三维地形展示平台设计与实现

陈斌

摘 要： 本研究利用数字城市地理空间框架建设、地理国情监测等地理信息数据成果，经过数据提取、编辑等处理，建设三维地形地理信息数据库，并在此基础上开发三维地形展示平台。平台以三维地形数据为基础，采用C/S结构，基于ArcGIS Engine、Oracle数据库等实现了研究区域三维地形的显示、浏览、查询定位、场景图片导出等功能，可为研究区域的科学研究和规划发展等提供三维地形基础支撑。

关键词： 三维地形;数字城市; ArcGIS Engine

【中图分类号】P208.2 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.40.040

三维地形模拟研究区域的地形起伏变化，可以直观地显示出研究区域的地形、地貌变化特征，有助于研究人员获取研究区域的更多信息。通过多视角、全方位地展现研究区域的地形、地貌、走向等特征，可展现出地形之间的空间关系，有助于提高空间分析能力，可辅助影像解译，提高解译的精度，在科学研究和实际生产中有着重要的意义 [1]。三维地形在地形勘查、野外地质区调查、城市规划选址、数字城市建设、地质灾害防灾减灾及军事战场模拟等领域具有广阔的应用前景[2]。本研究利用数字城市地理空间框架建设、地理国情监测等地理信息数据成果，建设三维地形地理信息数据库，并在此基础上开发三维地形展示平台，为研究区域的自然景观展示、科学研究和规划发展提供等三维地形基础支撑。

1 数据库设计

1.1 数据库内容

三维地形地理信息数据库数据内容主要包括正射影像子库、地形子库及基础地理信息矢量数据子库。

（1）正射影像子库：主要包括研究区域的高分辨率数字正射影像（DOM）数据，数据在数据库中以镶嵌数据集的形式予以存储。

（2）地形子库：主要包括研究区域的高分辨率数字高程模型（DEM）数据，数据在数据库中以镶嵌数据集的形式予以存储。

（3）基础地理信息矢量数据子库：主要指在数字城市地理空间框架建设、地理国情监测等地理信息数据的基础上经过数据提取、数据重组等工艺流程提取所需地理信息数据。主要提取的空间数据包括境界与政区数据、交通数据、水系数据及地名数据等，数据在数据库中以矢量数据集的形式予以存储。

数据库中所有数据统一于2000国家大地坐标系（CGCS2000）及1985国家高程基准。

1.2 数据库建立

三维地形地理信息数据库的建设流程主要包括地理信息数据收集、数据提取、数据预处理、图形编辑、属性编辑、拓扑处理、质量检查等步骤。

2 系統设计

本研究基于地理信息系统（GIS）强大的空间信息可视化及空间分析能力[3]，综合应用GIS技术、RS技术、空间数据库技术、网络技术等技术，采用ArcGIS Engine为开发平台，以ArcSDE为中间件访问Oracle数据库，构建灵活地自定义GIS系统，提供更加合理的人机交互[4]。综合考虑数据安全性、数据维护实用性、系统操作稳定性、应用扩展便捷性等方面因素，平台采用单位局域网内的客户机/服务器（Client/Server）模式，以分层模式进行设计，以组件的方式进行开发，将面向数据与操作统一封装起来，降低各层内功能操作的耦合度。C/S模式将平台架构在服务器、客户端两个层次上，服务器提供各类服务来响应客户端的请求，客户端供用户访问系统。

平台采用四层结构体系，在逻辑上将平台划分为：支撑层、数据层、业务层和应用层。支撑层由硬件、软件和网络组成;数据层主要是地形数据、正射影像数据、基础地理信息矢量数据，为业务层提供数据支撑;业务服务层即具体的功能实现，包括三维地形展示、浏览、查询定位等;应用层即用户界面，用于显示数据和接收用户输入的数据，为用户提供一种交互式操作的界面。

3 平台功能实现

三维地形展示平台主要提供文件管理、场景浏览、书签、查询定位、保存场景等功能模块，平台主界面设计如图1所示。

（1）文件管理：主要针对本地三维场景文档进行的打开和数据加载操作等。

（2）场景浏览：提供三维场景浏览相关的基本操作功能，包含漫游、平移、放大、缩小、全图、对象查询、距离量测等工具。

（3）书签：便于用户快速回看感兴趣的三维场景，包括创建书签和管理书签。

（4）查询定位：包括行政区定位和兴趣点定位，方便用户直接定位到感兴趣的行政区域或者兴趣点位置。

（5）保存场景图片：将当前感兴趣的三维场景保存成图片输出。

（6）退出系统：关闭当前平台。

4 结语

本研究利用数字城市地理空间框架建设、地理国情监测等地理信息数据成果，建设三维地形地理信息数据库，并在此基础上开发三维地形展示平台，解决了研究区域地形展示不够直观的问题，为研究区域的自然景观展示、科学研究和规划发展提供三维地形基础支撑。下一步将进行倾斜摄影、BIM实体模型真三维模型技术在三维地形中的应用研究，进一步提升区域三维地形信息化水平。

参考文献

[1] 范小青，杨凤芸.基于三维影像可视化的地形分析[J].测绘与空间地理信息，2020，43（9）：152-154，158.

[2] 杨晏立，何政伟，陈晓杰，等.基于 ENVI 的三维地形制作[J].测绘，2010，33（5）： 229-231.

[3] 黄杏元，马劲松.地理信息系统概论：第三版[M].北京：高等教育出版社，2008.

[4] 冯雪娇，王嘉睿，王鎏琳，等.基于ArcGIS Engine的高校文化旅游系统的设计与开发[J].哈尔滨师范大学自然科学学报，2019，35（5）：91-96.