基于MapGIS 10的二三维城市规划地理信息平台设计

吴德华，谢家豪，罗成，熊得祥

基于MapGIS 10的二三维城市规划地理信息平台设计

吴德华，谢家豪，罗成，熊得祥

(湖南城市学院城市规划信息技术重点实验室，湖南益阳413000)

城市规划是一项复杂的系统工程，涉及到不同领域、不同类型的大量数据，城市规划地理信息平台通过对数据的有效管理，从而实现城市资源的合理配置与优化．本文采用先进的云GIS技术和MapGIS 10开发平台对属性数据和二三维空间数据进行统一管理，依托数据中心，采用TCV悬浮式三层体系架构，运用“框架+插件”开发技术，设计了对城市规划二三维信息的查询定位、统计量算、规划分析等功能．

MapGIS；三维；城市规划；TCV

城市规划是以城市协调可持续发展为目标，根据城市的地理、人文、经济等客观条件对城市的整体发展进行部署和安排，其数据涉及到不同领域、不同类型，数据量大，并且80%以上属于空间信息[1]．随着计算机技术的发展，地理信息系统被广泛应用于城市规划管理领域，以实现城市规划管理的信息化．

城市规划地理信息平台是通过对城市各种资源有效集成整合，以门户的形式为政府规划部门、项目开发商、工程人员及公众等提供其所需的全部信息与服务，从而提高城市核心竞争力[2]．本文以益阳市区为实验区，采用MapGIS 10作为系统开发平台，以云GIS技术来实现多源异构数据的统一管理和一体化的二维城市地图查询与三维景观浏览等功能；将城市规划各应用系统集成到统一的地理信息平台中，实现规划部门和公众对城市信息资源的共享，从而实现城市资源的合理配置与优化．

1 MapGIS 10简介

MapGIS 10是由中地数码公司推出的一款全新的TCV(Terminal-Cloud-Virtual)悬浮式三层体系架构云GIS软件，具有“飘移、纵生、聚合、重构”等特性[3]．与传统奠基式体系架构相比，MapGIS 10采用的悬浮倒挂式体系架构技术[4]具有更好的伸缩性，更利于集成、管理和维护，也更加牢固和可靠，使软件具备了云“飘移”的特性；先进的微内核群技术[5]将GIS不同应用的核心功能模块化，分别形成单独的微内核，将这些微内核集成在一起，能够“纵生”出可适应需求变化的云服务，从而使这些核心功能更加容易设计、实现；松耦合技术使系统各层之间通过标准的服务接口进行通信，为不同应用的“聚合”奠定了基础；功能与数据相分离使得云功能具有可移动性，能够随意插拔、灵活部署，为系统“重构”提供了条件．

MapGIS 10以数据中心集成开发基础平台为核心，采用的“框架+插件”开发模式可以按照用户的需求灵活构建功能丰富的应用软件．数据中心集成开发平台具有资源管理和系统开发的双层功能，不仅能够对各种空间、非空间多源异构数据以及系统自身的信息进行组织和操作，而且也是一种集搭建式、Flex和Silverlight等多种二次开发模式为一体的开发平台[6]．

2 数据组织与管理

2.1属性数据的组织与管理

城市规划地理信息平台是个复杂系统，需要不同类型、不同形式、不同来源的数据，既包括描述建筑物和规划审批项目的属性信息，又具有表现二维矢量和三维景观的空间数据．属性数据主要通过相关规划单位的规划审批数据库获取，对于数据库中缺少的数据需要进行实地调查获得，具体包括规划项目名称、方案名称、建筑物容积率、方案绿化率、总用地面积、建筑物覆盖率、建筑物名、建筑物性质、建筑物层数、建筑物高度、建筑物占地面积、建筑物各层总面积、建筑物容纳住户数等．属性数据以“一事一表”的原则进行组织，采用关系数据库SQL Server 2008进行管理，表和表之间通过编号、名称等关键字进行联系．

2.2二维数据处理与组织

原始二维数据通常为DWG格式，主要由规划红线、建筑物轮廓线等要素组成，可从规划审批图中提取．将提取后的CAD数据转换为MapGIS数据，保持到Geodatabase企业管理器中，采用目录树对数据按点、线、面等要素分层进行组织和管理，然后运用SDE技术将二维空间数据存储到SQL Server中，并通过要素编号与属性数据关联，实现了空间与属性数据的统一管理．

2.3三维城市建模

三维场景是城市规划地理信息平台中的重要数据，与属性数据和二维数据相比，不仅具有庞大的数据量，而且建设更加复杂．三维城市建模包括三维地形建模和三维地物建模两个部分，高质量的三维地形建模能够为用户提供身临其境的存在感，是三维空间分析的保障，也是三维建模的关键．

三维地形建模首先需要对区域等高线进行处理，然后运用TIN（不规则三角网）或GRID（规则格网）构建DEM（数字高程模型），将DOM（数字正射影像图）与DEM进行叠加，建立的益阳市区数字高程模型如图1所示．三维地物建模又包括建筑物建模和非建筑物建模，由于三维城市模型的数据量极大，为了保证系统的运行效率，对于标志性建筑和规划设计建筑等重要地物运用3DMAX进行精细建模，而其他普通地物可在MapGIS 10的MapWorkSpace中进行批量建模，然后将建好的精模加载到MapWorkSpace中进行调整，完成三维城市模型的建立．建筑物的纹理采用现场拍照的方式获取，运用PhotoShop对照片进行裁剪、拉伸等处理后，对建筑物进行贴图操作．三维模型数据同样采用目录树进行分层组织，实现了二三维数据的一体化管理，如图2所示．

图1 益阳市区数字高程模型

图2 益阳市区三维场景

3 系统设计

3.1平台架构设计

城市规划地理信息平台采用面向服务的TCV体系架构，即顶端的终端应用层、中间的云计算层和底层的虚拟设备层，进一步提高对数据的组织与管理能力，实时为用户提供地理信息服务，如图3所示．

T层（终端应用层）支持搭建式、Flex和Silverlight等多种二次开发方式，除了能够开发桌面应用程序，也为WebGIS和移动GIS提供开发环境，通过统一的接口与云计算层进行交互，访问功能插件和数据．

C层（云计算层）由GIS基础内核、GIS功能服务、服务集群和服务管理器组成，对城市规划平台数据、资源和服务进行统一管理．GIS基础功能元素和各种粒度的行业功能元素都部署在此处，通过标准接口与虚拟设备层通信，从而实现功能与数据及设备的分离．

V层（虚拟设备层）使用虚拟化存储技术将计算机、数据库等存储设备虚拟为系列逻辑资源池，为C层提供设备服务．对于数据，V层并不直接存储，通过对数据存放位置的引用，在逻辑上形成数据资源池，实现二三维异构数据集成管理．

图3 城市规划地理信息平台体系架构

3.2平台功能设计

城市规划地理信息平台设计的目的是为城市规划部门提供对规划项目的管理、为规划方案的制定提供决策支持，不仅需要具备MIS的规划数据管理功能，还需要具备空间数据查询和空间分析功能．因此，平台需要包括数据操作、查询统计、规划分析、多媒体输出等模块，各模块又包含不同的功能，平台功能模块如图4所示．

数据操作模块可以分为二维数据操作和三维数据操作两个部分，二维数据操作包括图层加载、卸载、放大、缩小、移动、刷新等功能；三维数据操作包括场景浏览、模型加载、模型调整等功能．

查询统计包括二维查询、三维查询和统计量算，二维查询具有点击查询、拉框查询、条件查询等多种查询形式；三维查询包括空间实体查询和实体属性查询；统计量算则由专题数据统计、距离测量、面积测量和土方计算等功能组成．

规划分析模块除了包括缓冲区分析、路径分析等空间分析常用功能外，还包括辅助规划的日照分析、通视分析、方案对比等功能．

多媒体输出包括场景图片输出和多媒体视频输出，场景图片主要由场景可视效果图、建筑物立面图、城市天际线图等组成；多媒体视频包括日照动画视频和场景漫游视频．

图4 城市规划地理信息平台功能模块

4 结语

采用以云GIS技术为基础的TCV三层体系架构进行城市规划地理信息平台设计，使平台具备飘移、纵生、聚合、重构等特性，能够应需而变；以目录树进行数据的分层组织，实现了海量二三维数据的统一管理；将数据中心作为内核，使数据和功能相分离，多种二次开发方式协同实现系统功能，使开发效率得到极大提高．

[1]张艳华,孙大龙.图文数据动态联接与多维数据管理在城市规划管理信息系统中的应用[J].测绘与空间地理信息,2008, 31(3):140-142.

[2]陈真.基于地理空间框架的城市规划信息平台研究[J].测绘通报,2012(3):92-94.

[3]吴信才,徐世武,万波,等.新一代的软件结构T-C-V结构[J].地球科学-中国地质大学学报,2014,39(2):221-226．

[4]吴信才.数据中心集成开发技术:新一代GIS架构技术与开发模式[J].地球科学,2009,34(3):540-546.

[5]张剑,罗鹏飞,张文明.基于微内核的雷达数据处理平台设计[J].计算机工程,2009,35(17):277-279．

[6]吴信才.MapGIS搭建平台原理与开发[M].电子工业出版社, 2011．

(责任编校：陈智全)

Design on Two and Three Dimensional Integrated Urban Planning Geography Information Platform Based on MapGIS 10

WU De-hua,XIE Jia-hao,LUO Cheng,XIONG De-xiang
(Key Laboratory of Urban Planning Information Technology,Hunan City University,Yiyang,Hunan 413000,China)

The urban planning is a complicated system engineering which involves a lot of data with different types in different fields.Urban planning geographical information platform was used to realize the target of rational allocating and optimizing city resources by managing data effectively.In this paper,the advanced Cloud GIS technology and the MapGIS 10 development platform were used to manage attributeion data and two or three dimensional spatial data uniformly.Based on the data center,the TCV suspended three layer architecture and the"frame+plug-in"development technology were used to design the two or three dimensional urban planning information functions of query,statistics,planning analysis and so on.

MapGIS;3D;urban planning;TCV

P208

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2015.01.013

1672–7304(2015)01–0051–03

2015-02-19

湖南省教育厅科学研究一般资助项目(13C109)；湖南省高校创新平台开放基金资助项目(13K114)；湖南城市学院大学生科技创新资助项目(2014xs25)

吴德华(1976-)，男，湖南岳阳人，博士，讲师，主要从事空间决策支持研究．