名地址數(shù)據(jù)融合首先，利用已有的“天地圖•甘肅”地名數(shù)據(jù)庫提取慶陽市地名數(shù)據(jù)。其次，利用收集到的相關(guān)撤鄉(xiāng)建鎮(zhèn)等行政地名變更文件，修改慶陽市鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)以上行政地名并形成最終的慶陽市行政地名數(shù)據(jù);依據(jù)“天地圖”地名處理規(guī)范及母庫分類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)外業(yè)采集更新的七縣一區(qū)城區(qū)POI數(shù)據(jù)進(jìn)行去重、分類等處理，形成最終的慶陽市POI數(shù)據(jù)。最后，對(duì)行政地名數(shù)據(jù)和POI數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)檢、融合，形成最終的慶陽市地名數(shù)據(jù)庫。4)影像數(shù)據(jù)融合按照“天地圖”國家節(jié)點(diǎn)和省級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)影像瓦片數(shù)據(jù)的要求，將慶陽市七縣一區(qū)現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、影像分辨率高和色彩質(zhì)量好的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖瓦片裁切和入庫，更新電子地圖，將更新后的數(shù)據(jù)瓦片導(dǎo)入專題數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)行合并、融合處理，形成符合國家要求的影像在線服務(wù)集。最后，基于影像數(shù)據(jù)在線服務(wù)數(shù)據(jù)集服務(wù)，為慶陽市地理信息公共服務(wù)平臺(tái)提供基礎(chǔ)的影像地圖服務(wù)。數(shù)據(jù)融合完成后，了慶陽市15－17級(jí)、西峰區(qū)18－19級(jí)矢量與影像在線服務(wù)數(shù)據(jù)，同步建立了地名地址數(shù)據(jù)庫。

3三維模型制作與系統(tǒng)建設(shè)

為了能夠直觀、真實(shí)地展現(xiàn)慶陽市的建設(shè)風(fēng)貌，制作慶陽市西峰區(qū)20km2三維場(chǎng)景，并集成西峰區(qū)三維精細(xì)模型，開發(fā)三維系統(tǒng)，掛接至基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)中。

3．1三維模型制作

以建模區(qū)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(yè)采集數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)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(biāo)歸零，并對(duì)其進(jìn)行編號(hào);2)利用3DMAX軟件完成建筑物三維建模;3)利用PhotoShop編輯外業(yè)采集照片;4)利用3DMAX軟件的UVW貼圖工具進(jìn)行貼圖，按建模單元編碼進(jìn)行存儲(chǔ);5)借助PandaDirectX插件在3DMAX中將模型導(dǎo)出為．X格式文件，按建模單元編碼存儲(chǔ)．X格式文件。

3．2三維地理信息系統(tǒng)建設(shè)

基于Skyline軟件，二次開發(fā)了三維地理信息系統(tǒng)［6］。首先，DEM數(shù)據(jù)格式由GRID轉(zhuǎn)為IMG，DEM、DOM數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)由2000國家大地坐標(biāo)3度分帶投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)為2000國家大地坐標(biāo)。其次，使用TerraBuilder模塊制作*．MPT數(shù)據(jù)集。將預(yù)處理后的DOM和DEM數(shù)據(jù)分別加載到TerraBuilder模塊中，對(duì)其進(jìn)行黑邊去除和邊緣羽化處理，調(diào)用TerraBuilderFuser模塊，利用多CPU服務(wù)器協(xié)同計(jì)算三維場(chǎng)景，流程如圖3所示。最后集成二維基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)(道路，水系等)、地名注記數(shù)據(jù)、三維精細(xì)模型數(shù)據(jù)、360度全景照片等數(shù)據(jù)，通過MakeXPL模塊對(duì)模型進(jìn)行了壓縮，開發(fā)三維地理信息系統(tǒng)。

4應(yīng)用實(shí)例

利用“天地圖•前置服務(wù)”、二次開發(fā)技術(shù)建設(shè)基礎(chǔ)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)，具備在線地圖瀏覽、數(shù)據(jù)集調(diào)用、資源目錄、用戶管理、數(shù)據(jù)采集、本地?cái)?shù)據(jù)加載、圖幅檢索等實(shí)用功能，如圖4所示。建設(shè)的三維地理信息系統(tǒng)具備場(chǎng)景瀏覽、漫游、縮放、旋轉(zhuǎn)、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(jí)功能，可直觀、真實(shí)的了解慶陽市域地形地貌，了解西峰區(qū)建成區(qū)城市建設(shè)風(fēng)貌，了解西峰區(qū)重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域街道、街區(qū)、建筑物等。

5結(jié)束語

慶陽市基礎(chǔ)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)以較為先進(jìn)的軟件系統(tǒng)為支撐，平臺(tái)具備資源管理、在線應(yīng)用、運(yùn)維管理等主要功能。首先，基于SOA架構(gòu)的設(shè)計(jì)理念，采用WebService通過REST方式將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和地圖、應(yīng)用功能進(jìn)行，保證了新增“服務(wù)”平滑擴(kuò)容;其次，通過Skyline軟件的地形修改功能將場(chǎng)景中與模型不匹配的區(qū)域進(jìn)行地形修改，以修改后的地面為基準(zhǔn)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(shù)據(jù)量模型瀏覽速度，在國土、規(guī)劃職能部門得到廣泛應(yīng)用，可以為政府應(yīng)急處置、重大決策、精細(xì)化社會(huì)管理，行業(yè)快速建設(shè)業(yè)務(wù)專題系統(tǒng)提供地理信息共享服務(wù)，能夠?yàn)橹腔鄢鞘薪ㄔO(shè)提供地理空間信息支撐。隨著傾斜攝影測(cè)量技術(shù)、數(shù)據(jù)共享普及，提出以下建議:1)人工建模方式開展三維精細(xì)模型制作工作量大、工期長(zhǎng)，還存在建筑物屋頂與實(shí)際情況不完全相符等問題，顧及地理要素更新，后續(xù)大范圍的三維精細(xì)建模工作建議采用傾斜攝影方式，直接加載OSGB、OBJ格式數(shù)據(jù)，小范圍的三維精細(xì)建模工作可采用人工建模方式。2)三維地形場(chǎng)景建設(shè)過程中，存在有新的影像數(shù)據(jù)，則導(dǎo)致三維地形場(chǎng)景重新制作的問題，為了應(yīng)對(duì)三維場(chǎng)景中的影像數(shù)據(jù)更新，建議采用調(diào)用平臺(tái)影像服務(wù)的技術(shù)方法，當(dāng)有新的影像數(shù)據(jù)時(shí)，只需更新平臺(tái)中的影像瓦片數(shù)據(jù)，在三維場(chǎng)景中即可瀏覽到最新的影像。3)慶陽市基礎(chǔ)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)提供的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)是OGC服務(wù)，瓦片數(shù)據(jù)服務(wù)為WMTS，可以在采用ArcGIS技術(shù)體系的項(xiàng)目建設(shè)中，調(diào)用在線的WMTS服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享調(diào)用，節(jié)省成本。

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作者：王得文 單位：甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院