公园三维信息系统设计与实现

赵艳

摘  要：基于GIS可实现对三维测绘数据的数字化存储和管理，实现对数据的分析、查询以及更新，全面整合三维测绘数据，帮助使用者为三维测绘基础数据进行逻辑分析。该文探讨了公园三维信息系统的总体设计与实现，包括系统需求分析、总体设计和数据库建设等，系统以三维可视化为基础，包含了公园的地形地貌、古建古树、管网等涉及公园地上、地层以及地下的所有设施。同时，还可以根据需要向大众展示公园场景，实现三维漫游。

关键词：GIS  公园  三维信息系统  数据库

中图分类号：P28                           文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）05（b）-0027-03

Abstract： Based on GIS， it can realize the digital storage and management of 3D surveying and mapping data， realize the analysis， query and update of data， comprehensively integrate 3D surveying and mapping data， and help users carry out logical analysis for 3D surveying and mapping basic data. This paper discusses the overall design and implementation of the Park 3D information system， including system demand analysis， overall design and database construction， The system is based on three-dimensional visualization， including the park's topography， ancient buildings， ancient trees， pipe network， etc.， involving all the above ground， stratum and underground facilities of the park. At the same time， it can also show the park scene to the public according to the needs to realize three-dimensional roaming.

Key Words： GIS; Park; 3D information system; Database

公園作为一种重要的旅游资源，日益吸引众多游客，越来越被人们所重视。但是，公园信息化建设远远不能满足公园的发展，信息化的滞后也带来诸多问题，成为制约公园发展的瓶颈[1]。当前人们大多通过图表或图纸的形式来保存公园资料，这种纸质档的资料难以进行实时更新，各类数据间也无法实现无缝结合，这就极大地浪费了人力资源。在传统的资料管理模式中，管理流程较为复杂，无法对各个资料进行准确管理，导致其最终的管理效率极为低下，难以适应现代化办公的需求[2]。

在当前的信息时代中，计算机技术、虚拟现实技术、地理信息技术、数据库技术等都得到了突飞猛进的发展，地理信息系统能够利用上述一系列技术，实现对三维测绘数据的数字化存储和管理，能够借助一系列信息技术，来实现对数据的分析、查询以及更新，全面整合三维测绘数据，帮助使用者为三维测绘基础数据进行逻辑分析，在公园的建设与施工过程中，结合准确的三维测绘基础资料，能够有效规避施工疏漏，进一步提高公园的建设效率[3]。

1  系统总体设计

1.1 系统总体架构

园区的三维测绘信息系统和工作系统使用结合了B/S和C/S的混合模式部署在园区管理办公室的Intranet环境中。

B/S模式业务系统及数据库、ArcGIS服务、Web服务、文档资料和软件库部署在服务器中，通过内网访问共享存储空间中的数据。C/S模式业务系统安装部署在客户端计算机中，通过内网访问服务器上的数据库和共享资料[4]。

B/S和C/S模式的业务系统，都由客户端通过浏览器访问公园三维测绘信息系统，完成单点登录和权限认证。对于B/S系统，由公园三维测绘信息系统完成页面跳转和权限控制，对于C/S系统，由公园三维测绘信息系统完成智能部署并调用该地业务系统，智能部署包括权限控制、下载和自动部署、版本升级等功能，简化用户对众多业务系统的访问和权限控制。

B/S业务系统的用户通过平台单点登录和权限验证后，跳转到相应的B/S模式应用。C/S业务系统的用户通过平台单点登录和权限验证后，实现智能部署后加载客户端本地应用。数据库、存储系统及相应的服务部署在后台服务器，C/S系统、B/S系统以及公园三维测绘信息系统访问后台服务器提供的服务和数据。公园三维地理信息系统的逻辑部署结构图如图1所示。

1.2 系统功能设计

公园三维地理信息系统包含三维建模子系统、公园信息管理子系统和旅游信息平台子系统这3个部分。

1.2.1 三维建模子系统

可以根据资料生成相应的三维数据，为公园信息管理子系统旅游信息平台子系统提供三维可视化支持。主要包括三维地质体建模、三维古建筑建模和三维地表建模。涵盖公园整个范围内地上、地表和地下所有要素的三维模型建模。

1.2.2 公园信息管理子系统

主要对公园的各种资料进行规范化管理，并提供查询功能。信息查询功能能够查询公园范围内的各个要素基本资料、属性以及缓冲区查询，查询结构以三维场景直观展现。其中缓冲区查询的主要目的是查询目标要素影响的范围，使得相关改造建筑施工对公园的其他要素产生影响，造成不必要的损失。系统管理功能能够维护公园三维场景中各个要素的基本信息，属性以及相应缓冲区范围，并维护整个系统的用户管理。同时，系统管理功能还能维护FTP服务器，使得公园涉及的所有资料能够在信息管理系统中统一管理。

1.2.3 旅游信息平台子系统

主要针对游客进行地面三维场景展示，并提供查询功能。游客可以在公园终端机上进行三维漫游，了解公园的整体概貌，同时也能够查询公园内各个景点的基本信息，以及相应的公共服务设施基本信息。

2  系统数据库建设

2.1 公园三维测绘数据预处理

公园三维测绘数据预处理采用多层体系结构，分别为数据库服务层、数据接口层、ArcGIS服务组件层和三维显示层，每一层分别为其上层提供服务和支持。

其中，数据库服务层存储了经过加工处理的三维地理数据、三维管网数据和三维模型数据，数据接口层采用ADO.NET技术实现对属性信息数据的访问，地理信息数据通过ArcSDE中间件技术从Geodatabase的三维空间库中进行获取，ArcGIS服务组件层采用ArcEngine、ArcScene控件提供二维与三维环境的基本处理功能，而三维显示层实现将三维虚拟环境呈现给用户[5]。

2.1.1 公园地形图数据预处理

采用1∶500比例尺的带状公园地形图数据，按照系统的建设需要建立相应的点、线、面要素图层，并进行矢量化。利用ArcGIS提供的等高线处理工具，实现对公园地形图等高线进行简化、抽稀、光滑等处理操作。对已经进行等高线处理的地形图，可利用ArcGIS的ArcToolbox工具，根据其高程数值建立TIN。

2.1.2 公园地物数据预处理

能够在一定程度上反映管线与周边地物的空间关系。在进行公园地物建模时，对公园地物模型进行适当的划分，根据不同种类的公园地物模型采用不同的三维建模方式，有效降低三维建模的复杂度，提高了系统的處理速度，突破了三维展示中大数据量处理的瓶颈。

公园地物模型主要分为简单规则模型和特殊规则模型两类。简单规则模型是指横切面是比较规则的地物，不需要进行复杂的建模，只需要通过样式替换或者简单的面状拉伸就可以达到三维展示效果的模型。对于简单规则的点状类型要素如树、灌木、电话亭、路灯等，ArcGIS提供丰富的样式用于这些简单模型的建立，这些样式完全可以满足管网三维展示中对普通地物的建模要求。

2.1.3 三维古建、古树数据预生成

该研究的三维测绘包括公园古建、古树、其他共 3类。利用三维建模软件建立各类古建、古树等的模型，保存为3DS文件格式，并使用符号转入器将这些三维模型和符号分别转入模型库和符号库中。

古建和古树的三维建模，均可采用ArcObjects的多片（MultiPatch）方式实现。其中，方形模型由4个片组成，每个片由4个坐标生成;圆形模型将其外环划分成多个片（片数越多，描述越精确），通过这些片的组合可形成圆形的三维模型。

在古建和古树的三维建模过程中，根据其端点坐标、长度、宽度、高程，通过空间解析几何建模，获取古建、古树各个片的顶点坐标，然后通过使用Arc Engine提供的IMultiPatch接口，将这些点集合生成多片，经过组合生成古建、古树的三维多片模型数据，通过空间数据库进行存储和管理。

通过地形图数据和地物数据预处理，消除错误点和异常点，应用3d Max软件进行古建、古树等的精细化三维建模，获得其大量的模型数据，再通过实拍照片，通过三维模型贴图的方法获得古树、古建的三维骨架模型，通过三维软件可实时展示。

2.2 数据建库

数据的一次性建库采取数据转换、筛选和更新的方式，建立用于运行的数据库，建库的同时进行数据交换更新系统的开发调试，系统运行后，数据的更新可以利用数据交换更新平台进行，如图2所示。

数据转换即格式转换，将专业权属单位数据通过技术处理，转成ArcGIS可以接受的中间数据交换格式，由ArcGIS导入，最后形成ArcGIS数据格式[6]。

数据筛选的目的是对权属单位专业管网系统中的数据进行筛选，只保留市政管委需要数据，将其余数据删除。

数据综合的目的是针对权属单位和市政管委管理综合管网数据粒度不同而对数据所作的综合处理。数据整合是数据处理中难度较大的阶段，涉及到数据粒度的确定，数据综合的原则等问题，而对于不同类型的管线数据，管线的数据模型不同，要分别制订综合方案。与传统意义上的图形综合相比，公园管网数据的综合是对具有网络拓扑数据的综合，需要保证拓扑关系的完整，满足公园管网数据管理的需要。

3  结语

公园三维地理信息系统设计与实现。结合数字高程模型建立方法，设计和实现了公园三维地理信息系统。以三维可视化为基础，包含了公园的地形地貌、古建古树、管网等涉及公园地上、地层以及地下的所有设施。同时，还可以根据需要向大众展示公园场景，实现三维漫游。

参考文献

[1] 丁小辉.基于BIM数据源的三维GIS数据模型及其应用研究[D].中国科学院大学（中国科学院东北地理与农业生态研究所），2019.

[2] 王乔俊.基于Creator的漓江流域三维GIS地形建模探讨[J].华北自然资源，2021（1）：74-75.

[3] 徐瑞.基于WebGL的三维GIS在城市规划中的应用研究[D].武汉大学，2018.

[4] 单越.面向智慧森林平台的三维GIS关键技术及应用研究[D].北京工业大学，2018.

[5] 肖长伟，曲国鹏，李高锋.基于三维GIS的校园地下管网管理系统设计与实现[J].智能城市，2020，6（17）：47-48.

[6] 宋关福，钟耳顺，周芹.通用三维GIS场数据模型研究与实践[J].测绘地理信息，2020，45（2）：1-7.