基于B/S结构的三维空间辅助决策系统技术研究

秦绍峰
（广西基础地理信息中心 广西南宁 530023）

【摘　要】　本文主要介绍广西三维空间辅助决策系统（网络版）的目的意义，详细介绍这一系统的框架和特点。针对系统设计中存在的问题，结合相关技术的最新发展趋势，提出了构建网络三维GIS的初步解决方案，并设计实现了基于b/s结构的三维GIS系统的原型。
【关键词】　三维 地理信息系统 决策系统 Web3DGIS

　　0 前言
　　当前GIS的研究成果和应用系统主要集中于描述二维空间信息，各项技术已较为成熟。但由于二维地理信息系统将实际的三维事物采用二维的方式表示，具有很大的局限性，大量的多维空间信息无法得到利用。它本质上是基于抽象符号的系统，不能给人以自然界的本原感受。当前计算机技术发展迅速，特别是图形图像技术的发展改变了人们与计算机信息交互的手段。人们不再是单纯地同枯燥的文字信息打交道，更多的是可以同图形信息交互，利用图形图像来表达和分析问题；在计算机生成的由多种信息源构成的多维信息空间中探索和分析问题。因此，随着计算机图形学和硬件技术的迅猛推进，三维GIS也是当今GIS发展的重要趋势。
　　将传统的二维GIS的研究成果拓展到三维空间，并结合Internet使用户真正突破空间的限制，共享和分析地球空间的各种信息，已经成为GIS工作人员亟待解决的问题。而计算机技术的迅速发展为GIS系统的使用提供了更为广阔的空间，推动着新型GIS系统的产生和发展，同时也使得新型GIS系统的设计和实现成为可能。
　　随着广西经济建设飞速发展，城市化进程不断加快，信息化建设的需求越来越高，“数字广西”这一数字地理空间框架的建设和发展，不仅是实现广西各级部门间的地理信息数据共享的要求，也成为一种可持续、适应区域变化的手段，为广西可持续发展的改善和调控提供了有力的工具。而要实现数字管理，就要求管理中的各类信息都能够加载到统一的三维空间坐标上，简单的说，就是对某个具体的点（泛指一个目标）所具有的区域管理中涉及的环境、交通、灾害、规划、农业等信息在地理空间信息的表达上具有唯一性，同时这些专题的信息之间能够进行集成，使城市的管理者能够多方位的分析问题，解决问题，避免管理中片面性。为了实现上述目标，就需要发挥三维GIS的巨大作用。
　　1 研究目标
　　系统的研究目标是集成网络技术、Web GIS和VR的技术优势，结合海量航片、卫星影像、地理地表信息、数字高程模型和矢量数据，实现广西全省以及各个城市、景点的大范围无缝三维漫游，提供对各种地物的查询，为各级政府决策和行业服务以及人民生活等方面提供重要的技术支持。
　　2 系统设计
　　2.1 系统要求
　　1.结构模块化设计，易于维护和升级。
　　2.操作方便实用，易于用户上手，界面具有简明、清晰的特点。
　　3.三维漫游时能满足流畅的可视化需要，具有高效的查询速度。
　　4.数据统一管理，保证数据安全性。
　　5.系统消耗不太高，适合运行在一般的PC机上。
　　2.2 系统体系
　　广西三维空间辅助决策系统网络版采用B/S结构，服务器数据分发模块采用SKYLINE公司的TerraGete空间数据管理接口。逻辑运算模块采用ASP+AJAX技术。三维显示模块，采用完全免费的SKYLINE Terraexplorer Viewer插件。
　　2.3 数据组成
　　广西三维空间辅助决策系统网络版使用的数据从逻辑上可以分为以下几个部分：
　　1.广西基础空间数据库，包括广西1：2000基础空间数据以及1：10000基础空间数据。
　　2.广西DEM数据库，包括广西全区1：50000和部分1：10000DEM。
　　3.广西DOM数据库。
　　4.广西专题信息数据库，包括广西政府机关、科研院所、餐饮娱乐、宾馆饭店、公司企业、文化教育、金融银行、医疗卫生、旅游景点、邮政电信、居民小区等专题信息数据。
　　5.其他栅格数据库，包括全区TM影像，广西部分区域SPOT影像，0.6米QUICKBIRD影像。
　　6.矢量专题数据库，包括全区14城市三维矢量模型数据。
　　2.4 系统功能

图1

　　本系统采用模块化设计，将各个功能划分为4个模块，每个模块独立开发和测试。
　　电子地图管理模块负责三维FLY文件以及底层图层的动态加载，降低程序与数据的耦合度，提高程序的灵活性。三维操作模块分为飞行控制模块和量算分析模块，飞行控制模块控制在三维场景中代表用户的可视平台的动作和方向。量算分析模块通过鼠标选取三维场景中的地物或者规划出地表的某个范围，对属于鼠标选中范围内的地表和地物进行地理相关分析。图文信息查询模块可以查询全区各地地名，并快速定位三维窗口，查询各个城市POI信息点，并快速定位。
　　3 关键问题研究
　　由于三维GIS涉及的专业领域很广，随着应用的深入，还有很多的问题需要解决。当前的主要问题是海量数据的实时获取，存取和快速处理。
　　3.1 三维建模技术
　　当前，一般采取3种建模方法，即精细建模、粗略建模和DOM建模。对于标志性建筑，例如高层建筑、代表城市特色的古老建筑，采用3DMAX等软件精细建模，通过拍摄数码相片获得建筑的纹理。此方法精度高，能真实反映建筑物原貌，但需要大量的人力物力，且进展缓慢。对一般建筑采用2维影像整体拉伸形成3维建筑，这种方法方便快捷，但不能准确表示建筑原貌。DOM建模利用摄影测量工作站配合建模软件生产建筑物模型，此方法精度介于精细建模和粗略建模之间。
　　3.2 三维数据发布
　　系统需要使用的数据包括广西1：2000基础空间数据以及1：10000基础空间数据，广西全区1：50000和部分1：10000DEM。广西DOM数据库。广西专题信息数据库，包括广西政府机关、科研院所、餐饮娱乐、宾馆饭店、公司企业、文化教育、金融银行、医疗卫生、旅游景点、邮政电信、居民小区等专题信息数据。全区TM影像，广西部分区域SPOT影像，0.6米QUICKBIRD影像。全区14城市三维矢量模型数据。总共大约60G大小。这些数据如何发布，在现有的网络环境下如何能比较流畅的显示，是系统稳定运行的关键。经过大量试验，我们最终选择SKYLINE公司的TerraGete空间数据管理接口。TerraGete具有如下优点：可以在任何基于TCP/IP协议的网络上运行，能满足分布式Internet/Intranet地理信息系统应用。内建的网络传输缓冲机制，可以避免数据的单条分散发送，具有最低的网络负载，满足实时性的数据调度要求。TerraGate还使用协同处理策略，将客户的请求分散处理，根据当前客户端和服务器的CPU使用情况和网络占用情况，自动分配计算任务，能大大降低整个系统对服务器的依赖，有效的提高系统整体性能。
　　3.3 矢量数据与三维数据无缝交互
　　由前所述，大约60G的数据封装在三维模块中，直接在其中查询将极其缺乏效率，那么如何使外部二维数据与三维数据无缝交互将是影响系统查询速度的关键。异步JavaScript＋XML（即Ajax），是一种创建交互式web应用程序的Web开发技术。这种程序使用JavaScript和XML从客户端提交服务器请求，且整个过程中仅需要交换少量的数据而不必提交整个web页面。因此，这样的程序将更快和更具响应性，成为新一代客户机-服务器系统的重要基础技术之一。实践中，我们通过AJAX技术连接二维数据和三维数据，把大量的逻辑运算提前到浏览器端运行，同时也降低了服务器资源占用率，提高了系统的稳定性。
　　4 系统实现
　　系统采用ASP+AJAX技术开发，三维数据显示主要通过Terraexplorer Viewer插件实现，服务器数据分发模块采用SKYLINE公司的TerraGete空间数据管理接口。下图为浏览器界面。

图2

　　5 结论
　　网络三维GIS是在传统WebGIS系统基础上发展起来的新型的GIS系统，Web3DGIS在扩展GIS应用领域的同时，也给GIS设计带来了新的问题。本文根据当前计算机技术的新发展，特别是在网络信息表达技术和Web3D技术的最新发展，来设计面向Web的网络三维GIS。通过与这些新技术的结合，为开发有着丰富功能，完全开放的大型网络三维GIS建立了新的途径。

【参考文献】
[1] 修文群等.数字化城市建设指南.北京：希望电子出版社，2001.9
[2] 陈仲怀等.”数字广西”地理空间框架建设及其在社会信息化的应用.数字城市信息服务与经济发展论坛论文集.2006
[3] 朱庆.三维地理信息系统技术综述.地理信息世界.2004，2（3）：8-12