智慧景区三维可视化管理平台的研究

杜海军，府伟娟，段月辉，贺飞越，毛一统

(中煤浙江测绘地理信息有限公司，浙江 杭州 310021)

当前，绝大部分景区的管理和服务依然沿用传统人工作业的方式，管理和服务不科学，需要投入大量人力，维护成本巨大.另外，传统模式在管理上存在漏洞，应急响应能力较弱.随着地理信息、物联网、大数据、无人机倾斜摄影测量、虚拟现实等新兴信息化技术的高速发展，三维地理信息系统(geographic information system,GIS)成为当前的研究热点.而随着三维GIS技术的深入发展，三维可视化平台技术的成熟，为文旅产业的转型升级提供了可能[1].

1 管理平台框架设计

1.1 管理平台功能实现

依托象山影视城，开发实现“智慧景区可视化管理平台”，结合影视城影视拍摄和景区旅游两大业务板块，充分利用影视城现有资源与新型信息化设施，构建智慧象山影视城，有效提升安全管控能力及经济效益.建设一个可视化管理平台,实现安全治理、资源与资产管理、信息化办公一体化、可视化大屏指挥、桌面系统等.结合Cordova框架及Cesium两大热点技术，从实际需求出发，基于三维GIS平台，结合三维引擎、无人机三维倾斜摄影测量及物联网等技术，设计开发基于三维立体显示的景区可视化管理平台系统，涉及地图服务、地理定位技术、倾斜摄影模型动态展示等技术[2-4].

景区可视化管理平台包括11个板块的内容(图1)，具体为平台展示、资产管理、视频管理、巡检管理、车辆管理、人员管理、剧组管理、图上标绘、故障管理、消息管理及场景管理.

图1 景区可视化管理平台实现内容Fig.1 Implementation of visualization management platform of scenic spot

1.2 管理平台的组成

景区三维可视化管理平台包括3个系统.

1.2.1 三维可视化运营管控系统(B/S版)

平台的主浏览展示系统，为桌面展示系统，实现景区三维可视化、监控可视化、人员车辆图上实时统计及可视化、人员车辆管理、资产管理呈现等.

1.2.2 三维可视化看景系统(B/S版)

三维可视化看景系统，为桌面展示系统，可以选择场景，预约场景，极大方便了摄制组的选景.

1.2.3 三维可视化移动服务应用系统(手机APP版)

借助手机移动端及位置系统，主要实现与平台的数据交互，如安全的身份认证、车辆人员的位置信息上报、景区信息回传、日常办公协同等，更加便捷和具有时效性.

1.3 管理平台的框架设计

三维可视化运营管控系统是应用的核心平台，基于二、三维地图引擎，实现人员、车辆、摄像头等数据上图业务应用的可视化软件平台.平台共分4个层次，分别为“数据层”“业务层”“表达层”和“应用层”(图2).数据层主要进行数据调用及处理内容，包括空间数据、资产数据、人员数据、车辆数据以及第三方接口数据；业务层主要包括web服务器和二维、三维地图服务器等；表达层主要是平台的表达形式，包括浏览器及手机移动端app；应用层主要有三大系统，包括运营管控系统、看景系统及移动应用系统[5].

图2 景区可视化管理平台框架设计Fig.2 Design of visualization management platform frame of scenic spot

2 平台建设内容与技术路线

2.1 平台建设主要内容

平台建设内容主要包括两个方面，可视化管理服务平台的搭建以及平台承载的可视化数据的三维建模，如图3所示.采用无人机五镜头倾斜摄影的方式，获取景区模型数据，通过使用ContextCapture Center等建模软件建立带有空间位置的三维模型，再使用DP-modeler或ModelFun等修模软件对模型精修，剔除异常模型，增加模型中缺失或被遮挡部分，完善模型质量[6-9].

建模方面需要研究无人机搭载倾斜摄影相机时，飞行所需高度、航线规划策略、飞行最大航时、影像拍摄参数、姿态和影像数据同步匹配；研究影像畸变处理参数，不同光照条件下影像处理算法，建模处理的计算方法、硬件资源分配策略，三维模型数据格式及转换算法.其中如何选择飞行策略和参数、影像畸变处理参数、处理算法，决定了模型质量的好坏；合适的建模计算方法和资源分配策略等，可以提高建模效率，加快工作进度[10].

图3 景区可视化管理平台建设内容Fig.3 Construction content of visualization management platform of scenic spot

平台系统采用浏览器/服务器架构模式，系统的框架结构采用应用层、表达层、业务层和数据层的4层架构模式.底层采用网页通用语言HTML5/CSS3搭建，结合Cesium和Cordova三维地图引擎实现三维模型与平台系统融合，在平台中可以实现三维漫游、模型量测等功能.

研究三维模型载入平台接口，展示及渲染三维模型算法，模型自动单体化方法，自适应瓦片加载模型算法；研究景区工作流程自动化方法，优化流程，运营数据分析方法，硬件资源接入平台方法和应用，如摄像头远程调取及人脸识别追踪、火灾探测器实时监控等.

三维地图引擎中涉及各种三维数据、功能接口和算法，需要时间熟悉其使用方法，研究算法原理.深入分析景区运营管理流程后，才能通过平台功能实现流程的优化和管理的自动化.

2.2 技术路线

平台方面，在调研各大三维GIS平台，总结其优势与不足的基础上，研究搭建自主三维GIS平台，并根据客户需求及影旅项目相关流程和方法，定制景区可视化管理服务平台.建模方面，通过无人机倾斜摄影测量，获取景区三维空间模型，研究快速修模及单体化方法.最后，将三维模型加载到GIS平台中，形成完整的可视化平台，如图4所示.

3 平台技术难点及解决方案

图4 平台研发技术路线图Fig.4 Technology roadmap of platform R&D

3.1 Cordova与Cesium结合

平台采用开源的Cordova和Cesium分别作为三维GIS开发的平台框架和地图引擎.

Cordova拥有PhoneGap的核心代码，是驱动PhoneGap的核心引擎，支持目前市场上的主流移动操作系统.

通过Cesium提供的JavaScript API，基本功能点罗列如下： Enity矢量数据、Viewer、小控件、场景Scene、Primitive矢量数据、Property机制、材质(Material Fabric)、地形图层TerrainProvider、GITF小模型、影像图层ImageryLayer、3D Tiles三维模型Cesium 3D Tileset、坐标系及坐标变换、相机Camera、CZML数据格式、交互性、粒子系统ParticleSystem、后期处理PostProcessStage.

3.2 地图底图

平台地图底图数据由两部分组成，象山影视城区域是三维模型数据，影视城外围采用的是WMTS格式的“天地图”影像和注记图层[11].

在倾斜摄影三维建模方面，采用ContextCapture Center生产三维模型数据，除了控制点刺点工作，几乎不需要进行人工干预，极大提高了生产效率.修模采用DP-modeler和ModelFun软件，ModelFun修复水面快捷且纹理效果好，DP-modeler功能强大，但是单次加载的修饰模型瓦片数量有限.

3.3 倾斜摄影动态加载

对于倾斜模型，加载传统的三维模型，由于数据量大，容易出现浏览器崩溃等问题.3D Tiles的主要目的是针对大规模的异构数据源提高其加载速度和渲染性能，由于它是基于WEBGL设计开发，同时它只对可见的视图窗口进行不同级别的切片显示，因此可以更快地加载与处理三维数据[12].该技术已被部分三维软件采用.从ContextCapture Center4.3起能生成Cesium 3D Tiles格式的倾斜模型，运用Cesium中的3d-tile分支，就可以在web端加载倾斜摄影模型[13].

3.4 模型单体化

三维模型数据不同于传统的DLG矢量数据，它是一个整体，无法实现对单个建筑物的查询等功能.单体化一直是三维模型在实际应用中的一个研究方向.目前的解决方法主要有ID单体化、切割单体化、动态单体化等[14-16].平台采用动态单体化方法，先获取矢量图形，在Cesium中对其进行渲染，叠加在ContextCapture Center生成的Cesium 3D Tiles格式的三维模型上，实现高亮、查询等效果.

4 平台应用

景区可视化管理平台以象山影视城为原型研究开发，如图5、图6所示，象山影视城发展迅速，目前已形成了影视拍摄和景区旅游的两大主体板块.管理平台中三维可视化运营管控系统可对资产、巡检、车辆、人员、故障等进行统一管理、调度；管理平台中三维可视化看景系统可以提供剧组线上选景；管理平台中三维可视化移动服务应用系统可以在移动端处理景区事务.影视拍摄涉及摄制组预约、进场、拍摄、离场等一整条复杂的流程，景区旅游涉及游客的吃、住、行、游、购、娱，影视城管理人员可以通过景区可视化管理平台便捷高效地提供相关的配套和服务.

图5 三维可视化运营管控系统展示平台Fig.5 Display platform of 3D visualization management and control system

图6 三维可视化看景系统展示平台Fig.6 Display platform of 3D visual viewing system

5 结语

景区可视化管理平台以三维GIS技术为支撑，更加科学合理地管理景区人员，最大化利用景区资源，更好地提升服务质量.以影视城为研究原型，基于三维GIS平台，结合三维引擎、无人机三维倾斜摄影测量及物联网等技术，研究开发三维可视化管理平台系统，改变景区传统的作业管理和服务模式，创新景区管理方式和运营模式，构建“影旅结合”新模式，全面提升景区保障服务效能及经济效益.2020年上半年疫情防控期间，景区可视化管理平台为38个剧组提供线上看景服务，解决了实地看景不便的困难.