城市三维系统在房屋管理中的应用

城市三维系统在房屋管理中的应用邓淑丹①，江文浦②（①福建省基础地理信息中心，福州350002；②福州市勘测设计院，福州350002）摘要：本文主要研究利用计算机网络技术、空间数据库技术、三维地理信息技术以及虚拟现实技术，融合大量的遥感影像、地形数据、注记数据等，集成海量的城市建筑模型，并提供立足于房屋管理的应用服务。

目前，运用该理论成功完成了厦门城市三维地理信息系统中，系统运用以来极大地提高了厦门国土局的工作效率，增加了管理的乐趣。

关键词：Skyline，城市三维，地理信息1引言随着城市建设规模、建设速度的不断提高，信息化建设步伐的加快，构建城市三维地理信息系统，不仅可再现各城市的自然、人文景观，还可提高房产管理工作效率，并为各规划管理部门提供辅助决策的工具。

如何构建大场景的城市三维系统并将虚拟场景运用于实际中一直是人们研究的热点。

近几年，城市三维系统百发齐放，各有特长，并在各类专题应用中发挥了显著的成效，但集成海量的城市建筑模型的三维系统，并应用于各国土资源与房产管理局日常房屋管理的系统在全国范围内研究较少。

本文主要研究利用计算机网络技术、空间数据库技术、三维地理信息技术以及虚拟现实技术，融合大量的遥感影像、地形数据、注记数据等，构建城市三维基础地理信息平台，基于此平台，集成海量的城市建筑模型，并提供立足于房屋管理的应用服务。

2建设思路整个系统建设分四步进行，首先准备工作，主要确定系统定位、数据坐标体系、系统功能，并选定需采用的软件。

第二步开展三维地理信息平台建设，借助于数字高程模型与高清晰的遥感影像数据构建三维地形场景，并集成空间参照信息如境界、道路、地名等矢量数据，第三步构建城市三维建筑模型与建库，主要利用外业采集而成的建筑物框架、建筑物的外观建成三维建筑模型，并将构建城市三维模型运用文件库或数据库高效地管理起来，第四步系统功能的实现。

2.1 准备工作系统定位上，需从城市三维系统的特点以及所应用的行业方面考虑，城市三维系统本身侧重于再现真实、直观的城市风貌，而在房屋管理的应用则侧重于建筑模型的展示、房屋管理、建筑物信息展示。

在模型展示方面，跟一般的城市三维系统的侧重点也不太相同，它不为追求场景的华丽而对场景进行人工的修饰，而强调系统中展示的模型必须丰富、全面、准确，在房屋管理方面需实现添加模型、删除模型、历史模型回溯等功能，建筑物信息展示上，建筑模型与房屋属性之间的需灵活互动，即通过点击三维场景中的建筑模型查看该建筑物的年代，建筑物框架结构，入住的单位，每层房屋的框架结构图，或每户房屋的框架与户主信息等。

数据的坐标体系的确定需分析客户的信息化现状，目前很多单位已建成二维应用系统，也建立了一套基础地理信息数据，为防止坐标转换带来的繁琐工作，三维系统的坐标系统可与二维系统的坐标系统相同。

若客户的信息化起步较晚，且没有实际应用的系统，三维系统的坐标体系可采用地理坐标，构建的三维地图为一个椭球体，三维系统的基准会比较美观。

目前支持城市三维的软件非常多，如国遥新天地的EV-Globe、灵图新推出的LTEarth、武汉吉奥的GeoGlobe、skyline等软件等，这些琳琅满目的软件，如何选择对整个项目的开展起着至关重要的作用，在具体选择中需考虑客户的应用需求、城市的覆盖面积、经费预算，有实力的单位也可自己开发三维地图引擎。

2.2 三维地理信息平台建设将所需的数据采集处理完成后，便可开展三维地理信息平台的建设，首先利用地形模型可视化技术与遥感影像技术构建地面模型，其原理大致为利用数据高程模型模拟出现实地面的高低起伏，常用的数字高程模型为1：1万与1：100万的数字高程模型，在房管局内网中可采用1：1万的高程模型构建地形，若在政务网或外网，由于涉密问题，一般采用1：100万的数字高程模型。

再将不同分辨率的影像数据切片叠加于数字高程模型之上，不同分辨率影像显示的高度不同，一般最上层为中巴影像，中间为spot5影像，最底层的影像数据为本地最高分辨率的影像，如快鸟影像、彩色航片等。

基准数据处理完成后，需叠加参照信息如道路数据、境界（乡镇街道界）、基础地名数据、兴趣点数据(宾馆、餐饮等)，最终建成丰富的三维地理信息平台。

2.3 三维建筑模型构建与建库目前三维建筑模型构建方式多种，前沿的建模方式为建模车采集建筑物信息，再利用程序快速构建出街道两旁的建筑模型，传统的方式有直接利用Sketch Up、3DMAX等软件将现场采集而成的建筑物框架与建筑物外观构建成精细的三维模型，也可通过模型底部的框架图直接赋予层高构建成有粗体模型，也可为粗体模型的每个面添加相应的纹理，还有一种是利用数字摄影测量技术进行三维建模，目前一般采用传统的方式来构建建筑模型。

在经费允许的条件下，可将城市所有的模型构建成精细模型，但必须保证每个精细模型的数据量平均为200K，数据量过大，将导致模型展示效果不流畅，有的pc电脑运行不了，在经费不允许的情况下，可考虑综合采用传统的构建精细模型和粗体模型，标志建筑物，楼层高于5层的，沿街的房屋采用精细建模，其他的数据采用粗体建模。

构建的完成建筑模型需与坐标关联起来，建成建筑模型矢量数据，并根据不同的软件功能建成模型库。

2.4 系统实现运用三维GIS技术、网络开发技术、数据库技术等相关技术，实现系统各个功能模块以及系统的建设完成。

同时根据系统的软硬件环境需求，采购相关软件设备，搭建平台运行的软硬件和网络支撑环境，确保平台快速、稳定运行。

3应用实践2008年7月，运用该理论构建厦门城市三维地理信息系统一期，系统以厦门市国土资源与房产管理局现有二维空间信息数据资源库为基础，集成影像数据、DEM数据、各种矢量数据、厦门市海量的建筑物模型，并为厦门市国土资源与房产管理局各部门提供基于网络三维的建筑物管理服务。

厦门城市三维地理信息系统一期的立足点为构建展示与管理厦门岛内五层以上的精细模型、岛内五层及五层以下的粗体模型、岛外所有粗体模型，且因目前厦门归途局已经构建了一套二维应用系统，系统还需建立二维系统与三维系统之间的互动关系。

基于以上分析，系统的数据坐标体系为厦门地方直角坐标体系，为支持粗体模型与精细模型间的灵活管理，系统采用了Skyline软件作为三维地系统总体框架示意图图引擎，方便网络所有人员的使用系统的开发模式为B/S模式，系统的总体框架示意图如下所示，系统采用B/S开发模式，具体分为应用层、服务层、数据层。

从下而上，第一层是数据层，是整个系统的核心，各类数据按照合理规范的数据标准对各类数据进行整合处理，并建立科学的数据库管理机制，系统数据层包括三维地理信息平台和建筑模型数据。

三维地理信息平台采用的数据包括1：1万DEM、0.5米分辨率的快鸟影像、街道界、基础地名。

三维地理信息平台的构建方式为，利用Terra Builder 软件对影像数据和高程数据构建三维地形模型（*.mpt）。

由于厦门国土局的矢量数据均采用Oracle管理，在矢量数据的处理中只需运用ArcIms将该数据以WFS服务方式发布，并利用Terra Pro软件将Wfs 服务与三维地形模型文件集成，且矢量数据的显示采用数据流方式，即用户漫游到那，才读那的数据。

系统中的建筑模型包括粗体模型与精细模型，精细模型个数8000栋以上，粗建模达20万栋，且精细建模的单体模型数据量均在200k左右，通过网络一次性传输这么大数据量的模型至少需要半个小时，加之Skyline软件对矢量数据的承载量不够好，一次性不能打开1万个点注记，若采用Skyline数据流的方式打开海量数据，操作一段时间后，会将内存耗尽，不能再操作。

基于以上情况，并在分析现有三维建筑模型展示方式、Skyline软件提供的接口基础上，本系统提出了将模型文件与模型的显示参数分开存储，并对模型数据按街道分块存储管理，同时充分利用其他软件的优势，将模型快速地展示出来。

具体为利用Oracle、Arcims、iis、Servlet、tomcat、Sde相结合的方式组织展示大数据量建筑模型，当内存消耗过大时，可让用户手动释放部分内存。

第二层是服务层，提供模型管理业务、地图展示服务、查询业务，以及空间分析服务。

所利用的软件包括ArcEngine，ArcIms，TerraGate，ArcIms提供WFS服务，ArcEngine提供空间分析功能，TerraGate发布三维地理信息平台。

第三层是应用层，该层主要面向国土房产局内部用户，用户通过应用层，可进行地图浏览、城市漫游、浏览查询、模型展示、数据加载、我的地盘、模型管理、二维到三维展示、后台管理。

1)地图操作：三维地图的基本操作（放大、缩小、指北、鹰眼图、飞行漫游等），量测分析功能（水平距离量测、垂直距离量测、面积量测、地形剖面分析等；三维地图的截图输出；图层显示信息控制）。

2)综合查询包含了四种查询模式：地名查询、周边查询、专题信息查询。

3)模型展示：将建筑模型展现在三维场景中，模型详细信息展示以及建筑物框架结构图展示。

4)数据加载：与厦门国土局在建二维系统相一致的图层列表，并在三维地图中动态加载Sde数据。

5)我的地盘：为用户提供灵活地地图标注功能。

6)模型管理：模型管理包括历史模型展示、添加模型、删除模型三大块。

7)二维到三维展示：通过二维打开三维场景，并根据二维系统传递的X，Y坐标，展示该点所属街道的模型数据，并在三维中用图片标出二维数据传递的坐标的具体位置。

8)后台管理：后台管理包括用户管理、城市漫游路线管理、浏览查询的查询分类管理、建筑物详细信息配置管理。

系统需要的硬件配置最低为三台服务器：一台用于空间数据服务器，主要提供Oracle 服务与Sde 服务，一台用于WFS 服务器，需装载ArcIms 软件，且对Cpu 要求较高，一台用于三维场景服务器与WEB 服务器，装载TerraGate ，web 服务容器，部署程序。

系统实现效果图4 结论本文探讨了城市三维系统在房屋管理中的应用，并成功应用于厦门市城市三维地理信息系统，应用以来，极大地提高了房屋管理的乐趣，提高了工作准确性，但在实际应用中还存在待改善的地方，如历史模型展示时，通过指定年份，便可将当时所有建筑物的情况展示出来，让人们能对历史的房屋规划情况有一个总体的认识，同时在模型展示效率方面做进一步的提高。

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