应急测绘轻量级成果发布平台研究

蒋 莹，张光伟，赵建崇

(江苏省测绘工程院,江苏 南京 210013)

0 引 言

目前，应急测绘已经成为我国各类应急保障行动中非常重要的技术保障手段。应急测绘人员在应急任务前中后期，可以利用高空有人机、低空无人机、地面采集设备等手段，第一时间对应急任务区开展数据采集，获取应急任务区影像、实景照片与视频、三维数据等。尤其是可以利用便携无人机装备，获取任务区内多角度倾斜摄影数据，进行三维场景快速重构，来全方位展现任务区内的真实三维场景，为应急行动提供高精度位置服务和直观现状展示。

近年来，众多三维地理信息服务项目开展了基于Cesium等开源框架研究[1]，基于WebGL技术，提出了新的跨平台无插件解决方案[2]，特别是针对倾斜摄影三维数据，进行了基于Web的在线浏览系统定制开发[3]。综合分析同类型相关应用研究后，本文基于应急测绘成果发布需求，利用较为成熟的三维地理信息开源框架(Cesium)，定制了一套轻量级数据发布平台，实现了应急测绘数据成果在二维、三维地理场景中的展现与共享；同时，基于“应急一张图”，实现了各类应急救援专题信息融合，综合展示了应急救援相关的人、车、场所等信息，可以第一时间了解应急救援队伍分布、救援物资投放、环境监测等情况。系统兼容所有主流浏览器，适用于各类型智能终端系统，可以提高应急测绘数据的可用性与共享效率，以及应急救援人员的科学辅助决策能力。

1 研究概述

应急测绘保障需要实现任务现场数据的快速采集、及时发布、多方共享、随时调用，数据成果要直观易懂。由于应急测绘数据量大，应用过程中还应考虑到应急救援任务的环境因素，如网络不稳定、场地不固定、终端设备多元化等问题。本文研究的轻量级应急测绘数据发布平台(以下简称“平台”)，就是要解决以上问题，利用轻量级、免插件三维引擎实现各种终端操作系统、平台的快速加载显示，利用离线、在线加载数据的手段实现各种网络环境下均能应用应急测绘成果，利用开放式接口，只需简单配置即可接入各种应急救援的信息数据，在三维场景中展示各类数据。

2 技术研究

应急测绘成果应用最重要的特点就是要第一时间将数据获取、生成、发布，最大限度将数据推送到各种类型使用终端进行浏览与使用。目前三维类应用常常将三维场景解析和渲染集成到一起，未进行数据轻量化处理操作，对网络、硬件环境要求较高，数据成果难以第一时间推送到终端，迫切需要做到数据轻量化，减少应用环境资源限制。轻量化处理不仅需要通过数据分块离线加载方式，来分担前端在线处理的负担，还需借助多种空间分析方法去除重复加载操作，结合轻量化过程及轻量化数据的特点，针对性地设计合理的数据加载、显示管理策略，使得整个平台能够及时、准确地操控三维场景。本文研究的应急测绘成果数据发布流程如图1。

图1 数据发布流程

2.1 轻量化处理

应急测绘数据成果主要包含影像、实景照片与视频、三维倾斜、激光点云等数据，在数据成果生产完成后，需要快速构建一个应急任务区的二维、三维场景，并通过空间位置关联将这些数据成果整合，形成一套完整的应急测绘数据成果。为适应不同场景下的应用需求，便于在各种设备、系统中轻量化调用，还需要通过自动化、半自动化人工干预的手段，实现海量数据成果的轻量化处理，数据经过图像软件、建模软件的压缩、切片、分割等处理之后，会形成分级金字塔、分级瓦片、分级tile结构等数据成果，并快速发布成多种地图服务，为应急应用平台提供在线、离线方式的二维、三维地理信息服务(图2)。

2.2 数据成果发布

平台充分考虑到应急场景中的实际应用需求，利用H5技术、WebGL技术，实现跨操作系统、跨浏览器的调用，可实现在线服务调用浏览、离线数据下载浏览等两种方式，为应急救援任务提供协同作业“应急一张图”应用支撑。

平台可发布多种数据服务类型，具备影像、实景、点云、倾斜三维数据服务的发布能力，能够高效融合不同分辨率和不同数据量的影像、高程数据形成基础三维场景。此外，平台还提供数据服务调用接口，其他类型的应急系统可在线调用这些数据服务，满足应急测绘成果数据的快速调用需求。

平台采用3DTiles数据标准制定数据发布格式，具备LOD调度渲染能力。针对倾斜、矢量、点云等都有较好支持，平台采用离线与在线2种方式，可大幅缩短数据在网络上的传输时间，使客户终端快速获取所需三维场景。在线模式需采用服务端存放三维场景所需三维数据，网页端、移动终端场景显示采用高效的空间索引技术，渐进传输技术和地形简化算法来满足多用户并发访问的需要。

2.3 制定平台

作为轻量级平台，具有跨系统、跨浏览器、可扩展的特点，可针对不同的操作系统进行Web端、原生端(Native App)开发。应用系统在二维数据、三维倾斜可视化的基础上，提供定位、查询、专题应用等多种类型功能，将倾斜数据、矢量数据、全景数据、图像数据等信息融合起来，真正意义上实现地理信息应急资源的数字化和可视化。此外，平台还具备在线与离线加载等两种数据访问方式，扩大应急测绘数据使用范围，第一时间将数据推送给应急救援各类人员使用(图3)。

图3 倾斜三维成果应用

2.4 应急测绘资源、应急专题信息资源融合

平台统一采用国家CGCS2000坐标系，内置多套坐标系转换参数，除兼容WGS84、西安80等坐标系外，还内置百度地图、高德地图等互联网地图资源信息数据坐标系纠偏功能，实现其他坐标系应急专题数据的快速融合与展示。此外，平台具备开放式接口，通过参数文件的配置，可将多种类型应急传感器的监测信息，按格式协议接入到平台“应急一张图”中，实现应急物资、人、车等信息的统一集中显示，实现应急要素的定位、跟踪、监控和管理。

3 开源框架选择

开源3D引擎越来越受到地理信息专业开发团队的青睐，特别是基于 WebGL技术的轻量级3D引擎，在二三维可视化效果的同时，还具备一些实用的空间分析能力，具备跨平台、易于扩展等应用特点，适合于应急测绘数据成果的发布应用。针对应急测绘成果应用特点，本文认为选择开源框架主要需要考虑以下性能指标。

(1)没有使用第三方框架，无须插件，所有支持WebGL的浏览器均可使用。

(2)支持ARCGIS等主流地理信息厂商的地理信息服务标准，支持接入Bing、OpenStreetMap、谷歌、高德、百度等互联网地图服务。

(3)能够实现常用的地图功能，具有实用性，支持空间搜索服务能力，基础空间分析能力。

(4)支持移动端浏览器，能对移动浏览器做优化处理。

目前被广泛使用的轻量级开源三维可视化框架有WebGlobe、WebGLEarth、Cesium等，其中Cesium开源三维地图框架基于 Apache 开源协议，具备二三维场景展示能力，支持商业和非商业免费使用，无须Web插件，很适合于 GIS 数据可视化地图引擎，利用 WebGL技术进行硬件加速、渲染显示三维场景。

平台采用了Cesium开源框架作为平台基础框架，可支持3D、2D、2.5D等多种地图展示形式，并支持二三维图形与模型绘制，高亮区域显示等。同时，提供触摸功能，可支持主流移动终端操作系统Android、IOS、Windows Phone等。

4 结 语

随着应急测绘应用技术的深入发展，利用无插件、高可用的二三维一体化地理信息服务平台开发的应用系统将会越来越丰富，结合应急业务开展的定制研发，可研制贴近应急测绘业务特点的二三维发布可视化平台。后续我们还将进一步从移动客户端高效离线调用、大数据快速渲染展示、复杂三维空间分析等方向展开研究。