基于Skyline的三维GIS系统设计与实现

杜维 周海鹏 刘硕

摘   要：与传统二维GIS相比，三维GIS具有强大的空间分析能力，能够直观、真实、可视化地展示空间数据信息能力;其中，三维立体、互联网络交互方向的三维GIS已经逐渐成为GIS领域最为重要的发展方向和研究热点。本文根据系统用户的需求设计和功能设计目标，对系统的框架界面、系统总体结构以及功能做明确而又详细的设计，并探讨了系统发布的相关关键技术，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：WEB  三维  GIS系统  设计

中图分类号：P208                                   文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）07（c）-0103-02

Skyline软件是利用航空影像、卫星数据、数字高程模型和其他的 2D 或 3D 信息源，包括 GIS 数据集层等创建的一个交互式环境。它允许用户快速地融合数据、更新数据库，并且有效地支持大型数据库和实时信息流通信技术，此系统还能够快速和实时地展现给用户 3D 地理空间影像。Skyline 是独立于硬件之外、多平台、多功能的一套软件系统。

Web三维GIS指的是利用虚拟现实技术，三维建模技术及三维可视化技术构建在网络环境下真实的、动态的、不同高程的仿真三维地理环境，用户可通过互联网技术对所需区域内进行三维操作与浏览，综合管理及分析决策，实现真正意义上开放式的地理信息共享。Web三维地理信息系统的环境搭建是在B/S架构上，这里的B/S架构指的是Browser/Server（浏览器/服务器）结构，通过互联网来实现，也是对C/S结构的一种变化或者改进。

1   系统设计目标

根据用户需求和项目要求，设计Web三维地理信息系统的总体设计目标主要有三个，一是利用目前最为成熟Skyline建模方法和新兴倾斜摄影建模技术构建山区和城区的三维场景模型，对两个区域内的所有场景进行综合建模，不同建模方式生成不一样的三维场景，更好的为用户服务。二是建立两个区域简单的三维地理空间数据库，主要包括区域内的地物及地形数据库和模型属性数据库。三是建立一个即具有网页形式又带有“数字城市”的三维地理信息系统，可以满足使用者在系统中进行三维导航操作、定制视角浏览、全景浏览、信息查询和编辑等基本操作。还可以满足管理者对工区内的地物和地形进行如量测操作、编辑与查询、日照调节、坡度分析、地形分析等多种用途功能。

本系统主要是通过全自动化建模软件和相关商业软件构建精细三维建筑物模型和三维景观模型，搭建一些相关属性数据库。在Internet环境下，设计与实现基于Skyline的网络的三维可视化和综合多元化管理三维地理信息系统。实现模型属性信息查询、窗口浏览、量测分析、多元化管理、等基本功能，为用户和管理者提供具有规划设计和综合管理的先进性和可视化的服务平台。

2   系統总体结构

本系统采用B/S架构的三层体系结构三维地理信息系统，三层体系包含数据层、发布层和应用层。在三层分布式的网络环境下，三维GIS建设开发人员需要考虑海量空间三维数据的处理、Shp文件和三维地形数据的网络发布以及用户所需多种功能实现。要充分集成数据库技术、互联网技术、.NET技术、三维建模技术、WebGIS技术、虚拟现实技术等相关技术，实现一套基于Skyline平台下应用于水利水电和城市规划领域的Web三维地理信息系统。其中，展示三维场景在平面坐标系下显示，在球面坐标系下显示三维场景，并且需要在有网络的环境下才能显示数据，两系统之间形成鲜明对比;系统总体结构设计如图1所示。

3  系统框架界面设计

系统框架界面主要有数据显示界面和功能应用界面，数据显示界面要调用Skyline系列下的TerraExplorerPro提供一系列COM接口，包含三维场景窗体（ITE 3D Window），信息树窗体（ITE Information Window）和三维导航图（ITE Navigation Map）。可通过Javascript脚本语言来调用这三个接口，调用ITE3DWindow控件在网页中来显示三维场景数据，ITEInformation Window控件来以信息树结构形式进行数据的显示和编辑。还可通过二维导航图 （ITENavigation Map）接口调用，实现用户所需的基本操作功能（如导航操作、显示控制、空间量测等功能）的基础上加入高级分析功能，更好的适应各个不同行业的需求。

设计网页时，可根据用户需求选择不同的网页设计工具进行主界面的美化。系统外观主界面需设计一个漂亮而有直观的主页面，要与目前现有的网页界面相搭配，一个直观的网页界面可以吸引用户的眼球，给用户一种赏心悦目令人舒服的感觉。可根据用户的需求，为本系统的主界面添加主页、编辑、编辑、浏览和管理五大界面按钮，与普通网页保持一致。

4  系统功能设计

系统功能设计是每个三维地理信息系统最重要的系统应用性功能设计，用于满足使用者对系统应用的各种需求，这也是本系统建设的目的和意义。本系统主要设计的基本功能如下。

4.1 基本操作功能

（1）系统主要目的是用于参观浏览实景面貌，为此系统要提供放大、缩小、平移、旋转、全景等基本三维场景漫游功能，支持地上、步行、驾驶、飞行等模式的三维场景浏览。

（2）系统要具有点选、平视、俯视、快照、坐标定位、导航、量算、创建视点、键盘操控等三维导航地图操作基本功能。

（3）系统可进行简单的基本操作，还可展示部分视角;系统还能进行二/三维地图联动，将二维系统和三维系统集成在一起，而且二维地图支持放大、缩小、自由缩放、左移、右移、上移、下移、全幅、测量等功能。

4.2 系统应用功能

（1）系统具有模型查询、道路查询、建筑物查询、地块查询、属性查询等查询功能，可以进行光线亮暗的调节、坡度分析、路径分析、地形分析等与规划行业紧密联系的空间分析。

（2）系统可以根据不同权限的用户进行图层控制和管理，能在三维地图上叠加规划专题图层并进行城市地下管線的浏览，还提供规划信息发布功能，为区域规划、管理、分析决策服务。除此之外，系统还需提供接口或者方法能整合后期监测自动化系统和变形监测三维仿真系统到一起。

另外，根据项目需求还要提供的详细系统工具：①30秒或较短时间的全景漫游;②定制几个常用的建筑物或其他需要的视角;③提供画笔、测距等简单工具;④提供能够方便浏览的工具;⑤给出坐标、视角等信息、比例尺（参考GoogleEarth），并且有工具能与参数交互。

5  数据发布

5.1 数据发布的关键技术

系统所加载的文件是发布的三维场景工程文件（fly格式），而三维场景工程文件创建方式是在TerraExporerpro下通过将三维地形数据、3DML图层、三维地物模型、二维矢量信息等整合起来形成三维真实的地形场景。在用户网络访问场景时，网络访问的三维场景工程文件中的数据一般应该具有网络地址（IP地址）的三维场景工程文件。

流技术（Streaming）简称流机制，中心思路是首先将两个区域完整的数据划分为若干个数据块，根据用户通过向系统发布请求进而向用户发送所需数据块过程。与传统的三维场景加载机制有所不同的是，该机制在仅加载所见范围内的数据加载模型时按所见区域来对模型进行实时加载。同时Skyline利用流技术（Streaming）能有效的解决传统的三维场景加载所有的数据时浪费一些不必要的资源，使得三维场景加载时间过长这一问题。三维空间数据中的三维地形数据（MPT）和矢量数据（Shapefile格式）通过流技术进行数据传输，流技术数据传输可以提高三维场景中数据的浏览速度。

5.2 数据发布流程

针对不同的数据类型分别提供不同网络数据服务和发布方式，区域内的三维地形文件和三维场景工程（fly）文件通过TerraGate和网络信息服务器（IIS）方式发布，用户可在网页中调用TerraExplorer浏览器对三维场景工程进行访问，实时浏览。或者可在TerraExplorerpro客户端软件中直接加载发布的三维场景工程文件远程进行访问。继而实现了三维场景数据的网络共享。

6  结语

本文基于Skyline提供的开发接口和控件设计并实现Web三维地理信息系统。此Web三维地理信息系统所加载的区域数据不同，采用不同的区域类型和建模方法，设计相同的系统结构和功能。在同一个系统框架中运行不同的场景数据来实现用户所需的多种功能。

参考文献

[1] 曲林，冯洋，支玲美，等.基于无人机倾斜摄影数据的实景三维建模研究[J].测绘与空间地理信息，2015（3）：38-39.

[2] 钟广锐.Skyline三维地籍房籍管理系统的设计[J].测绘通报，2012（7）：87.