一种基于“天地图”的园区级...维地理信息公共服务平台设计_管信龙.pdf

中国科技信息 2023 年第 3 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023-88-三星推荐随着计算机技术和地理空间数据获取技术的快速发展，三维 GIS 的应用逐渐普及。三维 GIS，即三维地理信息系统，是指能对区域空间内的对象进行三维描述、分析的GIS系统，相比于传统的二维GIS，三维GIS系统建立了三维科学框架，突破了二维数据表示的局限性。三维 GIS 技术也正在广泛应用于地理信息公共服务平台的建设中，三维地理信息公共服务平台在二维基础地理信息数据基础上，建立分布式、网络化的地理信息平台。三维地理信息服务系统，可以提供信息的三维数据浏览查看、导航定位、信息查询、数据分析等网络化三维地理信息服务功能，为政府、企业、公众提供在线三维地理信息服务。三维地理信息服务平台的建立，可以为数字孪生、智慧城市提供平台基础。本项目以兰州新区职教园为研究区域，借助国家地理信息公共服务平台“天地图”搭建基础地理信息公共服务平台，以职教园地理空间框架基础数据为基础，整合职教园倾斜摄影影像数据，通过构建职教园区三维模型，将三维模型加载到基于“天地图”的地理信息平台上，探索建立兰州新区职教园三维 GIS 公共服务平台的技术路线和方法。职教园基础地理信息平台设计“天地图”是国家地理信息公共服务平台，兰州新区职教园三维 GIS 公共服务平台建设的总体目标是通过利用国家地理信息公共服务平台提供的前置服务，结合实际的应用，通过 API 接口将“天地图”的服务资源嵌入到本项目平台中，实现地理信息的查询、测量、搜索等功能。在考虑兰州新区基础地理数据安全性的同时，通过无人机倾斜摄影获取职教园影像数据，利用 SMART 3D 软件建立兰州新区职教园三维地理模型，最后将三维模型数据叠加融合到“天地图”中，建立基于 B/S 架构的三维地理信息框架，实现地理信息数据的共享与服务。整个过程基于“天地图”前置服务实现各种功能的开发，大大降低了设计开发的难度，提高了平台搭建的效率。运行支撑环境建设兰州新区职教园三维 GIS 公共服务平台的开发环境是基于“天地图”前置服务，通过调用前置服务的 API 接口进行设计开发。“天地图”前置服务提供不同的应用专题接口，方便用户简单、快速地进行调用。平台建设的硬件主要由服务器设备、路由器、防火墙、交换机设备和机柜设备组成。行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度一种基于“天地图”的园区级三维地理信息公共服务平台设计管信龙 吴文魁管信龙1 吴文魁21.兰州现代职业学院；2.兰州资源环境职业技术大学管信龙，本科，讲师。研究方向地理信息系统。基金项目：2022 年度甘肃省高等学校创新基金项目（2022B-433）-89-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023中国科技信息 2023 年第 3 期三星推荐系统软件是基于 Linux 操作系统，服务器实行虚拟化管理。服务器的具体部署如表 1：表 1 服务器部署表服务器类型软件数量数据库服务器部署 mongo npt 软件2 台路径规划服务器部署 resin、tomcat 软件1 台搜索服务器部署 resin 软件1 台Web 服务器部署 nginx、keepalived、resin、mysql 软件1 台地理信息平台框架“天地图”的前置服务提供使用 Java Script 语言访问相关接口进行编程开发，可以轻松使用平台的地图应用服务，定制系统需要的 GIS 服务。兰州新区职教园地理信息公共服务平台基于 SOA 框架，主要由基础层、数据内容层、数据服务层、应用展现层、应用接口层、和表现层构成。基础层基础层就是平台所需硬件、软件和网络的集合。硬件主要由各种服务器、交换机等设备组成。软件主要是基于天地图提供的平台前置服务，网络主要是依靠用户局域网。数据内容层数据是公共服务平台建设的基础。数据主要是基础地理信息数据中提取的要素内容，为了便于管理，把数据划分为矢量数据、影像数据、地形数据和专题数据等。还有一部分软件加工处理后得到的数据，如空间数据中的三维模型等。数据服务层数据服务是基于“天地图”前置服务提供的各类地图服务和功能。通过调用前置服务接口，实现各种基础数据服务以及二次数据服务。应用接口层应用接口层提供标准的 API 接口，方便用户进行调用，实现对信息和服务的加工应用，实现各项功能的二次开发。应用接口层较多，可轻松实现各类应用功能的调用和实现。应用展现层应用展现层是与用户直接接触的窗口。通过应用层，用户可以实现平台提供的各项功能。包括地图查询、地图浏览、路线规划等基本功能。表现层表现层就是基于应用展现层建立的各类应用系统及其子系统。地理信息平台关键技术兰州新区地理信息公共服务平台以“天地图”提供前置服务为基础，依托职教园高校网站，通过构建兰州新区三维地理信息系统，实现地理信息的发布和维护，提供职教园内综合的地理信息的服务。平台建设的关键技术主要有：SOA 软件架构平台设计SOA（面向服务的体系结构），是一种高效的服务架构模型，一定程度上是 B/S 模式技术的扩展。通过开放的服务接口，可以与应用程序进行对接和交换数据，实现各种服务功能。兰州新区地理信息公共服务平台采用 SOA 架构，可以迅速将应用转化为服务，在标准化的架构中实现开发，大大提高了开发效率。基于 JAVA 语言良好的跨平台性，开发语言使用 J2EE 进行开发，J2EE 开发的程序和应用可以在不同的平台中运行，运行效率、稳定性较好。Web 服务（Web Services）Web 服务是一种新的基于组件模型的分布式计算技术。通过标准的 Web 协议提供服务，实现基于不同应用程序、不同系统平台之间的通信，便于调用的技术结构与接口。WebGIS 实现了空间信息服务应用，采用 OGC 空间数据互操作的接口规范，方便政府部门使用地图与地理信息，便于专业用户搭建业务系统。地理信息系统功能设计本系统功能设计旨在满足职教园基础地理信息服务，提供用户公共服务信息的查询。数据服务有基础地图服务、专题地图服务和监控视频服务。系统提供的功能主要有：地图的浏览提供地图的漫游、缩放，实现二维和三维地图模式的快速切换，三维地理模型的应用，更有利于用户快速实现地物、方向的辨识和应用。查询定位提供园区内学校位置、书店、车站、共享单车停放点等基础服务设施的查询，方便园区内的用户快速查询应用。信息查询基于电子地图，快速查询园区内各个学校的信息，提供可交互的学校专题内容，查询更详细的信息，有利于学校的宣传。地图测量通过测量工具测得地图上任意两点的距离，可以测算地图上任意形状的面积。三维地理信息系统平台构建三维建模技术路线本项目三维建模是通过无人机搭载的相机设备，利用无图 1 无人机倾斜影像三维建模技术路线中国科技信息 2023 年第 3 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023-90-三星推荐人机倾斜摄影测量获取数据，使用 Smart 3D 软件进行职教园的三维模型重建，获得的三维模型可以叠加融合到“天地图”构建的二维地理信息公共服务平台上，进一步开发构建三维 GIS 地理信息平台，并可以为智慧园区建设提供精细化三维模型。无人机倾斜影像三维建模技术路线如图 1 所示。前期准备首先总体实地考察职教园区周边环境，熟悉周边的地形等地理环境。制定测量计划，准备好相关的测量设备，做好前期准备工作。设计航高根据园区内的地物状况进行航高设计。公式如下：H=fGD/aH为航高；f为焦距；a为像元尺寸；GD为地面分辨率；设计航飞路线设计航飞路线时，相邻航向的重叠度一般设计为70%80%，根据职教园区的南北走向，实现航线测量区域覆盖整个园区。设置像控点像控点的布设，有助于提高航测数据的精度。在测量中，在职教园区内的设置 20 个控制点，并利用 iRTK2 获取控制点信息，在建模后检查点精度要符合指标。影像获取无人机按照规划好的航线进行航飞，获取地物的多视角数据影像。同时，无人机会获取相关的 POS 等数据。三维模型构建本项目使用 SMART 3D 软件构建三维模型，SMART 3D 软件是无人机处理数据的专业软件，能够高效、快速实现三维模型重建。通过将无人机获取的数据导入软件，经过空三数据解算，生成高精度三维点云数据。点云数据需要TIN 模型构建，最后通过自动纹理映射，生成三维实景模型。精度分析三维实景模型建立之后，需要使用检查点对模型精度进行检查。使用在园区内设置的检查点的坐标，与三维模型上对应点进行差值比较，计算出误差，由此来分析三维模型精度是否符合技术标准。三维场景构建与系统实现“天地图”三维场景构建本项目基于 Cesium.js 三维可视化库设计开发，调用“天地图”矢量和影像服务建立三维地理信息系统。采用Smart3D 建模导出三维模型，将 obj 数据格式转换为可供前端调用的 gltf 格式，将三维数据模型加载到“天地图”底图上构建三维场景，通过调用 function createModel（url，height）函数实现。系统实现兰州新区职教园三维地理信息服务平台与“天地图”融合，可以实现职教园三维模型数据的 360浏览，并提供基本浏览、测算等基本功能。可以通过“天地图”前置服务良好的扩展性设计地理信息子系统，实现系统功能的不断完善和更新。职教园三维地理信息系统平台如图 2 所示。结语基于“天地图”的三维 GIS 公共服务平台，基础地理数据资源较为丰富。前置服务提供的 API 接口服务，在二次开发中优势明显，可以方便快捷地实现系统功能的设计和扩展。通过与三维实景模型数据的叠加融合，提供更多偏向于园区内学生用户的数据服务，能够更好地满足园区内地理信息共享。系统集成的数据和服务，可以进一步为智慧园区的建设提供参考。图 2 职教园三维地理信息系统平台