面向服务的三维GIS规划应用系统构建

徐占华，颜宇，李仁忠

（重庆市勘测院重庆400020）

面向服务的三维GIS规划应用系统构建

徐占华，颜宇，李仁忠

（重庆市勘测院重庆400020）

本文借助Web Services技术探索了面向服务的三维地理信息服务集成体系框架，并对规划应用必要功能和配套措施进行了初步探讨。

SOA；3DGIS；网络服务；城市规划

1 前言

计算机技术迅猛发展，尤其是虚拟现实技术研究的不断深入，使得自2003年至2008年地理信息系统从二维向三维实现了跨越式的发展，而三维GIS也成为了GIS的重要发展方向和热点研究区域之一。但是，目前很多所谓的三维GIS系统主要是利用经典二维GIS思想来构建二、三维联动，即利用二维来分析和管理分析结果，然后用三维系统进行结果展示。另外，各部门建设系统时也存在数据无法共享、服务无法共享等问题，各部门专业数据和其它部门数据产生交集，一个城市多个部门都在重复做三维模型且标准不一致，一个部门如果想使用另一部门提供业务功能，必须建设一套类似的系统，造成大量的人力物力资源浪费[1]。因此，探索并建设三维服务共享系统机制，一方面为规划系统业务管理进行服务，另一方面，能将三维模型数据针对各委办局甚至社会企事业单位进行共享，达到资源和服务利用的最大化目的。

2 关键技术趋势

2.1 数据共享发展

一般来讲，数据共享发展分为地理相关数据库模式、空间化数据库模式和Web服务（Web Services）模式三个关键阶段，而针对三维模型数据来讲，因其发展较晚，可理解为直接从第一个阶段跳转至第三个阶段，或者说目前主要是两阶段并存状态。其中OGC（Open Geospatial Consortium开放地理信息联盟）为地理信息共享和互操作作了大量研究，制定了一系列标准并解决了一系列问题。针对三维模型服务来说，OGC提出W3DS定义，提供了一个动态的三维场景，用户可以交互式浏览这些在客户端渲染的三维场景。伴随着网络三维技术发展，目前应用较多的交互三维规范是X3D国际标准，它由Web3D联盟在VRML基础上提出，采用构件化设计思想，具有很强的扩展性，并且使用它来表达数据，同时也有标准的插件使用。

2.2 共享服务框架

Web服务（Web Services）是基于XML文档进行服务描述、服务请求和反馈结果，并可在Internet上通过HTTP协议进行传递。它包含的主要协议：XML（可扩展性标记语言）、SOAP（简单对象访问协议）、WSDL（网络服务描述语言）、UDDI（统一描述、发现和集成）等，并且该体系中包含三种角色：服务提供者负责发布自己的服务并对使用服务者响应；服务代理对服务提供者服务进行注册，并负责提供搜索、分类服务功能，服务需求者查询；服务需求者利用服务中心或者直接请求服务提供者的服务，与自己业务逻辑融合并完成工作。

针对三维模型共享服务来说，因为Web浏览器并不直接支持三维模型的显示，必须安装X3D插件来解决问题，如Bitmanagement公司的BS contact Geo组件。根据软件工程中的业务逻辑，共享框架设计为三层框架[2]，如图1。

图1 三维共享服务框架

客户层：主要完成三维空间数据的渲染以及动态交互功能，必须支持X3D的浏览器以及其它支持X3D的客户端应用。

服务层：服务代理将现有的二维GIS服务以及三维GIS服务进行发布和管理。客户层一方面可以从服务代理处查找并使用服务，另一方面，也可直接寻求服务提供者服务并集成，包括二维GIS服务，同时也包括场景服务、地形服务等三维GIS服务。用户不需关心功能服务是如何实现，只需要动态调用接口，即可得到响应结果。功能接口的实现则完全对用户不透明。服务层主要是建立客户层与共享服务及数据层的联系。

数据层：除基础地理信息数据库以外.还需要设置三维地形数据库、基本纹理数据库等。三维数据库一般采用XML／X3D文件存储。

3 三维规划应用系统构建与需求

3.1 三维规划应用系统相关服务

城市规划是对一定时期内城市的经济与社会发展、土地利用、空间布局等的具体安排和实施管理。随着计算机技术的不断发展，尤其是计算机图形技术的发展，各种三维图形技术被应用到规划中，因其较二维图形显得更加直观而在某些场合显得更加具有说服力，如建筑物高度及对周围环境的影响[3]。但是，城市规划管理辅助系统应该具有哪些主要功能呢？该问题将对三维规划应用服务的开发具有指导性意义。一般来讲，主要包括功能如下：

（1）规划方案展示。系统支持矢量数据的导入控制，可将完成的规划建设方案通过系统进行展示，并完成多角度浏览察看。

（2）规划方案比选。系统提供对X3D三维模型文件实时导入控制。对同一位置多个设计方案进行比选，选择与环境最协调、最符合规划要求方案。

（3）规划地块查询定位。系统提供通过数据属性查询定位或图查属性功能。在三维场景中可查看规划地块的信息，如面积、规划用地性质、容积率、绿化率等，还可将规划方案中的给排水、电通气专题规划设计内容在系统中展示。

（4）规划属性编辑。系统提供通过属性或空间对象查询，获得空间地理对象的属性数据后，对所选对象属性进行修改。

（5）建设管理辅助决策。系统针对重大工程现场管理提供接口，支持采用视频接入方法，对管理现场进度及相关情况进行监督等。

（6）其它。城市规划中比较关注的问题，如日照分析、天际线分析等。

3.2 系统运行配套设施

建立精细化的三维地理信息系统共享平台，最终以面向多部门服务为目的，不是系统建设完成即代表成功，必须与现代测绘和计算机领域新技术紧密结合，并具有保持系统长期运行稳定、可靠的配套设施。

三维模型生产机制研究。实际上，很多三维生产部门的模型制作流程仍旧以1∶500图为底，然后外业拍照采集模型纹理，最后在三维虚拟软件Creator、3DMax、Maya等手工制作完成，生产过程繁琐复杂、效益低下。而建立低成本的数据生产工艺，是规划建设部门非常关注的重点之一。目前针对快速三维模型生产机制研究已有很多很好的探索经验，如引进全数字摄影测量方法，利用立体相对测图技术，将复杂的模型制作进行环节分解、分批处理，逐渐形成立体测图、模型分级、贴图处理和模型合成流水线处理，大幅度提高生产效率。该方法已经在苏州市实地应用[4]。

三维模型更新机制建立。三维模型数据库建立完成后，必须实时进行数据更新维护，否则就是一个“死库”，毫无实际用途，解决数据维护更新问题，实现数据长期动态更新显得非常有必要。一般来讲，数据更新采取与业务流程管理相结合的方式比较可靠，如国土房管系统将宗地属性变更纳入证件审批流程。因此，三维模型更新机制可参照地形图竣工测量方式，要求在竣工测量时同时更新所在区域的三维建筑模型，同样，这也使得审批规划方案时能及时使用最新的三维现状数据，形成良性循环，促进动态更新完善。

紧密合作、共建共享机制梳理。为达到面向多部门服务目的，充分体现“一次建设，多方使用”应用需求，必须与各业务单位保持紧密合作，共建共享，以网络在线共享的方式，共同推动三维场景服务的多元化和实用化，这也与国家测绘局目前提倡的“地理信息公共服务平台”建设精神相契合。同时针对底层的三维场景规范化管理、海量数据的存储和并发控制，以及开发标准化数据服务接口等基础底层工作也是非常重要的，是推动面向服务三维地理信息系统共享服务的根本所在。

4 结语

国家测绘局预计在2015年完成全国地级城市的数字城市地理空间框架建设，面向服务的数据共建共享已变成研究热点之一[5]，而三维模型作为重要的地理信息表达方式，探索其服务共享机制是非常有意义的。本文借助Web Services技术探索了面向服务的三维地理信息服务集成体系框架，并对规划应用必要功能和配套措施进行了初步探讨，将对数字城市的快速推进起到积极推动作用。

[1]吴飞，知凡.三维地理信息共享服务平台实现和应用[J].地理空间信息，2009，(05):121-124.

[2]王威，吴升.基于Web Services的三维GIS框架研究[J].福建电脑.2008，(03):11-12.

[3]刘桂生，李明，刘玉祥，等.城市三维快速建模及浏览的研究与实现[J].黑龙江水专学报，2009，(06):110-112.

[4]素新.建立面向服务的苏州市三维地理信息系统[J].信息化，2009，(06):50-51.

[5]韩建光.数字城市加速跑，地理信息共享迎新[DB/OL]. http://digi.it.sohu.com.

责任编辑：余咏梅

Construction of Service-Oriented 3D GIS for Urban Planning Application

or:This paper，by exploring the framework of service-oriented three-dimensional geographic information system，in which web services technology was adopted，discusses the essential functions and supporting measures for Urban Planning Application

SOA，3DGIS，Web Services，urban planning

TU984.1

：A

：1671-9107（2010）10-0014-02

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.10.014

2010-6-11

徐占华(1981-)，男，武汉大学地图学与地理信息系统硕士毕业，重庆市勘测院工程师。