面向智慧园区的空间信息集成与应用研究

陈燕，陈方敏

(上海市测绘院，上海 200063)

面向智慧园区的空间信息集成与应用研究

陈燕*，陈方敏

(上海市测绘院，上海 200063)

以“互联网+”为基本特征的智慧城市建设是现代化城市文明发展的重要目标。园区作为城市的组成细胞，更易于向精细化、全面化、智慧化的方向发展。本文结合上海迪士尼乐园空间地理信息建设与服务的工作实际，分析了智慧园区对空间地理信息的广泛需求，探讨了空间信息的集成以及在各类专题方面的应用情况。

互联网+；智慧园区；全空间全生命周期全要素；空间信息集成

1 引 言

随着科技的不断发展，建设智慧城市[1]已经成为城市信息化发展的主要方向。在智慧城市战略的推动下，基于互联网思维的“互联网+园区”体系迎来了全面的亮相与爆发，各类核心园区的智慧化建设正逐渐成为智慧城市建设的重中之重。

上海迪士尼乐园是国际性特大型游乐园区，空间信息表达精细，涉及范围广、种类多，具有精细度高、数据多源等特点。如何实现园区内的空间信息集成，并将其与园区管理应用有效衔接是上海迪士尼乐园智慧化建设的难点。本文针对上海迪士尼乐园空间数据的特点，探讨了多源空间信息的集成方案和专题应用实践情况。

2 智慧园区的空间信息集成

2.1 “全空间全生命周期全要素”的空间数据建设体系

上海迪士尼乐园由中美双方共同建设，其中美方建设区域从规划、设计到竣工全过程实施BIM[2]管理模式，这就给整个园区的空间数据组织提出了全生命周期的要求。另外，国际性高标准的园区管理是全方位、多层次的，园区空间数据作为智能化管理的信息基础，在数据内容全面性上要求实现地下、地上空间一体化的全要素精准表达。

在BIM理念的引导下，上海迪士尼乐园空间数据的建设以三维GIS为技术支撑，建立了与之相适应的“全空间全生命周期全要素”的空间数据体系，如图1。基于对园区空间要素的信息承载力，整合了地上建、构筑物，地下管线、地铁隧道等从地上到地下的涵盖各方面管理需求的全空间多专题地理要素，并在时间维度上对园区空间数据进行全生命周期管理，通过对规划、设计、竣工、运维等各阶段全过程的空间数据库监管与存储，在可视化、虚拟化的三维GIS环境下辅助提高工程决策、规划、设计、建设、运维等工作中的精细化管理水平。

图1 “全空间全生命周期全要素”的数据建设体系

2.2 园区空间位置一致性整合

为满足园区各方面业务需求的精细化管理，上海迪士尼空间信息颗粒度表达较细，如何实现园区内多种类空间数据的空间位置一致性表达是一大问题。在上海迪士尼园区实际数据生产过程中，从数据获取、制作到编译发布等各阶段都权衡了数据精度与表达效果的统一。首先保证地上建筑、地下管线平面坐标与高度数据的精准。其次，更注重了地下管线、地上建、构筑物是否能在同一平台中统一整合的关键要素——地面高程模型的精准。

针对上海迪士尼乐园地形地貌复杂的特点，采用了以车载激光扫描测量[3]为主、水准高程散点测量为辅的超精细数字高程模型数据采集和生产方案。车载激光扫描系统主要采集园区主题乐园、交通枢纽等核心区域及其周边区域的DEM数据，而对于其他车辆不易通行的小块区域，则使用水准散点测量方法进行补充加密。两种方法的有机结合，既提高了DEM精度，又确保了数据的全覆盖，特别适合大型复杂场景的超精细数字高程模型制作，如图2所示。

图2车载激光扫描点云数据

通过外业获取的高精度数字高程数据，以特征点、线编译高精度TIN，完成了超精细地面高程模型，由此整合了地下、地上各类空间数据，从而实现多空间地理要素在空间位置上的一致性表达，避免地下设施突出地面、地下管线与地上构筑物相互关系错位等数据冲突现象，如图3所示。

图3空间位置一致性整合

2.3 园区多源数据的融合

上海迪士尼乐园空间信息覆盖种类多，不仅包含一般地理信息系统的常规数据，如航空影像、大比例尺地形图、三维模型等，还根据各类信息平台应用需求，融入了如异形游乐设施的精细三维模型、重点建筑的室内模型、三维精细场景等；另外，将园区物联网感知层设备，如传感器、摄像头、GPS、移动终端等采集的数据与GIS的可视化、空间定位、分析等优势有机结合，是上海迪士尼智慧园区建设的重点。其中，视频监控在三维场景中的自动映射是迪士尼智慧园区的多源数据融合的典型应用。

摄像头是物联网架构上感知层的核心要素，采集了现场的图像视频，而这些信息是直观表达现场事件环境的重要载体。摄像机通过图像采集将客观世界的三维场景投射到成像平面上，参考人眼观察世界的透视方式，以中心投影方式，将矩阵表达从三维世界到二维图像的映射，完成了三维场景中的坐标点与二维图像点之间的矩阵对应。基于该原理，利用坐标系定义及坐标系变换和线性投影变换，求解场景中摄像机的空间姿态参数，恢复了摄像机在场景中的空间方位信息。同时，采用rtsp[4]标准流媒体协议，通过网路传输，在三维场景中实现了实时画面的表达。

园区摄像头的视频监控二维图像是园区物联网众多感知设备数据源的典型，通过找寻三维GIS与智能感知数据的契合，将物联网系统引入三维GIS平台是园区多源数据融合的关键，也为智慧园区建设奠定了数据基础。

3 园区空间数据的应用实践

上海迪士尼乐园以在线地理信息云平台为载体，集成了精确全面的空间数据成果，既有二维矢量数据，又有影像、地面模型、三维模型数据；既有地下空间数据，又有地上三维模型数据；既有基础地理空间数据，又有专题要素数据。丰富的空间数据奠定了上海迪士尼智慧园区的基础，通过在线发布空间信息数据，共享地理信息云模式，上海迪士尼三维空间信息基础平台已在网格化管理、规划审批、应急安保、气象预报、游园导览等五个方面得到了应用，初步体现出基于“互联网+”的园区管理新模式。

3.1 在线辅助规划审批

从园区规划审批业务需求出发，通过平台功能的应用研究，实现了基于真实三维大环境的地下管线、地上建筑的在线规划审批。

在地下管线规划审批中，基于“三库合一”实现了地下管线全生命周期的监管。以三维仿真效果，直观表达地下管线空间信息，高效管理了地下管线属性信息，并通过自由开挖、掘路审批等功能，辅助为管线审批部门是否发放“市政管线工程规划许可证”提供了决策依据，如图4所示。

图4管线三维规划审批

在建筑方案规划审批中，将二维控规要素以三维可视化形式表达，通过融入现状、设计方案等实现对建筑定性指标的分析，应用于园区空间布局控制和风貌景观协调。同时，将控高、退界等规划控制体系赋予三维控制盒，直观表达控制指标内容，实现控制性详细规划指标定量分析，如图5所示。

图5建筑设计方案规划审批

3.2 网格化部件管理

园区网格化管理[5]更侧重于二维空间数据的应用，通过在线发布的基础地理数据服务结合二次提取的公共设施、道路交通、环卫环保、园林绿化、地下空间管理等130多类城市部件专题要素服务，以精准的空间地理位置及丰富的专题属性信息，通过“万米单元网格管理法”，利用GIS的强大查询与空间分析能力，服务于城市网格化管理平台，实现园区监督管理，如图6所示。

图6 网格化管理

3.3 服务园区应急安保

通过收集园区监控摄像头的空间地理位置，基于园区物联网感知多源数据的融合，利用在三维场景中通过监控视频与三维坐标的自动计算匹配，形成了一系列多个地点的视频监控画面在三维虚拟世界的真实反映。视频监控画面具有直观形象等特点，利用三维场景与三维场景真实性还原事件发生的空间环境，工作人员可以足不出户了解园区现状提供便捷，在突发状况时，方便领导决策。这是三维地理信息与园区“物联网”系统相结合的智慧园区安防服务新应用，打造了多设备、多现场的联动功能，如图7所示。

图7监控视频三维映射

3.4 预报气象实况

面向园区气象服务需求，与现有气象业务系统实现数据交换与共享，在地下管线、地上建筑、超精细数字高程模型等三维空间信息基础上，以粒子特效模拟雨、雪、雾、霾、风等天气过程，并结合专业的气象模型分析，将气象实况、预报及积涝风险结果以三维直观、形象化的方式进行表达。特别在积涝风险三维分析与展示中，数字高程模型是分析结果可靠性的关键。正因为数字高程模型的精细度与空间数据的一致性整合满足了气象分析的要求，才为园区提供了全面、精细、准确、及时的环境和气象分析结果，如图8所示。

图8气象预报与积涝风险分析

3.5 游客导览地图

为有序引导游客参观，快速疏散参观人群，利用园区现有的空间地理信息数据，采用计算机辅助辅助手绘制图风格，推出了线上和线下一体化的游客导览地图服务。线下为一张地图，线上为一个地图API(微信地图导览)，既兼顾了游客对纸质地图的需求，又利用地图API服务对电子地图和专题数据进行及时更新和信息交互扩展。今后，将结合乐园不同的节庆、活动等内容，推出多种风格的导览图，并做好动态更新，如图9所示。

图9游客导览地图

4 结 语

随着科技的不断发展，信息化建设将成为城市发展的必然趋势。现今地理信息技术的成熟应用已经受到了多方关注。园区作为城市的组成部分，结合“互联网+园区”的建设体系的完善，空间地理信息数据是智慧园区建设不可或缺的数据资源。本文结合上海迪士尼乐园特点以及本单位在上海迪士尼三维空间信息基础平台建设中的工作实践，探讨了空间数据的集成及结合业务需求已完成的五个方面的智慧化园区建设应用。今后，随着地理信息技术的不断拓展，空间数据在诸如上海迪士尼之类的大型综合园区中的应用价值更待深入挖掘与探索。

[1] 李德仁，邵振峰，杨小敏. 从数字城市到智慧城市的理论与实践[J]. 地理信息空间，2011(6)：1～5.

[2] 卢琬玫. BIM技术及其在建筑设计中的应用研究[D]. 天津：天津大学，2014.

[3] 张迪，钟若飞，李广伟等. 车载激光扫描系统的三维数据获取及应用[J]. 地理空间信息，2012，10(1)：20～21.

[4] 章民融，徐亚峰. 基于RTSP的流媒体视频服务器的设计与实现[J]. 计算机应用与软件，2006，23(7)：73～95.

[5] 郑士源，徐辉，王浣尘. 网格及网格化管理综述[J]. 系统工程，2005(3)：1～7.

ResearchonSpatialInformationIntegrationandApplicationforIntelligentPark

Chen Yan，Chen Fangmin
(Shanghai Surveying and Mapping Institute，Shanghai 200063，China)

Modern urban development aims at the smart city construction with the basic features of Internet +.Garden is the important component of urban space. It is easier to be high efficiency，comprehensive and intelligent. Combining actual working requirement，the requirements of the spatial information integration based on the smart garden construction is discussed in this paper，and the method and the applications of the spatial information intergration are also introduced.

Internet + ；smart garden；whole space full life-cycle total elements；spatial information integration

1672-8262(2017)06-26-05

P208.2

A

2017—01—23

陈燕(1986—)，女，硕士，工程师，主要从事地理信息系统的研发。