基础地理信息公共服务平台建设应用

摘要:随着云计算、大数据、物联网技术的快速发展，对地理空间框架提出了体验性要好、实时性要强、移动性要大、可控性要高的新要求。以庆阳市为例，介绍了B/S基础地理信息公共服务平台架构及建设思路，阐述了三维精细化建模及模型制作与三维系统建设流程，展示了平台功能模块，旨在发挥地理信息资源的基础性作用，提供地理信息服务和决策支持。

关键词:地理信息公共服务;二次开发;Java;Skyline;三维建模

引言

2012年，庆阳市基于3S技术、计算机技术、网络技术和数据库技术，以4D产品为主体，建设“数字庆阳地理空间框架”基础设施，基本实现了地理空间信息的共享。随着技术发展和应用需求快速变化，特别是云计算、大数据、物联网技术的快速发展［1］，对地理空间框架提出了体验性要好、实时性要强、移动性要大、可控性要高的新要求。前期地理空间框架建设成果数据现势性不足，已不能满足日益变化的城市发展需求，运行支撑环境只有一台服务器，无法提供实时、高质量的服务;同时技术路线与省级不统一，数据更新工作重复、运维极为不便。为此，依托前期市级地理空间框架建设成果，遵循省级技术标准，采用新技术，通过地理空间信息数据整合，建设二、三维的B/S交互式市级基础地理信息公共服务平台，实现市、省级地理信息资源的互联互通，平台具备多级联动的地理信息综合服务能力，发挥地理信息资源的基础性作用，为政府、国土、规划等职能部门提供地理信息服务和决策支持。

1平台建设思路

1．1建设目标

以庆阳市地理空间框架建设项目成果为基础，整合现势性强、多维度的地理空间信息资源，更新各级在线服务数据集;建设庆阳市三维地形场景并制作西峰区建成区三维精细模型;利用“天地图•前置服务”方式搭建庆阳市基础地理信息公共服务平台。

1．2平台架构

1．2．1“天地图•前置服务”部署天地图的开源API提供JavaScript编程接口，通过这些接口可以访问后台发布的地图应用服务，开发者可以利用开源库创建自己所需的GIS应用服务［2－3］。根据“天地图•甘肃”前置服务的建设要求，部署“天地图•前置服务”框架，将所需矢量、影像、地名地址数据发布为WMS服务，局域网内通过UＲL直接调用，调用代码如下:1)基础层在硬件方面，以服务器、交换机等基础设施为平台构建基础，通过虚拟化和集群方式建立了私有云架构的运行支撑环境，确保能够承载多用户并发访问;在软件方面，基于零付费的天地图基础数据服务发布、数据库软件;在网络环境方面，依托于用户的局域网，形成贯穿上下的网络体系，为共享地理信息服务奠定网络基础。2)数据内容层数据资源是庆阳市基础地理信息公共服务平台建设的基础。数据内容层主要包括矢量数据、影像数据、地形数据和专题数据等4大类，以及由此派生出的地理实体数据、电子地图数据和地名地址数据等。3)数据服务层数据服务是“天地图•前置服务”建设的核心和基础。与数据内容相对应，数据服务层主要包括:矢量数据服务、影像数据服务、地形数据服务和专题数据服务等4大类，以及由此派生出的地理实体数据服务、电子地图数据服务和地名地址数据服务等。4)应用接口层应用接口层提供符合国际标准的各类服务协议和开发接口，这些接口和服务可以非常方便地支撑GIS应用系统的二次开发。应用接口层包含的开发接口主要包括位置标注接口、驾车规划接口、数据处理接口、地理编码接口、图层叠加接口、空间分析接口、地图展示接口、数据输出接口和成果展示接口等。5)应用展现层应用展现层是在数据服务和应用接口的基础上，定义面向各级用户应用的各类服务接口的应用示范，包括:地图展示、地图浏览、地图标绘、业务数据叠加、地名搜索、地址搜索、自驾规划、分类搜索、空间量算等。6)表现层基于应用展现层提供的各类功能示范，建设基于B/S的网站及示范应用系统。

1．2．2平台技术路线基于“天地图•前置服务”提供的数据、功能服务为基础，采用B/S结构设计，在表现层通过接口调用构建基于政务网的地理信息服务平台，对相关的地图、专题数据等信息进行管理和维护，实现面向政府各部门用户的地理信息服务。1)基于SOA架构的地理信息公共服务平台建设平台采用面向服务架构(SOA)的理念与方法，设计融合共享服务提供方、使用方和管理方为一体的“公共平台”总体架构［4］，实现基于统一注册和分级授权的服务组织模式与运营管理机制，完成地理信息资源与服务的管理调度及动态装配。考虑跨平台应用因素，后台采用Java的Web技术，开发语言为Java。软件架构采用J2EE体系进行构建，J2EE是一种利用Java平台来简化企业解决方案的开发、部署和管理相关的复杂问题的体系结构。J2EE所包含的各类组件、服务架构及技术层次，均有共通的标准及规格，让各种依循J2EE架构的不同平台之间，存在良好的兼容性［5］。2)构建分布式地理信息共享与应用开发环境采用WebService等开放式标准协议，设计便于服务描述、发布、发现和调用的技术结构与接口，以“分建共享、权威数据由权威部门维护”的原则对分散在各地的地理信息系统进行服务节点封装改造，形成跨部门、跨地区的分布式地理信息共享与应用开发环境。采用OGC空间数据互操作的接口规范，统一标准，统一接口，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。

2数据融合与服务发布

基础地理信息公共服务平台数据更新采用数据融合的方法进行，数据标准为2000国家大地坐标系地理坐标。参与融合的数据主要有:庆阳市地理国情普查数据、大比例尺矢量数据、高分辨率影像及地名地址更新成果。依据国家主节点数据融合的流程，将矢量数据划分为道路数据、背景数据和地名数据分别进行融合处理。数据融合流程，如图1所示。1)道路数据融合首先，在遵循国家道路数据处理原则和要求的前提下，基于合理的缓冲区半径，采用空间分析的手段实现各种来源道路数据的整合。其次，对整合后的道路进行检查、修改，保证道路网的连通性。最后，对不同来源的数据进行代码转换和属性结构统一化的处理，完成道路的数据融合处理。2)背景数据融合背景数据内容主要涉及政区、铁路、线状水系、面状水系、岛状水系附属、居民地、建筑物和城市绿地等8类要素。背景数据融合处理流程为:首先，利用基础测绘数据和其它项目数据补充(或更新)市级节点数据;其次，对背景数据进行冲突检查和修改，保证不同来源数据的逻辑关系合理;最后，进行代码转换和属性结构统一化处理，完成背景要素的数据融合处理。3)地名地址数据融合首先，利用已有的“天地图•甘肃”地名数据库提取庆阳市地名数据。其次，利用收集到的相关撤乡建镇等行政地名变更文件，修改庆阳市乡镇级以上行政地名并形成最终的庆阳市行政地名数据;依据“天地图”地名处理规范及母库分类标准，对外业采集更新的七县一区城区POI数据进行去重、分类等处理，形成最终的庆阳市POI数据。最后，对行政地名数据和POI数据进行质检、融合，形成最终的庆阳市地名数据库。4)影像数据融合按照“天地图”国家节点和省级节点对影像瓦片数据的要求，将庆阳市七县一区现势性强、影像分辨率高和色彩质量好的影像数据进行地图瓦片裁切和入库，更新电子地图，将更新后的数据瓦片导入专题数据库中，进行合并、融合处理，形成符合国家要求的影像在线服务集。最后，基于影像数据在线服务数据集发布服务，为庆阳市地理信息公共服务平台提供基础的影像地图服务。数据融合完成后，发布了庆阳市15－17级、西峰区18－19级矢量与影像在线服务数据，同步建立了地名地址数据库。

3三维模型制作与系统建设

为了能够直观、真实地展现庆阳市的建设风貌，制作庆阳市西峰区20km2三维场景，并集成西峰区三维精细模型，开发三维系统，挂接至基础地理信息平台中。

3．1三维模型制作

以建模区域1∶500大比例尺地形图、0.5m精度正射影像、0.2m精度航空遥感影像、外业采集数据为基础数据集成三维模型。三维模型的制作流程，如图2所示。1)利用AutoCAD软件提取建筑物轮廓，建筑物坐标归零，并对其进行编号;2)利用3DMAX软件完成建筑物三维建模;3)利用PhotoShop编辑外业采集照片;4)利用3DMAX软件的UVW贴图工具进行贴图，按建模单元编码进行存储;5)借助PandaDirectX插件在3DMAX中将模型导出为．X格式文件，按建模单元编码存储．X格式文件。

3．2三维地理信息系统建设

基于Skyline软件，二次开发了三维地理信息系统［6］。首先，DEM数据格式由GＲID转为IMG，DEM、DOM数据坐标系统由2000国家大地坐标3度分带投影坐标转为2000国家大地坐标。其次，使用TerraBuilder模块制作*．MPT数据集。将预处理后的DOM和DEM数据分别加载到TerraBuilder模块中，对其进行黑边去除和边缘羽化处理，调用TerraBuilderFuser模块，利用多CPU服务器协同计算三维场景，流程如图3所示。最后集成二维基础矢量数据(道路，水系等)、地名注记数据、三维精细模型数据、360度全景照片等数据，通过MakeXPL模块对模型进行了压缩，开发三维地理信息系统。

4应用实例

利用“天地图•前置服务”、二次开发技术建设基础地理信息公共服务平台，具备在线地图浏览、数据集调用、资源目录、用户管理、数据采集、本地数据加载、图幅检索等实用功能，如图4所示。建设的三维地理信息系统具备场景浏览、漫游、缩放、旋转、图层控制等基本功能，也具备信息查询、填挖方分析、通视分析等高级功能，可直观、真实的了解庆阳市域地形地貌，了解西峰区建成区城市建设风貌，了解西峰区重点建设区域街道、街区、建筑物等。

5结束语

庆阳市基础地理信息公共服务平台以较为先进的软件系统为支撑，平台具备资源管理、在线应用、运维管理等主要功能。首先，基于SOA架构的设计理念，采用WebService通过ＲEST方式将业务数据和地图、应用功能进行发布，保证了新增“服务”平滑扩容;其次，通过Skyline软件的地形修改功能将场景中与模型不匹配的区域进行地形修改，以修改后的地面为基准摆放建筑物模型，保证较好的重合性;最后，在保证模型纹理精度的前提下，通过Skyline软件的MakeXPL模块将模型的．X文件压缩为．XPL2文件，提高了大数据量模型浏览速度，在国土、规划职能部门得到广泛应用，可以为政府应急处置、重大决策、精细化社会管理，行业快速建设业务专题系统提供地理信息共享服务，能够为智慧城市建设提供地理空间信息支撑。随着倾斜摄影测量技术、数据共享普及，提出以下建议:1)人工建模方式开展三维精细模型制作工作量大、工期长，还存在建筑物屋顶与实际情况不完全相符等问题，顾及地理要素更新，后续大范围的三维精细建模工作建议采用倾斜摄影方式，直接加载OSGB、OBJ格式数据，小范围的三维精细建模工作可采用人工建模方式。2)三维地形场景建设过程中，存在有新的影像数据，则导致三维地形场景重新制作的问题，为了应对三维场景中的影像数据更新，建议采用调用平台影像服务的技术方法，当有新的影像数据时，只需更新平台中的影像瓦片数据，在三维场景中即可浏览到最新的影像。3)庆阳市基础地理信息公共服务平台提供的服务标准是OGC服务，瓦片数据服务为WMTS，可以在采用ArcGIS技术体系的项目建设中，调用在线的WMTS服务，实现数据共享调用，节省成本。

［参考文献］

［1］徐铮，陈俊．大数据时代基于物联网和云计算的地质信息化研究［J］．通讯世界，2015(8):33－34．

［2］张东，塔西甫拉提•特依拜，张飞，等．基于天地图WebAPI的地物光谱库系统设计与实现［J］．地理空间信息，2017，15(3):17－19．

［3］陈海波，王海起．基于天地图API的旅游地理信息系统应用［J］．地理空间信息，2018(9):65－68．

［4］吴家菊，刘刚，席传裕．基于Web服务的面向服务(SOA)架构研究［J］．现代电子技术，2005(14):1－4．

［5］蔡剑，景楠．Java网络程序设计:J2EE［M］．北京:清华大学出版社，2003．

［6］唐桢，张新长，曹凯滨．基于Skyline的三维技术在城市规划中的应用研究［C］//广东省测绘学会会员代表大会暨学术交流会．广州:广东省测绘学会，2010．